土力學課件土的力學性質(zhì)PPT教案

1、土力學課件土的力學性質(zhì)土力學課件土的力學性質(zhì)強度問題變形問題地基中的應力狀態(tài)1、應力狀態(tài)及應力應變關系2、自重應力3、附加應力4、基底壓力計算建筑物修建以前，地基中由土體本身的有效重量所產(chǎn)生的應力。應力應變關系建筑物修建以后，建筑物重量等外荷載在地基中引起的應力，所謂的“附加”是指在原來自重應力基礎上增加的壓力?；A底面與地基之間的接觸應力。第1頁/共62頁n 土中應力分類按起因分自重應力（自重壓力）附加應力（附加壓力）按土骨架和土中孔隙的分擔作用 土中應力有效應力孔隙應力（孔隙壓力)n 應力計算基本假定均質(zhì)、各向同性、線性變形體第2頁/共62頁2.3.3 地基中的附加應力 本 章 內(nèi) 容2.

2、3.1 土的自重應力 2.3.2 基底壓力第3頁/共62頁第4頁/共62頁n 假定：水平地基 半無限空間體 半無限彈性體 有側(cè)限應變條件 一維問題n 定義：在修建建筑物以前，地基中由土體本身的有效重量而產(chǎn)生的應力n 目的：確定土體的初始應力狀態(tài)n 計算：地下水位以上用天然容重 地下水位以下用浮容重第5頁/共62頁n 三維應力狀態(tài)（一般應力狀態(tài)）yyzxyzxxzyxoz第6頁/共62頁天然地面11zzAgzAAGcz第7頁/共62頁天然地面cz cx cy 11zzcz zcz cz= z 自重應力k0上式中k0：土的側(cè)壓力系數(shù)（靜止土壓力系數(shù)），表示土體在無側(cè)向變形條件下，水平向應力與豎向應

3、力的比值。第8頁/共62頁 ninnczihihhh12211.1 H12 H23 H3zszsxsy地面地下水第9頁/共62頁第10頁/共62頁有不透水層時的自重應力：443322114344332211hhhhhhhhhhsatsatwcz第11頁/共62頁211185. 75 . 07 .15mkNhcz 2221245.4328 .1785. 7mkNhczcz2332345.6028 . 93 .1845.43mkNhczcz2443465.10068 . 95 .1645.60mkNhczcz2434405.1798 . 96265.100mkNhhwczcz2554565.236

4、32 .1905.179mkNhczcz第12頁/共62頁 z原地下水位12210CZ變動后地下水位 z原地下水位12210CZ變動后地下水位(a)地下水位下降(b)地下水位上升第13頁/共62頁分布規(guī)律：自重應力分布線的斜率是容重；自重應力在等容重地基中隨深度呈直線分布；自重應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。 均質(zhì)地基1 2 2 )(21 成層地基第14頁/共62頁第15頁/共62頁基底壓力：基礎底面?zhèn)鬟f給地基表面的壓力，也稱基底接觸壓力。上部結(jié)構(gòu)基礎地基建筑物設計基礎結(jié)構(gòu)的外荷載基底反力基底壓力附加應力地基沉降變形第16頁/共62頁 基底壓力分布依據(jù)基礎剛度、

5、荷載及土的性質(zhì)等因素分析確定基底壓力的分布基礎剛度是指基礎的抗彎剛度，基礎可分為以下三種：柔性基礎剛性基礎半剛性基礎基礎剛度很小，荷載作用下，基礎變形和地基變形一致，如：土壩、路堤、路基等?；讐毫Ψ植己痛笮∨c荷載分布和大小相同?；A剛度很大，荷載作用下，基礎本身幾乎不變形，基礎底面始終保持為平面，不能適應地基變形。如：混凝土基礎、磚基礎、毛石基礎等?；讐毫Ψ植寂c荷載大小、土性及埋深有關，有馬鞍形、拋物線形、鐘形等?；A具有一定的剛度，是介于柔性和剛性基礎之間的類型，基礎有一定的彎曲變形，如：水閘底板等鋼筋混凝土基礎，可調(diào)節(jié)本身的應力和變形。第17頁/共62頁基礎抗彎剛度EI=0 M=0(1

