土力學(xué)相關(guān)知識(shí)（PDF,共39）

土力學(xué)相相關(guān)知識(shí)識(shí)土力學(xué)是是以傳統(tǒng)統(tǒng)的工程程力學(xué)和和地質(zhì)學(xué)學(xué)的知識(shí)識(shí)為基礎(chǔ)礎(chǔ)，研究究與土木木工程相相關(guān)的土土中應(yīng)力力、變形形以及土土的強(qiáng)度度和穩(wěn)定定性的應(yīng)應(yīng)用分支支。土與建筑筑物的關(guān)關(guān)系十分分密切。。歸納起起來(lái)，土土具有兩兩類工程程用途：：一是作作為建筑筑物的地地基，在在土層上上修建廠廠房、住住宅等，，由地基基來(lái)承受受建筑物物的荷載載；另一一類用土土作為建建筑材料料，來(lái)修修筑堤壩壩與路基基，也有有用來(lái)修修建房屋屋的。土力學(xué)相相關(guān)知識(shí)識(shí)項(xiàng)目一土土中應(yīng)力力計(jì)算土在自身身重力、、建筑物物荷載、、交通荷荷載或其其他因素素的作用用下，均均可產(chǎn)生生土中應(yīng)應(yīng)力。注：土是是礦物或或者巖石石碎屑組組成的松松軟集合合體，是是巖石經(jīng)經(jīng)過(guò)風(fēng)化化、剝蝕蝕、搬運(yùn)運(yùn)沉積等等過(guò)程后后，形成成的各類類松散的的沉積物物。土中應(yīng)力力將引起起土體或或基礎(chǔ)的的變形，，使得建建筑物或或者構(gòu)筑筑物產(chǎn)生生沉降、、傾斜或或者水平平位移。。土中應(yīng)力力計(jì)算方方法以及及目的計(jì)算的方方法：主要采采用彈性性理論公公式，即即把地基基土視為為均勻的的、各向向同性的的半無(wú)限限彈性體體。雖然然與實(shí)際際土體情情況有差差別，但但計(jì)算結(jié)結(jié)果能滿滿足實(shí)際際工程的的要求。。計(jì)算的目目的:根據(jù)上部部荷載的的大小和和分布，，結(jié)合地地基土的的工程性性質(zhì)，計(jì)計(jì)算附加加應(yīng)力產(chǎn)產(chǎn)生的地地基變形形值并控控制在允允許范圍圍內(nèi)，以以保證建建筑工程程的安全全。強(qiáng)度問(wèn)題題變形問(wèn)題題地基中的的應(yīng)力狀狀態(tài)應(yīng)力應(yīng)變變關(guān)系自重應(yīng)力力附加應(yīng)力力基底壓力力計(jì)算有效應(yīng)力力原理建筑物修修建以后后，建筑筑物重量量等外荷荷載在地地基中引引起的應(yīng)應(yīng)力，所所謂的““附加””是指在在原來(lái)自自重應(yīng)力力基礎(chǔ)上上增加的的壓力。。附加應(yīng)力力是超出出自重應(yīng)應(yīng)力的那那部分應(yīng)應(yīng)力，附附加應(yīng)力力使地基基土體產(chǎn)產(chǎn)生沉降降變形。。建筑物修修建以前前，地基基中由土土體本身身的有效效重量所所產(chǎn)生的的應(yīng)力。。一般來(lái)說(shuō)說(shuō)，對(duì)于于天然沉沉積的土土層，經(jīng)經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)長(zhǎng)的地質(zhì)質(zhì)年代，，土體已已沉降穩(wěn)穩(wěn)定，所所以自重重應(yīng)力不不會(huì)引起起土體的的變形，，但對(duì)尚尚未沉降降穩(wěn)定的的新近沉沉積粘性性土、人人工填土土等欠固固結(jié)土，，自重應(yīng)應(yīng)力會(huì)引引起土體體的沉降降變形。。土力學(xué)相關(guān)知知識(shí)項(xiàng)目一土土中中應(yīng)力計(jì)算土力學(xué)相關(guān)知知識(shí)項(xiàng)目一土土中中應(yīng)力計(jì)算土的分散性影影響：土是三相組成成的分散體，，不是連續(xù)的的介質(zhì)。土中中應(yīng)力是通過(guò)過(guò)土顆粒間的的接觸而傳遞遞的。但是建建筑物的基礎(chǔ)礎(chǔ)面積尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于土顆顆粒尺寸。我我們研究的是是計(jì)算平面上上的平均應(yīng)力力，不是顆粒粒間的接觸集集中應(yīng)力，故故可以忽略土土分散性的影影響，近似看看成連續(xù)體。。土的非均質(zhì)性性和非理想彈彈性體的影響響：因?yàn)橥猎谛涡纬蛇^(guò)程中中具有各種種結(jié)構(gòu)和構(gòu)構(gòu)造，呈現(xiàn)現(xiàn)不均勻性性。而土體體也不是理理性的彈性性體，它是是具有彈塑塑性或黏滯滯性的介質(zhì)質(zhì)。但在實(shí)實(shí)際工程中中土中應(yīng)力力水平較低低，土體受受壓時(shí)，應(yīng)應(yīng)力-應(yīng)變的關(guān)系系接近于線線性關(guān)系。地基土可視視為半無(wú)限限體：地基土在水水平方向和和深度方向向相對(duì)于建建筑物基礎(chǔ)礎(chǔ)的尺寸而而言，可以以認(rèn)為是無(wú)無(wú)限延伸的的。假定地基土土為半無(wú)限限體，即土土體的表面面尺寸和深深度都無(wú)限限大，則土土體中所有有豎直面和和水平面都都沒(méi)有剪應(yīng)應(yīng)力的存在在，僅僅有有豎向的自自重應(yīng)力和和水平方向向的側(cè)向應(yīng)應(yīng)力。由此此可知，在在均勻土體體中，土中中某點(diǎn)的豎豎向自重應(yīng)應(yīng)力將只與與該點(diǎn)的深深度有關(guān)。。天然地面11zzσcz

