《土中的應(yīng)力分布》PPT課件

1、土中的應(yīng)力分布與計算,概述 有效應(yīng)力原理 地基中的應(yīng)力分布,基 礎(chǔ),地 基,上部結(jié)構(gòu),地 基：受上部結(jié)構(gòu)影響（受力、變形）的一定范圍內(nèi)的地層,計算地基應(yīng)力的目的,確定地基的承載力,確定地基的變形,1、概 述,土中的應(yīng)力按引起的原因可分為,自重應(yīng)力由土體本身重量引起 附加應(yīng)力由外荷載引起，外荷載包括建筑物荷重、地震、滲透水壓力等,土力學(xué)中應(yīng)力符號的規(guī)定,材料力學(xué),土力學(xué),正應(yīng)力,剪應(yīng)力,拉為正 壓為負(fù),順時針為正 逆時針為負(fù),壓為正 拉為負(fù),逆時針為正 順時針為負(fù),土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的假定,均勻一致各向同性體 （土層性質(zhì)變化不大時,線彈性體 （應(yīng)力較小時,連續(xù)介質(zhì) （宏觀平均,與(x, y, z

2、)無關(guān) 與方向無關(guān),理論,方法,彈性力學(xué)解求解“彈性”土體中的應(yīng)力,解析方法優(yōu)點：簡單，易于繪成圖表等,碎散體,非線性 彈塑性,成層土 各向異性,p,e,線彈性體,加載,卸載,截面上水的面積,2、有效應(yīng)力原理,孔隙水壓和有效應(yīng)力,飽和土樣,土樣的平衡方程,土樣截面積,孔隙水壓力,顆粒之間作用力的豎向分量,總應(yīng)力,有效應(yīng)力,1,有效應(yīng)力原理及其意義,1）總應(yīng)力可分為有效應(yīng)力和孔隙水壓,Terzaghi，1923,Karl Von Terzaghi (18831963,有效應(yīng)力：對應(yīng)于顆粒之間作用力的應(yīng)力,或：有效應(yīng)力等于總應(yīng)力減去孔隙水壓,2）土的變形和強度取決于有效應(yīng)力而不是總應(yīng)力,一個例子深

3、海底的土層是否要承受很大的壓力,總應(yīng)力,孔隙水壓,H 很大時， 很大,但事實上，表面的砂土是很松散的,有效應(yīng)力,h 較小時，也較小,本例表明，土的變形取決于土中有效應(yīng)力而不是總應(yīng)力,3、地基中的應(yīng)力分布,土的自重應(yīng)力 基礎(chǔ)底面接觸壓力 基礎(chǔ)底面附加應(yīng)力 地基中的附加應(yīng)力,自重應(yīng)力：由于土體本身自重引起的應(yīng)力,確定土體初始應(yīng)力狀態(tài),土體在自重作用下，在漫長的地質(zhì)歷史時期，已經(jīng)壓縮穩(wěn)定，因此，土的自重應(yīng)力不再引起土的變形。但對于新沉積土層或近期人工充填土應(yīng)考慮自重應(yīng)力引起的變形,地基中的應(yīng)力分布-土的自重應(yīng)力,豎向自重應(yīng)力,土體中任意深度處的豎向自重應(yīng)力等于單位面積上土柱的有效重量,成層土的自重應(yīng)

4、力計算,說明： 1.地下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)土中自重應(yīng)力沿深度呈折線分布,1 h1,1 h1 + 2h2,1 h1 + 2h2 + 3h3,水平向自重應(yīng)力,靜止側(cè)壓力系數(shù),思考題,一地基由多層土組成，地質(zhì)剖面如下圖所示，試計算并繪制自重應(yīng)力cz沿深度的分布圖,基底壓力：建筑物上部結(jié)構(gòu)荷載和基礎(chǔ)自重通過基礎(chǔ)傳遞給地基，作用于基礎(chǔ)底面?zhèn)髦恋鼗膯挝幻娣e壓力,接觸壓力,影響基底壓力的因素: 基礎(chǔ)的形狀、大小、剛度，埋置深度，基礎(chǔ)上作用荷載的性質(zhì)（中心、偏心、傾斜等）及大小、地基土性質(zhì),地基中的應(yīng)力分布-基礎(chǔ)底面接觸壓力,1、柔性基礎(chǔ)：沒有抵抗彎曲變形的能力

