土中基底應(yīng)力與附加應(yīng)力計(jì)算

1、PAGE PAGE 47 土中應(yīng)力計(jì)算1 土中自重應(yīng)力地基中的應(yīng)力分：自重應(yīng)力地基基中的自自重應(yīng)力力是指由由土體本本身的有有效重力力產(chǎn)生的的應(yīng)力。附加應(yīng)力由建筑筑物荷載載在地基基土體中中產(chǎn)生的的應(yīng)力，在在附加應(yīng)應(yīng)力的作作用下，地地基土將將產(chǎn)生壓壓縮變形形，引起起基礎(chǔ)沉沉降。 計(jì)計(jì)算土中中應(yīng)力時(shí)時(shí)所用的的假定條條件：假定地基土土為連續(xù)續(xù)、勻質(zhì)質(zhì)、各向向同性的的半無限限彈性體體、按彈彈性理論論計(jì)算。地基中除有有作用于于水平面面上的豎豎向自重重應(yīng)力外外，在豎豎直面上上還作用用有水平平向的側(cè)側(cè)向自重重應(yīng)力。由由于沿任任一水平平面上均均勻地?zé)o無限分布布，所以以地基土土在自重重作用下下只能產(chǎn)產(chǎn)生豎向向變形

2、，而而不能有有側(cè)向變變形和剪剪切變形形。3.1.11均質(zhì)土土的自重重應(yīng)力a、假定：在計(jì)算算土中自自重應(yīng)力力時(shí)，假假設(shè)天然然地面是是一個(gè)無無限大的的水平面面，因而而在任意意豎直面面和水平平面上均均無剪應(yīng)應(yīng)力存在在?？扇∪∽饔糜谟谠撍狡矫嫔先稳我粏挝晃幻娣e的的土柱體體自重計(jì)計(jì)算。b、均質(zhì)土土層Z深度處處單位面面積上的的自重應(yīng)應(yīng)力為：應(yīng)力圖形為為直線形形。cz隨深深度成正正比例增增加；沿沿水平面面則為均均勻分布布。必須指出，只只有通過過土粒接接觸點(diǎn)傳遞的的粒間應(yīng)應(yīng)力，才才能使土土粒彼此擠緊緊，從而而引起土土體的變變形，而而且粒間間應(yīng)力又又是影響響土體強(qiáng)強(qiáng)度的個(gè)重要要因素，所所以粒間間應(yīng)力又又稱為有

3、有效應(yīng)力力。因此此，土中中自重應(yīng)應(yīng)力可定定義為土土自身有有效重力力在土體體中引起起的應(yīng)力力。土中中豎向和和側(cè)向的的自重應(yīng)應(yīng)力一般般均指有有效自重重應(yīng)力。并并用符號(hào)號(hào)cz表示 。3.1.22成層土土的自重重應(yīng)力地基土往往往是成層層的，成成層土自自重應(yīng)力力的計(jì)算算公式：結(jié)論：土的的自重應(yīng)應(yīng)力隨深深度Z而。其應(yīng)應(yīng)力圖形形為折線線形。自然界中的的天然土土層，一一般形成成至今已已有很長(zhǎng)長(zhǎng)的地質(zhì)質(zhì)年代，它它在自重重作用下下的變形形早巳穩(wěn)穩(wěn)定。但但對(duì)于近近期沉積積或堆積積的土層層，應(yīng)考考慮它在在自重應(yīng)應(yīng)力作用用下的變變形。此此外，地地下水位位的升降降會(huì)引起起土中自自重應(yīng)力力的變化化(圖24)。3.1.331

4、、地下水水對(duì)自重重應(yīng)力的的影響 地地下水位位以下的的土，受受到水的的浮力作作用，使使土的重重度減輕輕。計(jì)算算時(shí)采用用水下土土的重度度（）2、不透水水層的影影響 不透透水層指指 基巖層層 只含強(qiáng)強(qiáng)結(jié)合水水的堅(jiān)硬硬粘土層層 作用用在不透透水層層層面及層層面以下下的土自自重應(yīng)力力應(yīng)等于于上覆土土和水的的總重。3、水平向向自重應(yīng)應(yīng)力地地中除了了存在作作用于水水平面上上的堅(jiān)向向自重應(yīng)應(yīng)力外,還存在在作用于于堅(jiān)直面面上的水水平自重重應(yīng)力,根據(jù)彈彈性力學(xué)學(xué)和土體體的側(cè)限限條件,可得:cx=cy=KKoczKo:土的的側(cè)壓力力系數(shù)4、地下水水位升降降引起的的自重應(yīng)應(yīng)力變化化：地下下水位下下降自重重應(yīng)力增增大，

