15有效应力原理.ppt

有效应力原理 有效应力?’： 基底压力与基底附加压力的计算 小结 基底附加压力 基底附加压力 * 土体是由固体颗粒和孔隙水及空气组成的三相集合体。外荷在土体中产生的应力是通过颗粒间的接触来传递的。由颗粒间的点接触传递的应力会使土的颗粒 产生变形，引起土 体的变形和强度的 变化，这种对土体 变形和强度有效的 粒间应力就称为有 效应力?’。 由于孔隙水在土中一点的各方向产生的压力相等，它只能压缩土颗粒本身而不能使土颗粒产生位移，而土粒本身的压缩量是可以忽略不计的（当压力值达到600kpa时，土颗粒体积压缩5％），所以不能直接引起土体变形和强度变化的孔隙水压力又称为中性压力。 如果土体中的孔隙是互相连通而又充满水，则孔隙中的水服从静水压力分布规律，这种由孔隙水传递的应力就称为孔隙水压力U。 孔隙水压力U a a A： Aw： As： 土单元的断面积 颗粒接触点的面积 孔隙水的断面积 a-a断面通过土颗粒的接触点 u：孔隙水压力 总应力等于该土体单元面积以上土、水自重和所施加的所有外荷之和 总应力 PS PSV a a PS a-a断面通过土颗粒的接触点 有效应力σ’ u：孔隙水压力 （ As ≤0.03） 有效应力计算 (1) 静水条件 地下水位 H1 H2 σ’=σ-u u=γwH2 u=γwH2 σ’=σ-u =γwH1+γsatH2 -γw(H1+ H2) =(γsat-γw)H2 =γ’H2 σ’与地面以上水位H1无关，与地下水位H2有关。 地下水位变化对有效应力的影响 毛细饱和区 总应力 孔隙水压力 有效应力 ＝ － + - 毛细水上升时土中有效应力计算 具体计算结果见教材P71表3.3.1 H Δh 砂层，承压水 粘土层 γsat H Δh 砂层，排水 γsat 向上渗流 向下渗流 土中水渗流时有效应力计算 A H Δh 砂层，承压水 粘土层 γsat 渗透压力: 向上渗流 A 渗流压密 渗透压力: 向下渗流: H Δh 砂层，排水 γsat 地下水位下降，会在土层中产生朝下的渗流，从而使有效应力增加，导致土层发生压密变形，称为渗流压密。这是引起地面沉降的又一个原因。 向下渗流 具体计算结果见教材P72表3.3.2 基底压力：基础底面传递给地基表面的压力，也称基底接触压力。 基底压力 附加应力 地基沉降变形 基底反力 基础结构的外荷载 上部结构的自重及各种荷载都是通过基础传到地基中的 影响因素 计算方法 分布规律 上部结构 基础 地基 建筑物设计 概述 基底压力 基础条件 刚度 形状 大小 埋深 大小、方向、分布 土类、密度、土层结构等 荷载条件 地基条件 基底压力的影响因素 基础抗弯刚度EI=0 → M=0； 基础变形能完全适应地基表面的变形; 基础上下压力分布必须完全相同，若不同将会产生弯矩。 条形基础，竖直均布荷载 基底压力分布特征 抗弯刚度EI=∞ → M≠0； 反证法: 假设基底压力与荷载分布相同，则地基变形与柔性基础情况必然一致； 分布: 中间小, 两端无穷大。 弹性地基，绝对刚性基础 条形基础，竖直均布荷载 基底压力分布特征 弹塑性地基，有限刚度基础 — 荷载较小 — 荷载较大 砂性土地基 粘性土地基 — 接近弹性解 — 马鞍型 — 抛物线型 — 倒钟型 基底压力分布特征 根据圣维南原理，基底压力的具体分布形式对地基应力计算的影响仅局限于一定深度范围；超出此范围以后，地基中附加应力的分布将与基底压力的分布关系不大，而只取决于荷载的大小、方向和合力的位置。 基底压力分布形式十分复杂 简化计算方法： 假定基底压力按直线分布 基础尺寸较小 荷载不是很大 基底压力简化计算 矩形面积中心荷载 e x y B L 矩形面积单向偏心荷载 eL/6:小偏心 e=L/6: e x y L B 梯形 三角形 矩形面积单向偏心荷载 eL/6:大偏心 高耸结构物下可能出现的基底压力 基底压力合力与总荷载相等 土不能承受拉力 压力调整 e x y L B 出现拉应力区 3K 矩形面积单向偏心荷载 B e N N Nv Nh 倾斜偏心荷载 分解为竖直向和水平向荷载，水平荷载引起的基底水平应力视为均匀分布。 （长度上取一延米计算） N Nv Nh 条形基础竖直偏心荷载 1、基底压力：是建筑物荷载通过基础传给地基的压力，也是地基作用于基础底面的反力。 2、影响基底压力分布特性的因素： 基础刚度、平面形状、尺寸大小、埋置深度、上部荷载的分布、地基土特性 3、基底压力简化计算依据：圣维南原理 B L N B N B N B L N B N 荷载条件 竖直中心 竖直偏心 倾斜偏心 基础形状 矩形 条形 B L N o x y 基础形状与荷载条件的组合