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第十一讲 工民建地基稳定性分析 地基中的应力分布 地基变形及沉降 土体强度理论及地基承载力 地基处理措施 §7.1 地基中的应力分布 地基:是指由于建筑物荷载引起的应力变化的某一范围内的岩土体. 分持力层(直接与基础接触的岩土体)和下卧层(持力层以下的地基层) 地基层可分为:天然地基及人工地基 基础:建筑物在地面以下的部分. §7.1 地基中的应力分布 应力:土中单位面积上所承受的力.Kpa、MPa 天然应力:建筑物修建前存在于土体中的应力。 主要有:自重应力、渗透压力、构造应力。 附加应力:由于建筑物的修建而使地基土体增加 的应力。 一、自重应力 1.定义:自重应力是指土体自重引起的应力。 2.计算方法 将地基土体作为半无限空间体。 则其内部任一点与地面平行或垂直 的平面上,仅作用垂直应力和水平 应力。 二、基底压力 1.定义 基底压力是指建筑物基础与地基接触面上的法向压力。或叫接触压力。 2.作用:主要用于计算地基中的附加应力。 3.影响因素:基础的形状、尺寸和埋深、基础所受的荷载、地基土与基础本身的相对刚度、地基土的性质。 4.基底压力的计算方法 (1)中心荷载作用下的基底压力 中心荷载是指作用于基础的 中心线上的荷载。 如塔体、桥墩等等。 ?矩形基础 ?条形基础 一般取1米长进行计算,A=B*1 (2)偏心荷载作用下的基底压力 偏心荷载:是指荷载作用线 偏离中心线,作 用于中心线以外 的某一部位上。 特点: 1)基底压力为梯形或三角形分布; 2)偏心距越大,P分布越不均匀. 小结: 基底压力的分布主要有两种基本形式: (1)均匀分布 (2)三角形分布 梯形分布可分解为均匀分布和三角形分布的叠加。 如水库大坝的重量引起的基底压力如图: 为梯形分布。 可分解为一个均匀分布压 力和两个三角形分布压力 三、地基中的附加应力 附加应力的计算基础:弹性力学方法 计算假定: 地基土体为连续、均质、各向同性的线弹性体。 1.矩形均布铅直荷载下的附加应力 如右图。 (1)中心点下的?Z (2)矩形均布荷载角点下任意深度的?Z 矩形分布荷载中点下的?Z,也可采用求角点下应力的方法求得。步骤: 1)通过矩形中点将矩形面积分成4个相等的小矩形; 2)求出任一小矩形的角点的附加应力; 3)乘以4后得到大矩形中点的应力。 非角点下地基中的应力,可用叠加原理求得。 步骤如下: 1)通过计算点作平行于矩形面各边的辅助线,将荷载面划分为几个矩形,使计算点成为几个矩形的公共角点; 2)分别求得各矩形荷载在此公共角点下的附加应力; 3)叠加所求得的应力,即可得到所求的附加应力。 2.条形均布铅直荷载下的附加应力 (1)概念 条形基础:长宽比大于10时的矩形基础。 条形荷载:荷载面长度L大于宽度B5倍以上。 此时,可以认为条形荷载沿长度方向不变, 地基附加应力的计算属于平面问题。 (2)计算 取单位长度进行计算,地基内内任一点M( ?Z ,?x ,?xz)的应力为 ?Z的分布特征: 1)x为定值时 ?在基础范围内(B内), ?Z 在表面最大,然后随z增大减小; ?在基础范围外(如2B), ?Z在 表面为0,然后随z增大而增大,至某一深度后又逐渐减小。越向外, ?Z越 小越均匀。 2)z为定值时 ?在同一深度上, ?Z的在中部最大,向两侧逐渐减小,呈对称分布; ?深度越大, ?Zmax的越小,中部?Z的越均匀,向两侧延伸越远,影响范 围越大具有应力扩散现象; ?Z的分布特征: 3)从?Z的等值线可以看出: ? ?Z的在基础底部最大, 向四周逐渐减小分布特征分布 特征; ?低应力范围大,高应力范 围小。等值线如同灯泡,叫压力泡; ?基础以下超过6B深度和2B宽度范围以外,地基中附 加应力微小,在工程实际中可以不再考虑其对地基沉降 的影响。 3.附加应力分布的影响因素 (1)土层结构 1)单层结构:可近似地看作均质、连续各向同性体。计算所得的附加应力与实际较接近; 2)多层结构:不能视为均质、连续各向同性体。计算结果与实际
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