σcz=

z

1、均質(zhì)土的的自重應(yīng)力力計(jì)算土體中任意意深度處的的豎向自重重應(yīng)力等于于單位面積積上土柱的的有效重量量土力學(xué)相關(guān)關(guān)知識(shí)項(xiàng)目一土土中應(yīng)力力計(jì)算說(shuō)明：1.計(jì)算自重應(yīng)應(yīng)力時(shí),采用天然重重度2.非均質(zhì)土中中自重應(yīng)力力沿深度呈呈折線分布布天然地面h1h2h33211h11h1+2h21h1+2h2+3h3土力學(xué)相關(guān)關(guān)知識(shí)項(xiàng)目一土土中應(yīng)應(yīng)力計(jì)算2、分層土的的自重應(yīng)力力計(jì)算說(shuō)明：1.地下水水位以上土土層采用天天然重度，，地下水位位以下土層層采用浮重重度2.非均質(zhì)質(zhì)土中自重重應(yīng)力沿深深度呈折線線分布土力學(xué)相關(guān)關(guān)知識(shí)項(xiàng)目一土土中應(yīng)應(yīng)力計(jì)算3、有地下水水時(shí)分層土土的的自重重應(yīng)力計(jì)算算天然地面h1h2h33

2

1

水位面1h1

1h1+

2h2

1h1+

2h2+3h3

gg土力學(xué)相關(guān)關(guān)知識(shí)項(xiàng)目一土土中應(yīng)應(yīng)力計(jì)算當(dāng)計(jì)算地下下水位以下下土的自重重應(yīng)力時(shí)，，應(yīng)根據(jù)土土的性質(zhì)確定是否需需要考慮水水的浮力作用。通常認(rèn)為水水下的砂性性土是應(yīng)該該考慮浮力力作用的。。粘性土則視視其物理狀狀態(tài)而定：：若水下的粘粘性土其液液性指數(shù)IL＞1，則土處于于流塑(液態(tài))狀態(tài)，土顆粒之間間存在著大大量自由水水，可認(rèn)為為土體受到水浮力力作用；若IL≤0，則土處于于堅(jiān)硬(固態(tài))狀態(tài)，土中自由水水受到土顆顆粒間結(jié)合合水膜的阻阻礙不能傳傳遞靜水壓壓力，故認(rèn)認(rèn)為土體不受水的浮浮力作用；；若0＜IL＜1，土處于塑性狀態(tài)，，土顆粒是否否受到水的的浮力作用用就較難肯肯定，在工程實(shí)踐踐中一般均均按土體受受到水浮力力作用來(lái)考考慮。若地下水位位以下的土土受到水的的浮力作用用，則水下下部分土的的重度按有有效重度r′計(jì)算，其計(jì)計(jì)算方法同同分層土體體情況。4、當(dāng)土體中中存在隔水水層時(shí),隔水層面以以下任意點(diǎn)點(diǎn)土的自重重應(yīng)力按下下式計(jì)算:說(shuō)明：1.隔水層層以上土層層的自重應(yīng)應(yīng)力計(jì)算方方法不變.2.隔水層層以下土層層的自重應(yīng)應(yīng)力突然增增加,其增加值等等于隔水層層面上的靜靜水壓力.土力學(xué)相關(guān)關(guān)知識(shí)項(xiàng)目一土土中應(yīng)應(yīng)力計(jì)算天然地面z側(cè)向向土土壓壓力力系系數(shù)數(shù)土力力學(xué)學(xué)相相關(guān)關(guān)知知識(shí)識(shí)項(xiàng)目目一一土土中中應(yīng)應(yīng)力力計(jì)計(jì)算算5、土土中中水水平平自自重重應(yīng)應(yīng)力力的的計(jì)計(jì)算算【例例】】一地地基基由由多多層層土土組組成成，，地地質(zhì)質(zhì)剖剖面面如如下下圖圖所所示示，，試試計(jì)計(jì)算算并并繪繪制制自自重重應(yīng)應(yīng)力力σcz沿深深度度的的分分布布圖圖土力力學(xué)學(xué)相相關(guān)關(guān)知知識(shí)識(shí)項(xiàng)目一土土中應(yīng)力力計(jì)算土力學(xué)相相關(guān)知識(shí)識(shí)項(xiàng)目一土土中應(yīng)力力計(jì)算57.0kPa80.1kPa103.1kPa150.1kPa194.1kPa基底壓力力：基礎(chǔ)底面面?zhèn)鬟f給給地基表表面的壓壓力，也也稱基底接觸觸壓力?