第三章地基中的應(yīng)力（優(yōu)選課資）

1、 研究土體中的應(yīng)力是研究地基變形與地基失穩(wěn)研究土體中的應(yīng)力是研究地基變形與地基失穩(wěn)的基礎(chǔ)。的基礎(chǔ)。 支承建筑物荷載的土層稱為支承建筑物荷載的土層稱為地基地基與建筑物基礎(chǔ)底面直接接觸的土層稱為與建筑物基礎(chǔ)底面直接接觸的土層稱為持力層持力層將持力層下面的土層稱為將持力層下面的土層稱為下臥層下臥層1聽雨書屋Bx y xy yz zx z 概概 述述2聽雨書屋B土力學(xué)中應(yīng)力符號(hào)的規(guī)定土力學(xué)中應(yīng)力符號(hào)的規(guī)定 x xz zx x z xz zx 材料力學(xué)材料力學(xué)+-+-土力學(xué)土力學(xué)正應(yīng)力正應(yīng)力剪應(yīng)力剪應(yīng)力拉為正拉為正壓為負(fù)壓為負(fù)順時(shí)針為正順時(shí)針為正逆時(shí)針為負(fù)逆時(shí)針為負(fù)壓為正壓為正拉為負(fù)拉為負(fù)逆時(shí)針為正逆時(shí)

2、針為正順時(shí)針為負(fù)順時(shí)針為負(fù)z 概概 述述3聽雨書屋B自重應(yīng)力自重應(yīng)力由土體自身重量所產(chǎn)生的應(yīng)力。由土體自身重量所產(chǎn)生的應(yīng)力。附加應(yīng)力附加應(yīng)力由外荷（靜的或動(dòng)的）引起的土中應(yīng)力。由外荷（靜的或動(dòng)的）引起的土中應(yīng)力?；讐毫讐毫Ω郊討?yīng)力附加應(yīng)力地基沉降變形地基沉降變形基底反力基底反力基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的外荷載基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的外荷載下臥層持力層地地基基基礎(chǔ)FG主要受力層概概 述述土中的應(yīng)力分為兩種：土中的應(yīng)力分為兩種：建筑物修建之前已經(jīng)存在，也稱建筑物修建之前已經(jīng)存在，也稱為初始應(yīng)力為初始應(yīng)力建筑物修建之后的在建筑物修建之后的在自重應(yīng)力基礎(chǔ)上增加自重應(yīng)力基礎(chǔ)上增加的應(yīng)力的應(yīng)力4聽雨書屋B 3.2 3.2 土的自

3、重應(yīng)力土的自重應(yīng)力zcz地面地面Zczz5聽雨書屋Bczz地面地面zczz土的自重應(yīng)力土的自重應(yīng)力地下水位以下的土：地下水位以下的土：6聽雨書屋B地下水位以下，用有效重度；不同土層的重量可以疊加地下水位以下，用有效重度；不同土層的重量可以疊加332211hhhcz土的自重應(yīng)力土的自重應(yīng)力h1地面地面h221311223hhh1 1h1 122hhh37聽雨書屋B自重應(yīng)力在等容重地基中隨深度呈直線分布；自重應(yīng)力在等容重地基中隨深度呈直線分布；自重應(yīng)力在成層地基中呈折線分布；自重應(yīng)力在成層地基中呈折線分布；在土層分界面處和地下水位處發(fā)生轉(zhuǎn)折。在土層分界面處和地下水位處發(fā)生轉(zhuǎn)折。 均質(zhì)地基均質(zhì)地基1

4、 2 2 )(21 成層地基成層地基土的自重應(yīng)力土的自重應(yīng)力8聽雨書屋BK0土的側(cè)壓力系數(shù)土的側(cè)壓力系數(shù)，它是土體在側(cè)限條件下水平有效應(yīng)力與豎向，它是土體在側(cè)限條件下水平有效應(yīng)力與豎向有效應(yīng)力之比，有效應(yīng)力之比， K0與土層的應(yīng)力歷史及土的類型有關(guān)。見表與土層的應(yīng)力歷史及土的類型有關(guān)。見表3.2.1，對一般地基對一般地基K0 0.5左右。左右。czcycxchK0無側(cè)向變形（有側(cè)限）條件下：無側(cè)向變形（有側(cè)限）條件下：10K土的自重應(yīng)力土的自重應(yīng)力0yxyx 根據(jù)彈性力學(xué)中廣義虎克定律：根據(jù)彈性力學(xué)中廣義虎克定律：zyxxE1czcycx9聽雨書屋B3 3、土壩的自重應(yīng)力、土壩的自重應(yīng)力對于中

