任务4.1土的自重应力.doc

《土力学》

PAGE2/NUMPAGES2

任务4.1土的自重应力

一、土的自重应力计算原理

在计算土中自重应力时，假设地面以下土质均匀，天然重度为(kN／m3)，若求地面以下深度(m)处的竖向自重应力，可取横截面面积为1m2的土柱计算(图3-1)，土柱的自重即为处土的自重应力(kPa)，即

（3-2）

图3-1土中的竖向自重应力

由式(3-2)可见，匀质土的竖向自重应力随深度呈线性增加，应力分布图在竖向为三角形分布；在同一深度处的同一水平面的自重应力则呈均匀分布，如图3-1(b)所示。

根据弹性力学原理可知，地基中除在水平面上存在竖向自重应力外，在竖直平面上还存在着与自重应力成正比的水平方向应力与，即

（3-3）

（3-4）

式中——土的静止侧压力系数，其值可通过试验测得。

通常地基土是由不同重度的土层所构成，如图3-2所示，因此，计算成层土在z深度处的自重应力时，应分层计算而后叠加，即

（3-5）

式中——天然地面下任意深度z处的竖向自重应力(kPa)；

——深度z范围内土层总数；图3-2成层中的自重应力

——第i层土的厚度(m)；

——第i层土的天然重度，地下水位以下的土层取浮重度(kN/m3)。

上面讨论的土中自重应力是指土颗粒之问接触传递的应力，也称有效自重应力，因此，地下水位以下的自重应力应减去土层所受的浮力。但在地下水位以下，如埋藏有不透水层(如岩石或坚硬的黏土层)，由于不透水层中不存在水的浮力，所以其层面及层面以下的自重应力应按其上覆盖土层的水土总重计算，即除计算土的有效自重应力以外，尚应计入水位面至不透水层顶面深度范围内的水压力。

从自重应力分布曲线的变化规律可知：自重应力随深度的增加而增加；土的自重应力分布曲线是一条折线，拐点在土层交界处和地下水位处；同一层土的自重应力按直线变化。通常，自重应力不会引起地基变形，因为自然界中的天然土层一般形成年代久远，早已固结稳定。但对近期沉积或堆积的土层，在自重应力作用下会产生变形。

【例3-1】试计算图3-3中各土层界面处及地下水位面处土的自重应力，并绘出分布图。

【解】粉土层底处

地下水位面处

粉土层底处

基岩层面处

土中应力分布如图3-3所示。

图3-3【例3-1】图

二、地下水位升降对土中自重应力的影响

地下水位的升降会引起土中应力的变化。随着我国城市化进程的不断加快，过度开采地下水以及工程建设基坑开挖时的降水，导致城市地下水位逐年下降，新增的自重应力造成许多城市地表大面积下沉或塌陷，其上的建筑物会产生附加沉降。当地下水位上升时，土中自重应力减小，地基承载力降低，还会导致湿陷性黄土地基土湿陷、膨胀土地基膨胀以及一些地下水结构(如水池)可能因水位上升而上浮等；在人工抬高蓄水水位的地区，会导致滑坡现象增多；在基础工程完工之前，如停止基坑降水工作而使地下水位回升，则可能导致基坑边坡坍塌，或使得新浇筑尚未充分发挥强度的基础底板混凝土断裂等。见图3-4

图3-4地下水位升降对土中自重应力的影响