；讐毫αΩ郊討?yīng)力力地基沉降降變形地基反力力基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)的外荷荷載上部結(jié)構(gòu)構(gòu)的自重重及各種種荷載都都是通過(guò)過(guò)基礎(chǔ)傳傳到地基基中的。。影響因素素計(jì)算方法法分布規(guī)律律上部結(jié)構(gòu)構(gòu)基礎(chǔ)地基建筑物設(shè)設(shè)計(jì)暫不考慮慮上部結(jié)結(jié)構(gòu)的影影響，使使問(wèn)題得得以簡(jiǎn)化化；用荷載代代替上部部結(jié)構(gòu)。。土力學(xué)相相關(guān)知識(shí)識(shí)項(xiàng)目二基基底壓力力與基底底附加壓壓力基礎(chǔ)底面面壓力的的影響因因素基底壓力力基礎(chǔ)條件件剛度形狀大小埋深大小方向分布土類密度土層結(jié)構(gòu)構(gòu)等荷載條件件地基條件件土力學(xué)學(xué)相關(guān)關(guān)知識(shí)識(shí)項(xiàng)目二二基基底壓壓力與與基底底附加加壓力力抗彎剛剛度EI=∞→→M≠0；反證法法:假設(shè)基基底壓壓力與與荷載載分布布相同同，則則地基基變形形與柔柔性基基礎(chǔ)情情況必必然一一致；；分布:中間小小,兩端無(wú)無(wú)窮大大。一、基基礎(chǔ)底底面壓壓力分分布規(guī)規(guī)律2、彈性性地基基，絕絕對(duì)剛剛性基基礎(chǔ)基礎(chǔ)抗彎剛剛度EI=0→M=0；基礎(chǔ)變形能能完全適應(yīng)應(yīng)地基表面面的變形;基礎(chǔ)上下壓壓力分布必必須完全相相同，若不不同將會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生彎矩。。條形基礎(chǔ)，，豎直均布布荷載1、彈性基礎(chǔ)礎(chǔ)，完全柔柔性基礎(chǔ)土力學(xué)相關(guān)關(guān)知識(shí)項(xiàng)目二基基底壓壓力與基底底附加壓力力—荷載較小—荷載較大砂性土地基基粘性土地基基—接近彈性解解—馬鞍型—拋物線型—倒鐘型3、彈塑性地地基，有限限剛性基礎(chǔ)礎(chǔ)土力學(xué)相關(guān)關(guān)知識(shí)項(xiàng)目二基基底壓壓力與基底底附加壓力力根據(jù)圣維南南原理，基基底壓力的的具體分布布形式對(duì)地地基應(yīng)力計(jì)計(jì)算的影響響僅局限于于一定深度度范圍；超超出此范圍圍以后，地地基中附加加應(yīng)力的分分布將與基基底壓力的的分布關(guān)系系不大，而而只取決于于荷載的大大小、方向向和合力的的位置。二、基底底壓力的的簡(jiǎn)化計(jì)算算基底壓力力的分布布形式十十分復(fù)雜雜簡(jiǎn)化計(jì)算算方法：：假定基底壓力力按直線分布布的材料料力學(xué)方方法基礎(chǔ)尺寸寸較小荷載不是是很大土力學(xué)相相關(guān)知識(shí)識(shí)項(xiàng)目二基基底壓力力與基底底附加壓壓力中心荷載載作用下下的基底底壓力計(jì)計(jì)算若是條形形基礎(chǔ)，，F(xiàn),G取單位長(zhǎng)長(zhǎng)度基底底面積計(jì)計(jì)算G=GAd取室內(nèi)外外平均埋埋深計(jì)算算土力學(xué)相相關(guān)知識(shí)識(shí)項(xiàng)目二基基底壓力力與基底底附加壓壓力F+G