6、)荷載均布時，p(x,y)=常數(shù)基礎變形能完全適應地基表面的變形，基礎上下面壓力分布必須完全相同，若不同將會產(chǎn)生彎矩，基礎沉降中間大，兩頭小 （2）如果要使柔性基礎沉降趨于均勻，顯然就得增大基礎邊緣的荷載，減小中間荷載，這是荷載和反力就應該變?yōu)榉蔷鶆蚍植?，p(x,y)常數(shù)條形基礎，豎直均布荷載基底壓力的分布n 彈性地基，完全柔性基礎第18頁/共62頁n 彈性地基，絕對剛性基礎抗彎剛度EI= M0（1）均布荷載下，基礎只能保持平面下沉不能彎曲，根據(jù)柔性基礎沉降均勻時基地反力不均勻的論述，可以推斷基底反力分布：中間小, 兩端無窮大基底壓力的分布（2）偏心荷載下，基礎沉降為傾斜面，基底反力為不對稱分

7、布。第19頁/共62頁 荷載較小 荷載較大 荷載很大基底壓力的分布n 彈塑性地基，圓形剛性基礎砂性土地基 粘性土地基接近彈性解馬鞍型倒鐘型第20頁/共62頁簡化計算方法：假定基底壓力按直線分布的材料力學方法基底壓力的簡化計算：基底壓力的分布形式十分復雜圣維南原理：在基底下一定深度處引起的地基附加應力與基底荷載的分布形態(tài)無關，只取決于荷載合力的大小、方向和作用點位置第21頁/共62頁BLPBPBLPBPp APp yyxxIxMIyMAP)y, x(p IMxBP)x(p hvPPP hvPPP BLPoxyBPBP矩形 條形豎直中心 豎直偏心 傾斜偏心P:單位長度上的荷載第22頁/共62頁BL

8、PBLxyPakAGFpP單位：深平均值。平均埋深，取室內(nèi)外埋為的平均重度一般取為基礎及回填土，基礎及回填土自重值；上部結(jié)構(gòu)傳來荷載標準基底面積基底壓力標準值；式中：hmkNhAGGFApGG;/203第23頁/共62頁理論上，當l/b=時視為條形基礎，但是工程應用中，當l/b10時即可稱為條形基礎，若荷載沿長度方向均勻分布，基底壓力計算時，可沿基底長度方向取一單位長度來考慮。其基底壓力為: kPabGFP單位PpGF 式中:平均基底壓力，kPa； 沿基底長度方向1m長基礎上的荷載和基礎自重，kN/m. 第24頁/共62頁WMAGFppminmaxBLPoxyM作用于基礎底面的力矩，kN.m

9、W基礎底面的抵抗矩，m3，對于矩形基礎W = bL2/6 Lbmaxmin6(1)pF GepALLmaxmin6(1)pF GepAbb第25頁/共62頁)61 (minmaxbebGFpp同理基底壓力有以下三種分布形式： bP第26頁/共62頁kbGFp3)(2max2Lke GFbkp321max第27頁/共62頁exeyxyBLP矩形面積雙向偏心荷載yyxxyyxxWMWMAGFppWMWMAGFpp21minmax12第28頁/共62頁PPvPh分解為豎直向和水平向荷載，水平荷載引起的基底水平應力視為均勻分布。第29頁/共62頁dpppKK0CZ0dppominmaxminmax0o