5、，基礎(chǔ)隨地基一起變形，基底接觸壓力分布與上部荷載分布情況相同。均布荷載下其基底沉降是中部大，邊緣小,柔性基礎(chǔ)基底壓力分布) 例如：油罐 土壩,基底壓力分布,地基中的應(yīng)力分布-基礎(chǔ)底面接觸壓力,2）剛性基礎(chǔ)：基礎(chǔ)剛度遠(yuǎn)大于地基，計算時可認(rèn)為基礎(chǔ)不變形,假 設(shè),a. 寬度為b的剛性條形基礎(chǔ),b. 地基為彈性半無限體,計算結(jié)果,基底壓力呈馬鞍型分布，且邊緣壓力趨于無窮,基底壓力分布,地基中的應(yīng)力分布-基礎(chǔ)底面接觸壓力,實測結(jié)果,3）彈塑性地基，有限剛度基礎(chǔ),荷載較小 荷載較大,砂性土地基,粘性土地基,接近彈性解 馬鞍型 拋物線型 倒鐘型,實際的基底壓力分布較復(fù)雜，不便于地基應(yīng)力的計算。故工程中采用簡

6、化算法,基底壓力分布,地基中的應(yīng)力分布-基礎(chǔ)底面接觸壓力,中心荷載作用下的基底壓力,G= GAd,取室內(nèi)外平均埋深計算,若是條形基礎(chǔ)，F(xiàn),G取單位長度基底面積計算,地基中的應(yīng)力分布-基礎(chǔ)底面接觸壓力,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,基礎(chǔ)底面的抵抗矩；矩形截面W=bl2/6,討論,當(dāng)e0，基底壓力呈梯形分布,當(dāng)e=l/6時，pmax0，pmin=0，基底壓力呈三角形分布,當(dāng)el/6時,基底壓力重分布,偏心荷載作用在基底壓力分布圖形的形心上,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

7、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,地基中的應(yīng)力分布-基礎(chǔ)底面附加壓力,基底壓力呈梯形分布時， 基底附加壓力,基底附加壓力,例題分析,例】某條形地基，如下圖所示?；A(chǔ)上作用荷載F=400kN/m，M=20kNm，試求基底附加壓力,1.基底壓力計算,基礎(chǔ)及上覆土重G= GAd,荷載偏心距e=M合/(F+G,條形基礎(chǔ)取單位長度計算,2.基底附加壓力計算,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,附加應(yīng)力：新增外加荷載在地基土體中引起的應(yīng)力,計算基本假定,地基土是連續(xù)、均勻、各向同性的半無限完全彈性體,地基中的應(yīng)力分布-地基中的附加應(yīng)力,豎向集中荷載作用下的地基附加應(yīng)力,布辛奈斯

8、克解,M(x,y,z,M(x,y,0,q,附加應(yīng)力系數(shù),地基中的應(yīng)力分布,地基中附加應(yīng)力擴(kuò)散示意圖,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 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)力強度不斷降低（應(yīng)力擴(kuò)散,附加應(yīng)力分布規(guī)律,疊加原理,由幾個外力共同作用時所引起的某一參數(shù)（內(nèi)力、應(yīng)力或位移），等于每個外力單獨作用時所引起的該參數(shù)值的代數(shù)和,兩個集中力作用下z的疊加,矩形均布荷載作用下地基中的附加應(yīng)力計算,矩形基礎(chǔ)角點下的 豎向附加應(yīng)力系數(shù),地基中的應(yīng)力分布,角點法計算地基

9、附加應(yīng)力,IV,II,III,I,o,I,II,III,IV,地基中的應(yīng)力分布-矩形均布荷載下地基附加應(yīng)力,角點法計算地基附加應(yīng)力,計算點在基底邊緣,計算點在基底邊緣外,地基中的應(yīng)力分布-矩形均布荷載下地基附加應(yīng)力,角點法計算地基附加應(yīng)力,計算點在基底角點外,I,o,地基中的應(yīng)力分布-矩形均布荷載下地基附加應(yīng)力,三角形分布的垂直荷載,dp布辛涅斯克解,矩形基礎(chǔ)角點下的豎向附加應(yīng)力系數(shù)，均為m,n的函數(shù),地基中的應(yīng)力分布,圓面積上各種分布荷載作用下的附加應(yīng)力計算,圓形荷載 中心下,圓形荷載 周邊下,地基中的應(yīng)力分布,條形基礎(chǔ)地基中的附加應(yīng)力計算,1 均布線荷載 2 三角分布荷載,1)上層軟弱，下層堅硬的成層地基,2. 非均勻性成層地基,中軸線附近z比均質(zhì)時明顯增大的現(xiàn)象 應(yīng)力集中； 應(yīng)力集中程度與土層剛度和厚度有關(guān)； 隨H/B增大，應(yīng)力集中現(xiàn)象逐漸減弱,2)上層堅硬，下層軟弱的成層地基,中軸線附近z比均質(zhì)時