第3章土的應(yīng)力

1、第3章 土的應(yīng)力3.1 土的自重應(yīng)力 自重應(yīng)力是由于地基土體本身的有效重量而產(chǎn)生的。 地基中的自重應(yīng)力狀態(tài)屬于側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)，其內(nèi)部任一水平面和垂直面上，均只有正應(yīng)力而無(wú)剪應(yīng)力。 地面以下任一深度處豎向自重應(yīng)力都是均勻無(wú)限分布的。3.1.1 均質(zhì)土的自重應(yīng)力均質(zhì)土的自重應(yīng)力 深度 處水平面上，土體豎向自重應(yīng)力 等于單位面積上土柱體的重力。zFFzFWcz/自重應(yīng)力隨深度線性增加，呈三角形分布。 3.1.2成層土的自重應(yīng)力成層土的自重應(yīng)力 成層土，各層土具有不同的重度，在自然地面下 深度處的自重應(yīng)力符合疊加原理。niiiczhhh12211成層土的自重應(yīng)力分布是折線型的。3.1.3地下水位以下土中

2、自重應(yīng)力地下水位以下土中自重應(yīng)力 應(yīng)根據(jù)土的透水性質(zhì)來(lái)考慮地下水對(duì)土粒的浮力作用。u粗顆粒土，可按阿基米德定律計(jì)算浮力大小。u粘性土l IL1時(shí)，土顆粒受到水的浮力作用；l IL0時(shí)，土顆粒不受水的浮力作用；l 0IL1時(shí)，很難確定土顆粒是否受到水的浮力的作用，在實(shí)踐中一般按不利狀態(tài)來(lái)考慮。地下水位以下的土層受到水的浮力作用，土的重度應(yīng)按有效重度計(jì)算，其計(jì)算方法同成層土的情況 。地下水位以下埋藏有不透水層，其土顆粒不受水的浮力作用，上覆水土總壓力由土顆粒承擔(dān)。3.1.4水平向自重應(yīng)力計(jì)算水平向自重應(yīng)力計(jì)算 土體水平向自重應(yīng)力 K0土的靜止側(cè)壓力系數(shù)或靜止土壓力系數(shù)。 K0 和 根據(jù)土的種類(lèi)和密

3、度不同而異，可按經(jīng)驗(yàn)取值，也可通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。 czczcycxK0110K3.3 基底壓力計(jì)算 建筑物荷載通過(guò)基礎(chǔ)傳遞給地基，在基礎(chǔ)底面與地基之間便產(chǎn)生了接觸應(yīng)力。3.3.1基底壓力的分布基底壓力的分布 分布因素：基礎(chǔ)的大小、剛度、形狀、埋深、地基土的性質(zhì)及作用在基礎(chǔ)上荷載的大小和分布。 假設(shè)為直線分布，以靜力分析的方法進(jìn)行計(jì)算地基反力。3.3.2基底壓力的簡(jiǎn)化計(jì)算基底壓力的簡(jiǎn)化計(jì)算 中心荷載下的基底壓力 F作用在基礎(chǔ)上的豎向力； G基礎(chǔ)自重及其上回填土的總重； G為基礎(chǔ)及回填土平均重度，一般取20kN/m3，地下水位以下土層采用有效重度平， 為基礎(chǔ)埋深； A基底面積。AGFpAdGG 偏心

4、荷載下的基底壓力WMAGFppmaxmin)61 (maxminbelbGFPPGFMe3.3.3基底附加壓力基底附加壓力 基底附加壓力作用在基礎(chǔ)底面的壓力與基礎(chǔ)底面處原來(lái)的土中自重應(yīng)力之差。 p0基底平均壓力； c 基礎(chǔ)底面處的自重壓力； 0基礎(chǔ)底面標(biāo)高以上天然土層的厚度加權(quán)平均重度， 其中地下水位下的重度取有效重度； d 基礎(chǔ)埋深，應(yīng)從天然地面算起，對(duì)于有填方和挖方的情形，應(yīng)從原天然地面起算。dpppcz003.4 土的有效應(yīng)力原理 飽和土的力學(xué)性質(zhì)均由有效應(yīng)力控制； 飽和土的體積變化和強(qiáng)度變化均取決于有效應(yīng)力的變化。3.4.1土的有效應(yīng)力原理土的有效應(yīng)力原理 如果土體處于飽和狀態(tài)，則總應(yīng)