10、1 1221121.nnnionnihi ihhhhhhhi第30頁/共62頁第31頁/共62頁第32頁/共62頁第33頁/共62頁yzMzRxxorMyyyzxyzxxzP1.豎直集中力作用下地基中的附加應力5323RzPz第34頁/共62頁22/522/525353)/(1 123)/(1 2323zPzrzrzzPRzPz222222)(1zrzrzxyzR2zPz則：252)(1 123zr若令：著名的J.Boussinesq課題 第35頁/共62頁P2ZP 22/52)/(1 123zPzrzFP作用線上F在某一水平面上F在r0的豎直線上Fz等值線-應力泡0.1P0.05P0.02P

11、0.01P應力泡n 豎直集中力布辛奈斯克（Boussinesq）解答：z呈軸對稱分布第36頁/共62頁第37頁/共62頁2222211zPzPzPnnz第38頁/共62頁yyzxyzxxzyzxoMxyzrRM52hzRxz2P3 hP第39頁/共62頁1.矩形基礎豎直均布荷載作用zxyBLpozMpdxdydP dxdyzyxzplbz 2/522230023222222211arctan2111pmmnmnnnmnmnbznblm,式中：（1）角點下某點附加應力計算0zcp第40頁/共62頁（2）地下任意一點附加應力計算（角點法）04321:paccccz在基礎投影內(nèi)021)(:pbccz

12、在基礎投影邊緣上04321:pcccccz在基礎投影邊緣外側(cè)04321:pdccccz在基礎投影角點外側(cè)第41頁/共62頁Z(m) l1/b1z/b1 cz z =4 c (kPa) 0 3 6 9126/3=2 0 1 2 3 40.2500.2000.1200.0730.047 100.0 80.0 48.0 29.2 18.8第42頁/共62頁EFH計算計算點點l l1 1/b/b1 1z/bz/b1 1 c c z z（kPakPa）A(B)A(B) 6/6=1.06/6=1.01.01.04 40.1750.17535.035.0C C9/6=1.59/6=1.56/3=2.06/3

13、=2.01.01.02.02.02 20.1930.193 減去減去2 20.1200.12014.614.6D D12/6=212/6=26/6=1.06/6=1.01.01.01.01.02 20.200 0.200 減去減去2 20.1750.175 2.52.5G第43頁/共62頁第44頁/共62頁2.矩形基礎豎直三角形分布荷載作用zttppdxdydP zxyBLptzMo( , , )( / , / )tf b l zf l b z b blzzzyxxdxdybzpd002522230)(23t2。第45頁/共62頁()zcttppdxdydP zxyBLptzMo第46頁/共6

14、2頁032000532002202223112()(1)rzrp zrdrdpK prrzz 3.圓形基礎豎直均布荷載作用00pz0rpz第47頁/共62頁zxyzyyzyxxyzxxzxzzRpRpRpRzpRdypzd0sincos2sincos2cos222321213141353屬于彈性力學的平面應變問題第48頁/共62頁條形基礎豎直均布荷載作用下豎向附加應力系數(shù)：關于m=x/b，n=z/b的函數(shù)，查P65表2-7z2222m 1n(m 1)arctanarctannmn(1)pmmnnnm0spzzzMxxyzBp第49頁/共62頁 1212120cossinpx如果將上述的直角坐標

15、換成極坐標表示：dRpdxppcos100利用線荷載下結(jié)果公式3-27:12112202031cossincossincos2cos22121pdpdRpzz12220sinsinpzxxz第50頁/共62頁計算附加應力時，應注意圖中的x坐標有正負之分，由原點o向荷載增大的方向為正，反之為負。zttzKzttzK第51頁/共62頁條形基底三角形分布荷載作用下地基中附加應力系數(shù)ztKzttzK第52頁/共62頁例題3-3某條形基礎底面寬度b=1.4m,作用于基底的平均附加壓p0=200kPa,要求確定：(1)均布條形荷載中點o下的地基附加應力z分布;(2)深度z=1.4m和2.8m處水平面上的z分布;(3)在均布條形荷載邊緣以外1.4m處o1點下的z分布。第53頁/共62頁第54頁/共62頁第55頁