5、因因沒有水水的浮力力，地下下水位上上升自重重應(yīng)力減減小。例題27 某建筑筑場(chǎng)地的的地質(zhì)柱柱狀圖和和土的有有關(guān)指標(biāo)標(biāo)列于例例圖21中。試試計(jì)算地地面下深深度為22.5mm、5m和9m處的的自重應(yīng)應(yīng)力，并并繪出分分布圖。解本例例天然地地面下第第一層粉粉土厚66m，其其中地下下水位以以上和以以下的厚厚度分別別為3.6m和和2.44m，第第二層為為粉質(zhì)粘粘土層。依依次計(jì)算算2.55m、3.66m、5m、6m、9m各深深度處的的土中豎豎向自重重應(yīng)力，計(jì)計(jì)算過程程及自重重應(yīng)力分分布圖一一并列于于例圖221中。2 基底底壓力建筑物荷載載通過基基礎(chǔ)傳遞遞給地基基，在基基礎(chǔ)底面面與地基基之間便便產(chǎn)生了了接觸應(yīng)應(yīng)

6、力。它它既是基基礎(chǔ)作用用于地基基的基底底壓力，同同時(shí)又是是地基反反用于基基礎(chǔ)的基基底反力力。對(duì)于具有一一定剛度度以及尺尺寸較小小的柱下下單獨(dú)基基礎(chǔ)和墻墻下條形形基礎(chǔ)等等，其基基底壓力力可近似似地按直直線分布布的圖形形計(jì)算，即即按下述述材料力力學(xué)公式式進(jìn)行簡(jiǎn)簡(jiǎn)化計(jì)算算。1基底壓壓力的概概念： 在基礎(chǔ)礎(chǔ)與地基基之間接接觸面上上作用著著建筑物物荷載通通過基礎(chǔ)礎(chǔ)傳來的的壓力稱稱為基底底壓力。（方方向向下下）單位面積土土體所受受到的壓壓力稱為為基底壓壓力。2地基反反力：地地基對(duì)基基礎(chǔ)的反反作用力力（方向向向上） 33基底底壓力的的分布形形態(tài)和哪哪些因素素有關(guān)？ 基礎(chǔ)的的剛度、地地基土的的性質(zhì)、基基礎(chǔ)埋深

7、深、荷載載大小。4基底壓壓力的分分布形態(tài)態(tài)：1）柔性基基礎(chǔ)地基反力分分布與上上部荷載載分布基基本相同同，而基基礎(chǔ)底面面的沉降降分布則則是中央央大而邊邊緣小。圖3-2 柔性基基礎(chǔ)基底底壓力分分布2）剛性基基礎(chǔ)在外荷載作作用下，基基礎(chǔ)底面面基本保保持平面面，即基基礎(chǔ)各點(diǎn)點(diǎn)的沉降降幾乎是是相同的的，但基基礎(chǔ)底面面的地基基反力分分布則不不同于上上部荷載載的分布布情況。剛剛性基礎(chǔ)礎(chǔ)在中心心荷載作作用下，開開始的地地基反力力呈馬鞍鞍形分布布；荷載載較大時(shí)時(shí)，邊緣緣地基土土產(chǎn)生塑塑性變形形，邊緣緣地基反反力不再再增加，使使地基反反力重新新分布而而呈拋物物線分布布，若外外荷載繼繼續(xù)增大大，則地地基反力力會(huì)繼續(xù)

8、續(xù)發(fā)展呈呈鐘形分分布圖3-3 剛性基基礎(chǔ)基底底壓力分分布圖馬鞍形一一般建筑筑物基礎(chǔ)礎(chǔ)屬此形形態(tài)，近近似“直線形”拋物線形鐘形基底壓力的的簡(jiǎn)化計(jì)計(jì)算中心荷載作作用下的的基底壓壓力中心荷載下下的基礎(chǔ)礎(chǔ)，其所所受荷載載的合力力通過基基底形心心?；椎讐毫偌俣榫鶆蚍植疾?圖25)，此時(shí)時(shí)基底平平均壓力力設(shè)計(jì)值值按下式式計(jì)算：式中:F：上部結(jié)結(jié)構(gòu)傳至至基礎(chǔ)頂頂面的堅(jiān)堅(jiān)向力設(shè)設(shè)計(jì)值,kN；G：基礎(chǔ)自自重設(shè)計(jì)計(jì)值及其其上回填填土重標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值，kN；rG：基礎(chǔ)礎(chǔ)及因填填土的平平均重度度，一般般取20kkN/mm3，在地地下水位位以下部部分用有有效重度度；d：基礎(chǔ)埋埋深，必必須從設(shè)設(shè)計(jì)地面面或室內(nèi)內(nèi)外平均均

