[工学]2第二章-土体应力计算.ppt

第二章 土体应力计算 概 述 地基中的自重应力 基底压力与基底附加应力 地基中的附加应力计算 土坝（堤）自重应力荷坝基附加应力 第1节 概述 支撑建筑物荷载的土层称为地基。 与建筑物基础底面直接接触的土层称为持力层。 将持力层下面的土层称为下卧层。 土体的应力按引起的原因分为自重应力和附加应力； 自重应力——由土体自身重量所产生的应力。 附加应力——由外荷（静的或动的）引起的土中应力。 第1节 概述 按土体中土骨架和土中孔隙(水、气)的应力承担作用原理或应力传递方式可分为有效应力和孔隙应（压）力 有效应力——由土骨架传递（或承担）的应力。 孔隙应力——由土中孔隙流体水和气体传递（或承担）的应力。 对于饱和土体，由于孔隙应力是通过土中孔隙水来传递的，它不会使土体产生变形，土体的强度也不会改变。 孔隙应力分为：静孔隙应力和超静孔隙应力。 第2节 地基中的自重应力 假设土体为均匀连续介质，并为半无限空间体，在距地表深度z处，土体的自重应力为： ?cz = ?z ?cx = ?cy = K0?cz 　 K0——静止侧压力系数，它是土体在无侧向变形条件下有效小主应力σ’3与有效大主应力σ’1之比 第2节 地基中的自重应力 第2节 地基中的自重应力 若地基是由多层土所组成，设各层的厚度为hi，则地基中第n层底面处的竖向土自重应力 第2节 地基中的自重应力 第3节 基底压力与基底附加应力 基底压力：指上部结构荷载和基础自重通过基础传递，在基础底面处施加于地基上的单位面积压力。 基底反力：地基反向施加于基础底面上的压力。 基底附加应力：是指基底压力扣除因基础埋深所开挖的自重应力之后在基底处施加于地基上的单位面积压力。 一、柔性基础与刚性基础基底压力分布特征 基底压力的分布和大小与荷载的性质（中心或偏心、倾斜等）及大小等有关，也与基础的刚度有关。 一、柔性基础与刚性基础基底压力分布特征 柔性基础：刚度较小，基底压力与其上的荷载大小及分布相同； 一、柔性基础与刚性基础基底压力分布特征 二、刚性基础下基底压力分布 （一）中心荷载下的基底压力 中心荷载作用下的基础，上部结构荷载P与基础自重G的合力Fv通过基底形心，基底压力为均匀分布。平均基底压力为 二、刚性基础下基底压力分布 （二）偏心荷载下的基底压力 二、刚性基础下基底压力分布 二、刚性基础下基底压力分布 e＞L/6时，基底压力pmin＜0，由于地基与基础之间不能承受拉力，此时基底与地基局部脱离而使基底压力重新分布。根据基底压力与偏心荷载相平衡的条件，三角形反力分布如图(e)中的实线所示，形心应在P+G的合力Fv作用线上，由此可计算基础边缘的最大压力pmax为 pmax=2Fv／3kb 式中：k——单向偏心荷载作用点至具有最大压力的基底边缘的距离，k=(L/2-e)。 三、倾斜偏心荷载作用下的基底压力 三、倾斜偏心荷载作用下的基底压力 当基础底面受到倾斜的偏心荷载作用时，先将倾斜偏心的合力R分解为竖向分量Fv和水平分量Fh，其中Fv=Rcosβ， Fh ＝Rsinβ， β为倾斜荷载与竖向线之间的倾角。 对于竖向分量作用下的基底反力计算，同前文 对于水平分量Fh引起的基底反力可按下式计算 矩形基底 ph= Fh／lb 条形基底 ph= Fh／b 四、基底附加应力——基底净压力 实际工程中，基础总是埋置在天然地面以下一定的深度，势必要进行基坑开挖，这样一来就意味着加了一个负荷载。因此，应在基底压力中扣除基底标高处原有土的自重应力，才是基础底面下真正施加于地基的压力，称为基底附加应力或基底净压力。 四、基底附加应力——基底净压力 四、基底附加应力——基底净压力 第4节 地基中的附加应力计算 附加应力：由于外荷载作用，在地基中产生的应力增量。 计算方法：假定地基土是均质的、各向同性的、半无限的弹性体（即在深度和水平方向上都是无限的）。 应力计算可分为空间问题和平面问题。 一、附加应力基本解答 （一）竖向集中力作用下地基附加应力：半无限空间体弹性力学基本解 由布辛内斯克解答得σz的表达式 一、附加应力基本解答 由图中的几何关系，得 一、附加应力基本解答 注意：上述公式在集中力作用点处是不适用的， 因为当R=0时，应力及位移均趋于无穷大，此刻土已发生塑性变形，按弹性理论解已不适用了。 事实上集中力是不存在的，因为基础总有一定的面积，上面的荷载总是面积荷载。求解时利用集中力的解答在作用面积上分块叠加或积分。 一、附加应力基本解答 一、附加应力基本解答 （二）等代荷载法——基本解答的初步应用 由于集中力作用下地基中的附加应