地基基礎(chǔ)-第4章-PPT課件

1、第四章 地基中的應(yīng)力,福建工程學(xué)院土木工程系 2012年2月,2,本章提要,1,土的自重應(yīng)力,2,基底壓力,3,地基附加應(yīng)力,4,第四章 地基中的應(yīng)力,3,第四章 地基中的應(yīng)力,本章提要,4,第四章 地基中的應(yīng)力,本章提要,結(jié)構(gòu)荷載,地基,基礎(chǔ),產(chǎn)生變形、沉降等,原有應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化,土體中應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化,引起地基土的變形，導(dǎo)致建筑物的沉降，傾斜或水平位移,當(dāng)應(yīng)力超過地基土的強(qiáng)度時(shí)，地基就會因喪失穩(wěn)定性而破壞，造成建筑物倒塌,嚴(yán)重,5,第四章 地基中的應(yīng)力,本章提要,地基中的應(yīng)力按產(chǎn)生的原因不同可分為兩種,2、附加應(yīng)力： 土體在外荷載（包括建筑物荷載、交通荷載）地下水滲流、地震等作用下在地基

2、內(nèi)附加產(chǎn)生的應(yīng)力增量,1、自重應(yīng)力： 由土體自身有效自重在地基內(nèi)所產(chǎn)生的應(yīng)力,2、附加應(yīng)力： 土體在外荷載（包括建筑物荷載、交通荷載）地下水滲流、地震等作用下在地基內(nèi)附加產(chǎn)生的應(yīng)力增量,1、自重應(yīng)力： 由土體自身有效自重在地基內(nèi)所產(chǎn)生的應(yīng)力,6,第四章 地基中的應(yīng)力,本章提要,自重應(yīng)力、附加應(yīng)力： 二者產(chǎn)生原因不同，所以計(jì)算方法不同，分布規(guī)律及對工程的影響也不同,7,8,9,10,11,12,13,14,第四章 地基中的應(yīng)力,本章提要,研究土體或地基的應(yīng)力和變形，必須從土的應(yīng)力與應(yīng)變的基本關(guān)系出發(fā)。 土是由三相組成的非連續(xù)介質(zhì)，天然地基往往是由成層土所組成的非均質(zhì)或各向異性體，土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

3、具有非線性、非彈性的特征,為簡化計(jì)算，把地基土視為均勻的、各向同性的半無限空間彈性體，應(yīng)用彈性力學(xué)公式來求解土中應(yīng)力,研究方法,15,第四章 地基中的應(yīng)力,4-1自重應(yīng)力,一、均質(zhì)土中的自重應(yīng)力,假設(shè)地基為均質(zhì)連續(xù)的半無限空間體，土體在自重應(yīng)力作用下只產(chǎn)生豎向變形，而無側(cè)向位移和剪切變形,沿水平面均勻分布與Z成正比,隨深度成線性增加,地下水位以下采用浮重度,16,第四章 地基中的應(yīng)力,4-1自重應(yīng)力,靜止側(cè)壓力系數(shù),水平向自重應(yīng)力,可實(shí)驗(yàn)測得也可采用經(jīng)驗(yàn)值,17,第四章 地基中的應(yīng)力,4-1自重應(yīng)力,二、成層土中的自重應(yīng)力,說明： 1.如地下水位位于同一土層中，地下水位也應(yīng)作為分層的界面。地下

4、水位以上土層采用天然重度，地下水位以下土層采用浮重度。 2.非均質(zhì)成層土中自重應(yīng)力沿深度呈折線分布,1 h1,1 h1 + 2h2,1 h1 + 2h2 + 3h3,1,2,3,18,天然地面,h1,h2,h3,3、3,2,1,1 h1,1 h1 + 2h2,1 h1 + 2h2 + 3h3,h4,4、4,2,1,3,4,在地下水位以下如埋藏有不透水層（例如完整的巖層或堅(jiān)硬粘土層等），由于不透水層中不存在水的浮力，所以不透水層頂面及層面以下的自重應(yīng)力應(yīng)按上覆土層的水土總重計(jì)算,不透水層,19,例2】一地基由多層土組成，地質(zhì)剖面如下圖所示，試計(jì)算并繪制自重應(yīng)力cz沿深度的分布圖,例1】見教材,2

5、0,三、地下水位升降對土中自重應(yīng)力的影響,地下水位下降，自重應(yīng)力增加：例如大量長期抽取地下水，導(dǎo)致地下水位長期大幅度下降，自重應(yīng)力增加，從而會引起地面大面積沉降,地下水位上升，自重應(yīng)力減少：如在大壩蓄水或工業(yè)廢水大量滲入地下的地區(qū)，水位上升會引起地基承載力減小、濕陷性土的塌陷現(xiàn)象等,第四章 地基中的應(yīng)力,4-1自重應(yīng)力,21,第四章 地基中的應(yīng)力,4-2基底壓力,結(jié)構(gòu)荷載,地基,基礎(chǔ),基礎(chǔ)底面與地基產(chǎn)生接觸應(yīng)力,既是基礎(chǔ)作用于地基表面的基底壓力，又是地基反作用于基礎(chǔ)底面的基底反力,基底壓力的大小和分布狀況，對地基內(nèi)部的附加應(yīng)力有著直接的影響,基底壓力與荷載的大小和分布、基礎(chǔ)的剛度、基礎(chǔ)的埋置深