9、設(shè)計(jì)地地面起算算，m；A：基礎(chǔ)底底面面積積，m2。如基礎(chǔ)長(zhǎng)度度大于寬寬度5倍時(shí)，可可將基礎(chǔ)礎(chǔ)視為條條形基礎(chǔ)礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)計(jì)算。即即可沿長(zhǎng)長(zhǎng)度方向向取1m計(jì)算。2、 偏心心荷載下下的基底底壓力對(duì)于單向偏偏心荷載載下的矩矩形基礎(chǔ)礎(chǔ)如圖226所示。設(shè)計(jì)時(shí)，通通?；椎组L(zhǎng)邊方方向取與與偏心方方向一致致，此時(shí)時(shí)兩短邊邊邊緣最最大壓力力設(shè)計(jì)值值與最小小壓力設(shè)設(shè)計(jì)值按按材料力力學(xué)短柱柱偏心受受壓公式式計(jì)算：M：作用于于基礎(chǔ)底底面的力力矩設(shè)計(jì)計(jì),kNN.m；W：基礎(chǔ)底底面的抵抵抗矩，m3，對(duì)于于矩形截截面W=bbL2/6;Pmax、pmiin：分別別為基礎(chǔ)礎(chǔ)底面邊邊緣的最最大、最最小壓力力設(shè)計(jì)值值。將e=M/(F+

10、G)、A=bbl、W=bbl2/6代入上上式，得得：a 當(dāng)eeL/6時(shí)，pmiinEov時(shí)，地地基中出出現(xiàn)應(yīng)力力擴(kuò)散現(xiàn)現(xiàn)象；當(dāng)當(dāng)EohEov時(shí)，出出現(xiàn)應(yīng)力力集中現(xiàn)現(xiàn)象。3.4 有效應(yīng)應(yīng)力原理理1、土中二二種應(yīng)力力試驗(yàn) 在直徑和高高度完全全相同的的甲、乙乙兩個(gè)量量筒底部部，放置置一層松松散砂土土，其質(zhì)質(zhì)量與密密度完全全一樣。 在甲量筒中中放置若若干鋼球球，使松松砂承受受的壓力力；在乙乙量筒中中小心緩緩慢地注注水，在在砂面以以上高度度h正好使使砂層表表面也增增加的壓力力。結(jié)論：甲、乙乙兩個(gè)量量筒中的的松砂頂頂面都作作用了相相同的壓壓力，但產(chǎn)產(chǎn)生兩種種不同的的效果，反映土體中存在兩種不不同性質(zhì)質(zhì)的力

11、：（1）由鋼鋼球施加加的應(yīng)力力，通過過砂土的的骨架傳傳遞的應(yīng)應(yīng)力（有有效應(yīng)力力），能能使土層層發(fā)生壓壓縮變形形，從而而使土的的強(qiáng)度發(fā)發(fā)生變化化； （2）由水水施加的的應(yīng)力通通過孔隙隙水來傳傳遞（孔孔隙水壓力u），不不能使土土層發(fā)生生壓縮變變形?，F(xiàn)象：甲中中砂面下下降，砂砂土發(fā)生生壓縮。乙乙中砂面面并不下下降，砂砂土未發(fā)發(fā)生壓縮縮?？倯?yīng)力：在在土中某某點(diǎn)截取取一水平平截面，其其面積為為A，截面上作用用應(yīng)力，它它是由上上面的土土體的重重力、靜靜水壓力力及外荷荷載P所產(chǎn)生生的應(yīng)力力，稱為為總應(yīng)力力。有效應(yīng)力：總應(yīng)力力的一部部分是由由土顆粒粒間的接接觸承擔(dān)擔(dān)的稱為為有效應(yīng)應(yīng)力。飽和土有效效應(yīng)力公公式：

12、 有效效應(yīng)力； 總應(yīng)應(yīng)力； 孔隙隙水壓力力。公式表明總總應(yīng)力為為有效應(yīng)應(yīng)力與孔孔隙水壓壓力之和和。部分飽和土土有效應(yīng)應(yīng)力公式式：氣體壓力力；孔隙水壓壓力。由試驗(yàn)確確定的參參數(shù)，。3.4.11 毛細(xì)水水上升時(shí)時(shí)土中有有效自重重應(yīng)力的的計(jì)算圖3-133 毛細(xì)細(xì)水上升升時(shí)土中中總應(yīng)力力、孔隙隙水壓力力及有效效應(yīng)力在毛細(xì)水上上升區(qū)，由由于表面面張力的的作用使使孔隙水水壓力為為負(fù)值。使使有效應(yīng)應(yīng)力增加加，在地地下水位位以下，由由于水對(duì)對(duì)土顆粒粒的浮力力作用，使使土的有有效應(yīng)力力減少。3.4.22 土中水水滲流時(shí)時(shí)（一維維滲流）有有效應(yīng)力力計(jì)算（a)靜水水時(shí)（b)水自上上向下滲滲流(c)水自下下向上滲滲流圖3-144 土中中水滲流流時(shí)總應(yīng)應(yīng)力、孔孔隙水壓壓力及有有效應(yīng)力力分布當(dāng)土中水滲滲流時(shí)，水水對(duì)土顆顆粒有著著動(dòng)水力力，必然然影響土土中有效效應(yīng)力的的分布。表3-1 土中水水滲流時(shí)時(shí)總應(yīng)力力、孔隙隙水壓力力及