eelbpmaxpmin作用于基礎(chǔ)底底面形心上的的力矩M=(F+G)?e基礎(chǔ)底面的抵抵抗矩；矩形截面W=bl2/6偏心荷載作用用下的基底壓壓力計(jì)算土力學(xué)相關(guān)知知識(shí)項(xiàng)目二基基底壓力與與基底附加壓壓力討論：當(dāng)e<l/6時(shí)，pmax，pmin>0，基底壓壓力呈呈梯形形分布布當(dāng)e=l/6時(shí)，pmax>0，pmin=0，基底壓壓力呈呈三角角形分分布當(dāng)e>l/6時(shí)，pmax>0，pmin<0，基底出出現(xiàn)拉拉應(yīng)力力，基基底壓壓力重重分布布pmaxpmine<l/6pmaxpmin=0e=l/6e>l/6pmaxpmin<0pmaxpmin=0基底壓力重分布土力力學(xué)學(xué)相相關(guān)關(guān)知知識(shí)識(shí)項(xiàng)目目二二基基底底壓壓力力與與基基底底附附加加壓壓力力基底底壓壓力力重重分分布布偏心心荷荷載載作作用用在在基基底底壓壓力力分分布布圖圖形形的的形形心心上上土力力學(xué)學(xué)相相關(guān)關(guān)知知識(shí)識(shí)項(xiàng)目目二二基基底底壓壓力力與與基基底底附附加加壓壓力力基底底附附加加壓壓力力：：作用用于于地地基基表表面面，，由由于于建建造造建建筑筑物物而而新增增加加的壓壓力力稱稱為為基基底底附附加加壓壓力力，，即即導(dǎo)導(dǎo)致致地地基基中中產(chǎn)產(chǎn)生生附附加加應(yīng)應(yīng)力力的的那那部部分分基基底底壓壓力力FFd實(shí)際情況基底附加加壓力在在數(shù)值上上等于基基底壓力力扣除基基底標(biāo)高高處原有有土體的的自重應(yīng)應(yīng)力三、基底底附加壓壓力計(jì)算算土力學(xué)相相關(guān)知識(shí)識(shí)項(xiàng)目二基基底壓力力與基底底附加壓壓力dpp00g-=當(dāng)基底壓壓力呈梯梯形分布布時(shí)，基基底附加加壓力基底附加加壓力自重應(yīng)力力土力學(xué)相相關(guān)知識(shí)識(shí)項(xiàng)目二基基底壓力力與基底底附加壓壓力在總荷載載不變的的情況下下，基礎(chǔ)礎(chǔ)埋深越越大，基基底附加加應(yīng)力越越小，從從而地基基中的附附加應(yīng)力力越小，，有利于于減小基基礎(chǔ)沉降降。故高高層建筑筑常用箱箱型基礎(chǔ)礎(chǔ)或地下下室、半半地下室室。即減減小基礎(chǔ)礎(chǔ)自重，，又增加加埋深，，減小基基底附加加壓力，，從而減減小基礎(chǔ)礎(chǔ)沉降。。水面粗砂r=19KN/m3rsat=19.5KN/m3黏土r=19.３KN/m3rsat=19.４KN/m3W=20%,WL=55%,WP=24%bca練習(xí)題：：計(jì)算如圖圖所示水水下地基基土中的的自重應(yīng)應(yīng)力分布布水面粗砂r=19KN/m3rsat=19.5KN/m3黏土r=19.３KN/m3rsat=19.４KN/m3W=20%,WL=55%,WP=24%bc76KPa176KPa253.2KPaa土力學(xué)相相關(guān)知識(shí)識(shí)項(xiàng)目三地地基中的的附加應(yīng)應(yīng)力地基附加加應(yīng)力是是指由外外荷載（（新增建建筑物荷荷載）在在地基中中引起的的土中應(yīng)應(yīng)力；是是引起地地基變形形和破壞壞的主要要原因。。