5、力分別由兩種介質(zhì)承擔(dān)u孔隙水中的孔隙水壓力u；u土顆粒形成的骨架上的有效應(yīng)力 。u3.4.2毛細(xì)水上升時(shí)土中有效應(yīng)力毛細(xì)水上升時(shí)土中有效應(yīng)力計(jì)算計(jì)算 毛細(xì)飽和區(qū)的有效應(yīng)力 毛細(xì)區(qū)孔隙水壓力、有效應(yīng)力、總應(yīng)力分布zuw3.4.3滲流時(shí)土中孔隙應(yīng)力與有效滲流時(shí)土中孔隙應(yīng)力與有效應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力計(jì)算 當(dāng)水向上滲流時(shí)u孔隙水壓力等于原靜水壓力和滲透壓力之和：u有效應(yīng)力： 當(dāng)水向下滲流時(shí)u孔隙水壓力等于7原靜水壓力和滲透壓力之和：u有效應(yīng)力：huuww1huww1huuww1huww13.5 土中附加應(yīng)力土中附加應(yīng)力 土中附加應(yīng)力是建筑物荷載在地基內(nèi)引起的應(yīng)力。 附加應(yīng)力通過(guò)土粒之間的傳遞，向水平與深度方向

6、擴(kuò)散，附加應(yīng)力逐漸減小。3.5.1豎向集中力下的地基附加應(yīng)豎向集中力下的地基附加應(yīng)力力 辛奈斯克彈性理論解：在均勻各向同性半無(wú)限空間體表面作用有豎向集中F力 時(shí)，2225325)/(112323zFzrzFRFzz集中荷載作用下的應(yīng)力系數(shù)3.5.2矩形荷載和圓形荷載下的地矩形荷載和圓形荷載下的地基附加應(yīng)力基附加應(yīng)力 矩形面積上作用均布荷載時(shí)，土中豎向應(yīng)力計(jì)算a角點(diǎn)附加應(yīng)力系數(shù)，是l/b和z/b的函數(shù)p在彈性半空間地基表面l*b面積上作用的均布荷載（基底附加壓力）paz角點(diǎn)法：計(jì)算點(diǎn)為各荷載的公共角點(diǎn)。Vzzzzziz, 矩形面積上作用三角形分布荷載時(shí)土中豎向附加應(yīng)力計(jì)算1、 2荷載為0、p的角

7、點(diǎn)上應(yīng)力系數(shù)， 是l/b和z/b的函數(shù) 。pz21 圓形面積上作用均布荷載時(shí)土中豎向附加應(yīng)力計(jì)算pczc應(yīng)力系數(shù)，它是a/R和z/R的函數(shù)；R圓半徑；a應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)M到z軸的水平距離 3.5.3線荷載和條形荷載下的地基線荷載和條形荷載下的地基附加應(yīng)力附加應(yīng)力 線荷載作用下土中應(yīng)力計(jì)算22232zxpzz 均布條形荷載作用下土中任一點(diǎn)應(yīng)力計(jì)算puzu應(yīng)力系數(shù)，它是x/b和z/b的函數(shù) 均布條形荷載作用下土中任一點(diǎn)主應(yīng)力計(jì)算0031sinp 三角形分布條形荷載作用下土中應(yīng)力計(jì)算pszs應(yīng)力系數(shù)，它是x/b和z/b的函數(shù)3.5.4非均質(zhì)和各向異性地基中的非均質(zhì)和各向異性地基中的附加應(yīng)力附加應(yīng)力 可壓縮土層覆蓋在剛性巖層上的情形u上層土中荷載中軸線附近的附加應(yīng)力將比均質(zhì)半無(wú)限體時(shí)增大，出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象；u離開(kāi)中軸線，應(yīng)力逐漸減小，至某一距離后，應(yīng)力小于均勻半無(wú)限體時(shí)的應(yīng)力。 硬土層覆蓋在軟弱土層上的情形u荷載中軸線附近附加應(yīng)力將有所減小，即出現(xiàn)應(yīng)力擴(kuò)散現(xiàn)象；u由于應(yīng)力分布比較均勻，地基的沉降也相應(yīng)較為均勻。 變形模量隨深度增大時(shí)地基中的附加應(yīng)力u土的非