6、度以及地基土的性質(zhì)等多種因素有關(guān),22,第四章 地基中的應(yīng)力,4-2基底壓力,基底壓力一般呈非線性分布,柱下單獨(dú)基礎(chǔ)、墻下條形基礎(chǔ)等剛性基礎(chǔ)，基底壓力呈馬鞍形分布,根據(jù)彈性理論中圣維南原理，在基礎(chǔ)底面下一定深度所引起的地基附加應(yīng)力與基底荷載分布形態(tài)無關(guān)，只與其合力的大小與作用點(diǎn)位置有關(guān),在工程實(shí)用中，對于具有一定剛度以及尺寸較小的柱下單獨(dú)基礎(chǔ)、墻下條形基礎(chǔ)等擴(kuò)展基礎(chǔ)，其基底壓力當(dāng)作近似直線分布，按材料力學(xué)公式進(jìn)行簡化計(jì)算,23,第四章 地基中的應(yīng)力,4-2基底壓力,一、基底壓力的簡化計(jì)算,1、中心荷載作用下的基底壓力,若是條形基礎(chǔ)，F(xiàn),G取單位長度基底面積計(jì)算（長度方向取1m長,G= GAd,

7、取室內(nèi)外平均埋深計(jì)算,G一般取20kN/m3，地下水位以下取10kN/m3,G-基礎(chǔ)自重及其上回填土重力的總和,24,第四章 地基中的應(yīng)力,4-2基底壓力,一、基底壓力的簡化計(jì)算,2、偏心荷載作用下的基底壓力,作用于基礎(chǔ)底面形心上的力矩 M=(F+G)e,基礎(chǔ)底面的抵抗矩；矩形截面W=bl2/6,偏心方向長度為 l,25,第四章 地基中的應(yīng)力,4-2基底壓力,一、基底壓力的簡化計(jì)算,2、偏心荷載作用下的基底壓力,當(dāng)e0，基底壓力呈梯形分布,當(dāng)e=l/6時(shí)，pmax0，pmin=0，基底壓力呈三角形分布,當(dāng)el/6時(shí)，pmax0，pmin0，基底出現(xiàn)拉應(yīng)力，基底壓力重分布,26,偏心荷載作用在基

8、底壓力分布圖形的形心上,基底壓力重分布,第四章 地基中的應(yīng)力,4-2基底壓力,一、基底壓力的簡化計(jì)算,2、偏心荷載作用下的基底壓力,27,第四章 地基中的應(yīng)力,4-2基底壓力,二、基底附加壓力,基底附加壓力：作用于地基表面，由于建造建筑物而新增加的壓力稱為基底附加壓力，即導(dǎo)致地基中產(chǎn)生附加應(yīng)力的那部分基底壓力,基底附加壓力在數(shù)值上等于基底壓力扣除基底標(biāo)高處原有土體的自重應(yīng)力,28,基底壓力呈梯形分布時(shí)，基底附加壓力,基底附加壓力,自重應(yīng)力,第四章 地基中的應(yīng)力,4-2基底壓力,二、基底附加壓力,基底標(biāo)高以上天然土層的加權(quán)平均重度,29,一、豎向集中荷載作用下的地基附加應(yīng)力,1885年法國學(xué)者布

9、辛涅斯克解,M(x,y,z,M(x,y,0,q,附加應(yīng)力系數(shù),第四章 地基中的應(yīng)力,4-3 附加應(yīng)力,30,集中力作用下附加應(yīng)力分布規(guī)律,距離地面越深，附加應(yīng)力的分布范圍越廣 在集中力作用線上的附加應(yīng)力最大，向兩側(cè)逐漸減小 同一豎向線上的附加應(yīng)力隨深度而變化 在集中力作用線上，當(dāng)z0時(shí)，z，隨著深度增加，z逐漸減小 豎向集中力作用引起的附加應(yīng)力向深部向四周無限傳播，在傳播過程中，應(yīng)力強(qiáng)度不斷降低,一、豎向集中荷載作用下的地基附加應(yīng)力,第四章 地基中的應(yīng)力,4-3 附加應(yīng)力,31,一、豎向集中荷載作用下的地基附加應(yīng)力,第四章 地基中的應(yīng)力,4-3 附加應(yīng)力,疊加原理,由幾個(gè)外力共同作用時(shí)所引起的

