工程地质与土力学第8章土中应力计算讲义.ppt

概述 §8.1 土的自重应力 §8.2 基底压力 §8.3 地基附加应力 §8.4 有效应力原理; 概述 地基土层受荷以后将产生应力和变形，给建筑物带来两个工程问题，即土体稳定问题和变形问题。 如果地基内部所产生的应力在土的强度所允许的范围内，那么土体是稳定的，反之，土体就要发生破坏，并能引起整个地基产生滑动而失去稳定，从而导致建筑物倾倒和破坏。 地基中的应力，按照成因可以分为自重应力和附加应力两种。 ;1. 土中的两种应力 自重应力：由土体本身有效重量产生的应力称为自重应力。一般而言，土体在自重作用下，在漫长的地质历史上已压缩稳定，不再引起土的变形（新沉积土或近期人工充填土除外）。 附加应力：由于外荷（静的或动的）在地基内部引起的应力称为附加应力，它是使地基失去稳定和产生变形的主要原因。;§8.2 土的自重应力; 土体是均匀的半无限体，且假定天然地面为无限大的水平面。 在自身重力作用下土体任一竖直平面均是对称面，切面上不存在剪应力。 自重作用下土体只能产生竖向变形而无侧向位移和剪切变形。;一、竖向自重应力;二、成层土的自重应力计算;三. 分布规律;地下水位面;地下水下降，有效自重应力增大;;四、自重应力引起的水平向应力;四、例题分析;57.0kPa;§8.2 基底压力 ;一、基底压力分布:;弹性地基上的完全柔性基础（EI→0）： 例土坝、路基等。 ;弹性地基上的绝对刚性基础（EI→∞） ;二、基底压力简化计算;若是条形基础，F,G取单位长度基底面积计算;2、偏心荷载作用;讨论：;3、基底压力重分布;基底附加压力：作用于地基表面，由于建造建筑物而新增加的压力称为基底附加压力，即导致地基中产生附加应力的那部分基底压力;d;附加应力：新增外加荷载在地基土体中引起的应力;;y;1885年 法国学者布辛涅斯克解 ;对竖向应力进行推导可得 ;;（1）集中力作用处公式不适用（趋于0，塑性破坏）。 （2）在集中力作用线上附加应力随着深度z的增加而递减。 ;（4）当z一定时，即在半无限土体内任一水平面上，附加应力随着r的增大而减小。 （5）竖向集中力作用引起的附加应力向深部向四周无限传播，在传播过程中，应力强度不断降低（应力扩散）;力的叠加原理;;对于积分求解的讨论;1、均布竖向荷载下矩形基础地基中的附加应力计算 ;角点法求矩形面积均布荷载下竖向应力;z;计算点在基底边缘;I;布辛涅斯克解;【例题分析】;分析; 若半无限弹性体表面作用有无限长条形分布荷载，荷载在宽度方向（x方向）分布任意，而长度方向（y方向）分布规律相同，属于平面应变问题。 对于平面应变问题，土中任一点的应力仅仅与该点的平面坐标有关，而与荷载长度方向的y轴坐标无关。;土 堤 土 坝 挡 土 墙;条形荷载的等σz线;;条形荷载的等σx线 影响限于浅层;三、非均质和各向异性地基中的附加应力;;上软下硬土层 ： αD—附加应力系数。 —竖向均布条形荷载下荷载面中轴线线上各点的附加应力。 ;曲线1：均质地基中的附加应力分布图 曲线2：上软下硬型 曲线3：上硬下软型; 变形模量随深度增大的地基（砂土）;各向异性地基;基础宽度对附加应力的影响; 原料堆场，填土造地为大面积均布荷载，这与矩形、条形局部面积分布荷载产生的应力不同。 同样的基底附加应力作用下，相同深度处的附加应力随基础宽度的增大而增大，基础宽度越大??附加应力沿深度衰减越慢。荷载宽度趋于无穷大时，地基中附加应力分布与深度无关，上下相等，成矩形分布。 大面积均布荷载作用下附加应力不衰减。;【例题分析】;分析步骤I：;分析步骤Ⅱ:;分析步骤Ⅲ: ;分析步骤Ⅳ:; 基本概念 总应力σ：由上面土体的重力、静水压力及外荷载p 所产生的应力。 有效应力σ’:由土颗粒间的接触面承担,可引起土的变形和影响土的强度。 孔隙应力（也称孔隙压力）：由土体孔隙内的水及气体承受。任一点孔隙水压力各个方向相等，只能使土颗粒产生压缩（量小，常忽略）。;土颗粒之间的力——有效应力，是使得土体沉降变形的根本原因，也是土体产生强度（摩擦力）的原因;;;对于饱和土 ：;要点（1）饱和土体内任一平面上受到的总应力可分为有效应力和孔隙水压力两部分，其间关系总是满足 ;应用1：毛细水作用下自重应力计算;应用2：地下水以下自重应力计算;Ⅱ渗流向下：土颗粒间的有效应力较静水时大;Ⅲ渗流向上：土颗粒间的有效应力较静水时小