《tlxdjjc4《土力学与地基基础》第四章土中应力分布与计算.ppt

第四章 土中应力分布与计算 本章提要与学习目标： 土力学的重要任务之一就是要研究土体受力后的应力变化规律，为此常需要先算出土中应力分布。可以说，研究土中应力计算和分布规律是研究地基和建筑物的变形和稳定问题的依据。 通过本章学习，要求了解土体的应力应变关系，理解自重应力、基底压力、基底附加压力与地基附加应力的概念，并熟练掌握其计算方法，了解其分布规律。掌握竖向集中荷载、矩形均布荷载作用下的地基附加应力计算方法和分布规律，了解三角形分布的矩形荷载、条形均布荷载及圆形均布荷载作用附加应力计算方法和分布规律。 第一节 概述 建（构）筑物的建造使地基土中原有的应力状态发生了变化，如同其它材料一样，地基土受力后也要产生应力和变形。在地基土层上建造建（构）筑物，基础将建（构）筑物的荷载传递给地基，使地基中原有的应力状态发生变化，从而引起地基变形，使建筑物发生沉降、倾斜和水平位移。 如果地基应力变化引起的变形量在建（构）筑物容许范围以内，则不致对建（构）筑物的使用和安全造成危害；但是，当外荷载在地基土中引起过大的应力时，过大的地基变形会使建（构）筑物产生过量的沉降，影响建（构）筑物的正常使用，甚至可以使土体发生整体破坏而失去稳定。 因此，研究地基土中应力的分布规律是研究地基和建（构）筑物变形和稳定问题的理论依据，它是地基基础设计中的一个十分重要的问题。 地基土中的应力按其产生的原因不同，可分为自重应力（geostatic stress）和附加应力(additional stress)两种。 土中某点的自重应力与附加应力之和为土体受外荷载作用后的总应力。 土中自重应力是指土体受到自重作用所产生的应力。 土中附加应力是指由土体受外荷载（包括建筑物荷载、交通荷载、堤坝荷载等）以及地下渗流、地震等作用下附加产生的应力增量，它是产生地基变形的主要原因，也是导致地基土的强度破坏和失稳的重要原因。 第二节 地基中的自重应力 一、土中竖向自重应力 （一）单层土的竖向自重应力 在计算土中自重应力时，假设天然地面是一个无限大的水平面，因而在任意竖直面和 水平面上均无剪应力存在。可取作用于该水平面上任一单位面积的土柱体自重计算(图)，即： 地基中除有作用于水平面上的竖向自重应力外，在竖直面上还作用有水平向的侧向自 重应力。由于沿任一水平面上均匀地无限分布，所以地基土在自重作用下只能产生竖 向变形，而不能有侧向变形和剪切形。 有地下水情况 在地下水位以下，如有埋藏有不透水层（例如岩层或只含有结合水的坚硬粘土层），由于不透水层中不存在水的浮力，所以不透水层顶面的自重应力值及层面以下的自重应力应按上覆土层的水土总重计算，如图4-3中虚线下端所示。 地下水位升降，使地基土中自重应力也相应发生变化。 图4-4（a）为地下水位下降的情况，如在软土地区，因大量抽取地下水，以致地下水位长期大幅度下降，使地基中有效自重应力增加，从而引起地面大面积沉降的严重后果。 图4-4（b）为地下水位长期上升的情况，如在人工抬高蓄水水位地区（如筑坝蓄水）或工业废水渗入地下的地区。水位上升会引起地基承载力的减少或湿陷性土的塌陷现象，必须引起注意。 相关考题 （2）只有（ b ）才能引起地基的附加应力和变形 a 基底压力；b 基底附加压力；c 有效应力； d 有效自重应力 （1）在计算土的竖向自重应力时，采用的是什么理论？做了哪些假设 （2）什么是自重应力与附加应力，附加应力大小与何有关？ 相关考题 （1）计算土体自重应力应该从 天然地面 算起。 （1）计算自重应力时，对地下水位以下的土层采用（ b ） a 湿重度；b 有效重度；c 饱和重度；d 天然重度 （6）地下水位的变化对地表沉降有无影响？为什么？ （2）长期抽取地下水位，导致地下水位大幅度下降，从而使原水位以下土的有效自重应力 ，而造成 的严重后果。 二、土中水平向自重应力 地基土中除有作用于水平面的竖向自重应力外，还有作用于竖直面的侧向（水平向）自重应力。土中任意点的侧向自重应力与竖向自重应力成正比关系，而剪应力均为零，即 式中比例系数K0称为土的侧压力系数（coefficient of lateral pressure）,可由试验测定。 若计算点在地下水位以下，由于水对土体有浮力作用，水下部分土柱体自重必须扣去浮力，应采用土的浮重度替代(湿)重度计算。 【例4-1】某建筑物场地的土层及其物理性质指标如图4-5所示，试计算土中自重应力，并绘制出分布图。 第三节 基底压力的计算 1 基本概念 （1）基底接触压力的产