10、某一參數(shù)（內(nèi)力、應(yīng)力或位移），等于每個(gè)外力單獨(dú)作用時(shí)所引起的該參數(shù)值的代數(shù)和,兩個(gè)集中力作用下z的疊加,32,二、矩形荷載作用時(shí)的地基附加應(yīng)力,第四章 地基中的應(yīng)力,4-3 附加應(yīng)力,dp布辛涅斯克解,矩形基礎(chǔ)角點(diǎn)下的豎向附加應(yīng)力系數(shù),矩形均布荷載,33,角點(diǎn)法計(jì)算地基附加應(yīng)力,I,II,III,IV,算點(diǎn)在基底內(nèi)部,二、矩形荷載作用時(shí)的地基附加應(yīng)力,第四章 地基中的應(yīng)力,4-3 附加應(yīng)力,34,計(jì)算點(diǎn)在基底邊緣,計(jì)算點(diǎn)在基底邊緣外,二、矩形荷載作用時(shí)的地基附加應(yīng)力,第四章 地基中的應(yīng)力,4-3 附加應(yīng)力,35,計(jì)算點(diǎn)在基底角點(diǎn)外,I,二、矩形荷載作用時(shí)的地基附加應(yīng)力,第四章 地基中的應(yīng)力,4

11、-3 附加應(yīng)力,36,二、矩形荷載作用時(shí)的地基附加應(yīng)力,第四章 地基中的應(yīng)力,4-3 附加應(yīng)力,例3】見教材4-3,37,三、條形荷載作用時(shí)的地基附加應(yīng)力,第四章 地基中的應(yīng)力,4-3 附加應(yīng)力,條形基礎(chǔ),理想情況,實(shí)際情況,條形均布荷載情況,38,均布條形荷載作用下附加應(yīng)力分布規(guī)律,1）在荷載分布范圍內(nèi)之下任意點(diǎn)沿垂線的附加應(yīng)力值，隨深度愈向下愈小。 （2）基礎(chǔ)底面下任意深度的水平面上的附加應(yīng)力值，在基底中心點(diǎn)下的軸線處最大，隨著距離中軸線愈遠(yuǎn)而愈小。 （3）地基附加應(yīng)力具有擴(kuò)散性。附加應(yīng)力不僅發(fā)生在荷載面積之下，而且分布在荷載面積以外相當(dāng)大的范圍之下,三、條形荷載作用時(shí)的地基附加應(yīng)力,第四

12、章 地基中的應(yīng)力,4-3 附加應(yīng)力,39,第四章 地基中的應(yīng)力,4-3 附加應(yīng)力,四、非均質(zhì)和各向異性地基中的附加應(yīng)力,實(shí)際地基并非均質(zhì)、各向同性。有的是由不同壓縮性土層組成的成層地基，有的是同一土層的變形模量隨深度增加而增大等等。由于地基的非均質(zhì)性和各向異性，就會造成豎向附加應(yīng)力產(chǎn)生應(yīng)力集中或應(yīng)力擴(kuò)散的現(xiàn)象,40,第四章 地基中的應(yīng)力,4-3 附加應(yīng)力,1、天然形成的雙層地基： 有兩種可能的情況： 一種是巖層上覆蓋著較薄的可壓縮土層，荷載作用下將發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象； 另一種則是上層堅(jiān)硬、下層軟弱的雙層地基，將發(fā)生應(yīng)力擴(kuò)散現(xiàn)象,四、非均質(zhì)和各向異性地基中的附加應(yīng)力,41,2、在地基中，土的變形模

13、量常隨地基深度的增大而增大，這種現(xiàn)象在砂土中尤為顯著。通過試驗(yàn)和理論證實(shí)，與均質(zhì)地基相比較，沿荷載中心線，附加應(yīng)力將發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。 3、天然沉積形成的水平薄交互層地基，水平向變形模量大于豎向變形模量時(shí)，附加應(yīng)力發(fā)生應(yīng)力擴(kuò)散現(xiàn)象；水平變形模量小于豎向變形模量，附加應(yīng)力發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,四、非均質(zhì)和各向異性地基中的附加應(yīng)力,第四章 地基中的應(yīng)力,4-3 附加應(yīng)力,42,第四章 地基中的應(yīng)力,4-3 附加應(yīng)力,例4】某條形基礎(chǔ)，如下圖所示?；A(chǔ)上作用偏心荷載F=400kN/m，M=20kNm，試求基礎(chǔ)中點(diǎn)下2m的附加應(yīng)力,43,第四章 地基中的應(yīng)力,4-3 附加應(yīng)力,分析步驟I,1.基底壓力計(jì)算,基礎(chǔ)及上覆土重G= GAd,荷載偏心距e=M/(F+G,條形基礎(chǔ)取單位長度計(jì)算,44,第四章 地基中的應(yīng)力,4-3 附加應(yīng)力,分析步驟,2.基底附加壓力計(jì)算,基底標(biāo)高以上天然土層的加權(quán)平均重度,基礎(chǔ)埋置深度,45,第四章 地基中的應(yīng)力,4-3 附加應(yīng)力,分析步驟,202.2kPa,46,第四章 地基中的應(yīng)力,4-3 附加