5、小型壩，可以采用簡化計(jì)算，即：忽略土對于中小型壩，可以采用簡化計(jì)算，即：忽略土體中剪應(yīng)力的作用，認(rèn)為土柱間相互獨(dú)立，也就體中剪應(yīng)力的作用，認(rèn)為土柱間相互獨(dú)立，也就是任一點(diǎn)的自重應(yīng)力等于其上部土柱的重量是任一點(diǎn)的自重應(yīng)力等于其上部土柱的重量c = H 。對于重要的土壩要進(jìn)行有限元分析。對于重要的土壩要進(jìn)行有限元分析。土的自重應(yīng)力土的自重應(yīng)力10聽雨書屋B例：例：某地基土由四層土組成厚度與容重如圖，試計(jì)算某地基土由四層土組成厚度與容重如圖，試計(jì)算每土層接觸面處的豎向自重應(yīng)力并畫出應(yīng)力曲線。每土層接觸面處的豎向自重應(yīng)力并畫出應(yīng)力曲線。土的自重應(yīng)力土的自重應(yīng)力44332211ZOh4=2.0mh3=1

6、.5mh2=2.0mh1=2.5m33/8 . 9mKN34/4 . 9mKN31/23.18mKN32/62.18mKN11聽雨書屋Bkpacz58.455 . 223.18111h44cz3cz4h22cz1cz2h44332211ZOr1=9.40KN/m3r1=9.80KN/m3r2=18.62KN/m33r1=18.23KN/mh4=2.0mh3=1.5mh2=2.0mh1=2.5m1-1面面33cz2cz3h2-2面面3-3面面4-4面面82.82kpa218.6245.5897.52kpa1.59.882.82116.32kpa29.497.52土的自重應(yīng)力土的自重應(yīng)力12聽雨書

7、屋B116.32kpa97.52kpa82.82kpa45.58kpa44332211ZOh4=2.0mh3=1.5mh2=2.0mh1=2.5m土的自重應(yīng)力土的自重應(yīng)力13聽雨書屋B14聽雨書屋B15聽雨書屋B上部結(jié)構(gòu)的自重及各種上部結(jié)構(gòu)的自重及各種荷載都是通過基礎(chǔ)傳到荷載都是通過基礎(chǔ)傳到地基中的。地基中的。上部結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)基礎(chǔ)地基地基建筑物設(shè)計(jì)建筑物設(shè)計(jì)基底接觸應(yīng)力基底接觸應(yīng)力指指上部結(jié)構(gòu)荷載和基礎(chǔ)自重上部結(jié)構(gòu)荷載和基礎(chǔ)自重通過基礎(chǔ)傳遞，在基通過基礎(chǔ)傳遞，在基礎(chǔ)底面處施加于地基上的單位面積壓力礎(chǔ)底面處施加于地基上的單位面積壓力 3.4 3.4 基底接觸應(yīng)力及簡化計(jì)算基底接觸應(yīng)力及簡化計(jì)

