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土应力分布和计算
第五讲??土中应力分布及计算和土的压缩性与地基沉降 一、????内容提要:本讲主要讲述①土中应力分布及计算部分包括土的自重应力、基础底面压力、基底附加压力、土中附加应力;②土的压缩性与地基沉降部分包括压缩试验、压缩曲线、??压缩系数、压缩指数、回弹指数、压缩模量、载荷试验、变形模量、高压固结试验、土的应力历史、先期固结压力、超固结比正常固结土、超固结土、欠固结土、沉降计算的弹性理论法、分层总和法、有效应力原理、一维固结理论、固结系数、固结度; 二、????重点、难点:基底与土中自重应力与附加应力的计算、土的压缩试验、利用分层总和法进行地基变形计算、有效应力原理
三、????内容讲解: 第一节??土中应力分布及计算 一、土中应力 土中应力指土体在自身重力、建筑物和构筑物荷载,以及其他因素(如土中水的渗流、地震等)作用下,土中产生应力。土中应力过大时,会使土体因强度不够发生破坏,甚至使土体发生滑动失去稳定。此外,土中应力的增加会引起土体变形,使建筑物发生沉降,倾斜以及水平位移。 土是三相体,具有明显的各向异性和非线性特征。为简便起见,目前计算土中应力的方法仍采用弹性理论公式,将地基土视作均匀的、连续的、各向同性的半无限体,这种假定同土体的实际情况有差别,但其计算结果尚能满足实际工程的要求。 用面上的法向应力方向与坐标轴的正方向相同时,则剪应力的方向与坐标轴正方向一致时为正,反之为负,若剪应力作用面上的法向应力方向与坐标轴正方向相反时,则剪应力的方向与坐标轴正方向相反时为正,反之为负。二、土的自重应力 由土体重力引起的应力称为自重应力,自重应力一般是自土体形成之日起就产生于土中。 1. 均质土的自重应力 土体在自身重力作用下任一竖直切面均是对称面,切面上都不存在剪应力。因此,在深度z处平面上,土体因自身重力产生的竖向应力,?(称竖向自重应力)等于单位面积上土柱体的重力W,如图15-5-1所示。在深度z处土的自重应力为: 式中???—土的重度,kN/m3;???F—土柱体的截面积,m2。 从公式(15-5-1)可知,自重应力随深度Z线性增加,呈三角形分布图形。 2. 成层地基土的自重应力 地基土通常为成层土。当地基为成层土体时,设各土层的厚度为?,重度为?,则在深度z处土的自重应力计算公式为: 式中??n—从天然地面到深度z处的土层数。 ????3. 土层中有地下水时的自重应力 ????当计算地下水位以下土的自重应力时,应根据土的性质确定是否需要考虑水的浮力作用。通常认为水下的砂性土是应该考虑浮力作用的。粘性土则视其物理状态而定,一般认为,若水下的粘性土其液性指数IL1,则土处于流动状态,土颗粒之间存在着大量自由水,可认为土体受到水浮力作用,若IL≤0,则土处于固体状态,土中自由水受到土颗粒间结合水膜的阻碍不能传递静水压力,故认为土体不受水的浮力作用,若0IL1,土处于塑性状态,土颗粒是否受到水的浮力作用就较难肯定,在工程实践中一般均按土体受到水浮力作用来考虑。若地下水位以下的土受到水的浮力作用,则水下部分土的重度按有效重度?计算,其计算方法同成层土体情况。????4. 水平向自重应力 ????土的水平向自重应力?,?可用下式计算 式中??K0—侧压力系数,也称静止土压力系数。K0值可通过室内试验测定。 【例题1】某土层及其物理性质指标如图15-5-2所示,地下水位在地表下1.0m,计算土中a、b、c、d各点处的自重应力。 ?三、基础底面压力 ????建筑物荷载通过基础传递给地基的压力称基底压力,又称地基反力。 ????(一)地基反力分布 基底地基反力的分布规律主要取决于基础的刚度和地基的变形条件。对柔性基础,地基反力分布与上部荷载分布基本相同,而基础底面的沉降分布则是中央大而边缘小,如由土筑成的路堤,其自重引起的地基反力分布与路堤断面形状相同。对刚性基础(如箱形基础或高炉基础等),在外荷载作用下,基础底面基本保持平面,即基础各点的沉降几乎是相同的,但基础底面的地基反力分布则不同于上部荷载的分布情况。刚性基础在中心荷载作用下,开始的地基反力呈马鞍形分布;荷载较大时,边缘地基土产生塑性变形,边缘地基反力不再增加,使地基反力重新分布而呈抛物线分布,若外荷载继续增大,则地基反力会继续发展呈钟形分布。 【例题2】基底地基反力的分布规律与下列哪些因素有关( )。 A. 基础的刚度 B. 地基的变形条件 C. 上部荷载大小 D. 基础面积大小 答案:A、B 【例题3】刚性基础在中心荷载作用下,开始的地基反力呈( )分布。 A. 马鞍形 B. 矩形 C. 三角形 D. 梯形 答案:A ????(二)地基反力的简化计算
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