計(jì)算時(shí)的的基本假假定是：：地基土是各向向同性的、均均質(zhì)的線性變變形體，在深深度和水平方方向是無(wú)限延延伸的；采用的計(jì)算方方法是根據(jù)彈彈性理論推導(dǎo)導(dǎo)的；基礎(chǔ)的剛度為為零。一、豎直集中中力作用下的的附加應(yīng)力計(jì)計(jì)算yzxoPMxyzrRβM’α土力學(xué)相關(guān)知知識(shí)項(xiàng)目三地地基中的附附加應(yīng)力查豎向集中力力作用下附加加應(yīng)力系數(shù)表表集中力作用下下的應(yīng)力分布系數(shù)數(shù)yzxoPMxyzrRβM’α土力學(xué)相關(guān)知知識(shí)項(xiàng)目三地地基中的附附加應(yīng)力特點(diǎn)1.P作用線上，，r=0,z=0,σz→∞，z→∞，σz→02.在某一水平平面上，r=0,最大;r↑↑，a減小，σz減小3.在r>0的豎直線上上，z=0,σz=0；隨z↑，σz先增加后減減小4.σz等值線－其其空間曲面面形狀如泡泡狀稱為應(yīng)應(yīng)力泡PP0.1P0.05P0.02P0.01P土力學(xué)相關(guān)關(guān)知識(shí)項(xiàng)目三地地基中中的附加應(yīng)應(yīng)力工程應(yīng)用當(dāng)基礎(chǔ)底面面形狀不規(guī)規(guī)則或荷載載，分布較較復(fù)雜時(shí)，，可將基底底分為若干干個(gè)小面積積，把小面面積上的荷荷載當(dāng)成集集中力，然然后利用上上述計(jì)算附附加應(yīng)力公公式，進(jìn)行行疊加，可可求出附加加應(yīng)力總和和。如果小面積積的最大邊邊長(zhǎng)小于計(jì)計(jì)算應(yīng)力深深度的1/3時(shí)，用此法法所得的應(yīng)應(yīng)力值與正正確應(yīng)力之之相比，誤誤差不超過(guò)過(guò)5%。MiriPiz土力學(xué)相關(guān)關(guān)知識(shí)項(xiàng)目三地地基中中的附加應(yīng)應(yīng)力在多個(gè)相鄰鄰荷載作用用下，使地地基中附加加應(yīng)力逐漸漸積聚，稱稱為附加應(yīng)應(yīng)力的積聚聚現(xiàn)象。因因?yàn)楦郊討?yīng)應(yīng)力的擴(kuò)散散和積聚作作用，相鄰鄰基礎(chǔ)將互互相影響，，引起基礎(chǔ)礎(chǔ)附加沉降降，如新建建建筑物可可能使得相相鄰的舊建建筑物產(chǎn)生生裂縫和傾傾斜，這在在軟土地基基上尤為明明顯和突出出。二、、矩形形面面積積豎豎直直均均布布荷荷載載作作用用下下的的附附加加應(yīng)應(yīng)力力計(jì)計(jì)算算1.角點(diǎn)下的垂直直附加應(yīng)力矩形豎直向均均布荷載角點(diǎn)點(diǎn)下的應(yīng)力分分布系數(shù)查附加應(yīng)力系系數(shù)表-建筑樁基技術(shù)術(shù)規(guī)范p0Mm=L/B,n=z/B土力學(xué)相關(guān)知知識(shí)項(xiàng)目三地地基中的附附加應(yīng)力土力學(xué)相關(guān)知知識(shí)項(xiàng)目三地地基中的附附加應(yīng)力土力學(xué)相關(guān)知知識(shí)項(xiàng)目三地地基中的附附加應(yīng)力2.任意點(diǎn)的垂直直附加應(yīng)力——角點(diǎn)法a.矩形面積內(nèi)b.矩形面積外兩種情況：疊加原理角點(diǎn)下垂直附附加應(yīng)力的計(jì)算公公式地基中任意點(diǎn)點(diǎn)的附加應(yīng)力力角點(diǎn)法土力學(xué)相關(guān)知知識(shí)