8、算16聽雨書屋B一、基底接觸應(yīng)力實(shí)際分布一、基底接觸應(yīng)力實(shí)際分布柔性基礎(chǔ)柔性基礎(chǔ)：剛度較小，基底接觸應(yīng)力與其上的荷載大?。簞偠容^小，基底接觸應(yīng)力與其上的荷載大小及分布相同及分布相同；基底接觸應(yīng)力及簡化計(jì)算基底接觸應(yīng)力及簡化計(jì)算特別地，當(dāng)中心受壓時(shí)，基底接觸應(yīng)力分布為均勻分布。特別地，當(dāng)中心受壓時(shí)，基底接觸應(yīng)力分布為均勻分布。17聽雨書屋B剛性基礎(chǔ)剛性基礎(chǔ)：剛度較大，基底接觸應(yīng)力分布隨上部荷載的大：剛度較大，基底接觸應(yīng)力分布隨上部荷載的大小、基礎(chǔ)的埋深及土的性質(zhì)而異。小、基礎(chǔ)的埋深及土的性質(zhì)而異。當(dāng)基礎(chǔ)尺寸不太大，荷載也較小時(shí)，可假定基底壓力為當(dāng)基礎(chǔ)尺寸不太大，荷載也較小時(shí)，可假定基底壓力為直線

9、分布。直線分布?；捉佑|應(yīng)力及簡化計(jì)算基底接觸應(yīng)力及簡化計(jì)算砂性土地基砂性土地基粘性土地基粘性土地基小荷載小荷載極限荷載極限荷載極限荷載極限荷載小荷載小荷載18聽雨書屋B三、基礎(chǔ)底面附加應(yīng)力三、基礎(chǔ)底面附加應(yīng)力1、基礎(chǔ)在地面上、基礎(chǔ)在地面上基礎(chǔ)底面附加壓力即為基礎(chǔ)底面接觸應(yīng)力?；A(chǔ)底面附加壓力即為基礎(chǔ)底面接觸應(yīng)力。2、基礎(chǔ)在地面以下埋深為、基礎(chǔ)在地面以下埋深為d基底壓力中扣除基底標(biāo)高處原有土的自重應(yīng)力，才是基礎(chǔ)基底壓力中扣除基底標(biāo)高處原有土的自重應(yīng)力，才是基礎(chǔ) 底面下真正施加于地基的應(yīng)力底面下真正施加于地基的應(yīng)力 式中：p0為基礎(chǔ)底面的平均附加應(yīng)力，kpa；p 為基礎(chǔ)底面的平均接觸應(yīng)力，kpa

10、； 為基地處的自重應(yīng)力，kpa；d為基礎(chǔ)埋深，m； 為基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，kpa， ?；捉佑|應(yīng)力及簡化計(jì)算基底接觸應(yīng)力及簡化計(jì)算dpppc00c0dhii019聽雨書屋B判斷題：判斷題：附加應(yīng)力大小只與計(jì)算點(diǎn)深度有關(guān)，而與基礎(chǔ)尺寸無關(guān)（）附加應(yīng)力大小只與計(jì)算點(diǎn)深度有關(guān)，而與基礎(chǔ)尺寸無關(guān)（）基底附加壓力是基底壓力的一部分（）基底附加壓力是基底壓力的一部分（）完全飽和土體，含水量完全飽和土體，含水量w=100%（）（）根據(jù)達(dá)西定律，滲透系數(shù)越高的土，需要越大的水頭梯度才能獲得相同根據(jù)達(dá)西定律，滲透系數(shù)越高的土，需要越大的水頭梯度才能獲得相同的滲流速度（）的滲流速度（）20聽雨書屋B（一）雙層地基的影響（一）雙層地基的影響 土層的松密、軟硬差別常常是很大的。如在軟土土層的松密、軟硬差別常常是很大的。如在軟土地區(qū)?？捎龅揭粚佑舱惩粱蛎軐?shí)的砂覆蓋在較軟地區(qū)?？捎龅揭粚佑舱惩粱蛎軐?shí)的砂覆蓋在較軟的土層上；在山區(qū)，?？梢姾穸炔淮蟮目蓧嚎s土的土層上；在山區(qū)，?？梢姾穸炔淮蟮目蓧嚎s土層覆蓋于絕對剛性的巖層上。這種情況下地基中層覆蓋于絕對剛性的巖層上。這種情況下地基中的應(yīng)力分布顯然不會(huì)同前面分析的均質(zhì)土層一樣。的應(yīng)力分布顯然不會(huì)同前面分析的均質(zhì)土層一樣。非均質(zhì)和各向異性地基中的附加應(yīng)力非均