第4章土中应力PPT讲稿.ppt

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1、第4章土中应力第1页，共76页，编辑于2022年，星期二23发生在地基中的下列现象，哪一种不属于发生在地基中的下列现象，哪一种不属于渗透变形渗透变形(C )A.坑底隆起坑底隆起 B.流土流土C.砂沸砂沸 D.流砂流砂4.下列关于渗流力的描述不正确的是下列关于渗流力的描述不正确的是(C)A.其数值与水力梯度成正比，其方向与渗流其数值与水力梯度成正比，其方向与渗流方向一致方向一致 B.是一种体积力，其量纲与重度的量纲相同是一种体积力，其量纲与重度的量纲相同 C.渗流力的存在对土体稳定总是不利的渗流力的存在对土体稳定总是不利的第2页，共76页，编辑于2022年，星期二35下列哪一种土样更容易发生流砂

2、下列哪一种土样更容易发生流砂(B)A.砾砂或粗砂砾砂或粗砂 B.细砂或粉砂细砂或粉砂C.粉质粘土粉质粘土 D.粘土粘土6.成层土水平方向的等效渗透系数成层土水平方向的等效渗透系数kx与垂直方与垂直方向的等效渗透系数向的等效渗透系数ky的关系是的关系是(待定待定)A.kx ky B.kx=ky C.ky kx第3页，共76页，编辑于2022年，星期二47在渗流场中某点的渗流力在渗流场中某点的渗流力(A)A.随水力梯度增加而增加随水力梯度增加而增加B.随水力梯度增加而减少随水力梯度增加而减少C.与水力梯度无关与水力梯度无关 第4页，共76页，编辑于2022年，星期二58 8评价下列说法的正误评价下

3、列说法的正误(D)(D)土的渗透系数越大，土的透水性也越大，土土的渗透系数越大，土的透水性也越大，土中的水力梯度也越大；中的水力梯度也越大；任何一种土，只要水力梯度足够大，就可能任何一种土，只要水力梯度足够大，就可能发生流土和管涌；发生流土和管涌；土中一点渗流力的大小取决于该点孔隙水总土中一点渗流力的大小取决于该点孔隙水总水头的大小；水头的大小；渗流力的大小不仅取决于水力梯度，还与其渗流力的大小不仅取决于水力梯度，还与其方向有关。方向有关。A.A.对对 B.B.对对 C.C.和和对对 D.D.全不对全不对第5页，共76页，编辑于2022年，星期二69判断正误。判断正误。1）达西定律中的渗透速度

4、不是孔隙水的实际流）达西定律中的渗透速度不是孔隙水的实际流速。速。()2）发生流砂时，渗流力方向与重力方向相同。）发生流砂时，渗流力方向与重力方向相同。()3）细粒土的渗透系数测定通常采用）细粒土的渗透系数测定通常采用“常水头常水头”试验进行。试验进行。()4）管涌发生的部位在渗流溢出处，而流土发生）管涌发生的部位在渗流溢出处，而流土发生的部位可以在渗流溢出处，也可以在土体内部。的部位可以在渗流溢出处，也可以在土体内部。()第6页，共76页，编辑于2022年，星期二74.2 土中自重应力土中自重应力4.3 基底压力基底压力 4.4 地基附加应力地基附加应力4.1 概述概述第7页，共76页，编辑

5、于2022年，星期二84.1 概述概述上部结构上部结构外墙外墙内墙内墙第8页，共76页，编辑于2022年，星期二9基坑开挖，施基坑开挖，施工地下室工地下室第9页，共76页，编辑于2022年，星期二10地基地基支承建筑物荷载的土层支承建筑物荷载的土层持力层持力层与建筑物基础底面直接接触的土层与建筑物基础底面直接接触的土层下卧层下卧层持力层下面的土层持力层下面的土层按引起的原因分为按引起的原因分为自重应力自重应力和和附加应力附加应力；下卧层持力层（受力层）地地基基基础FG主要受力层第10页，共76页，编辑于2022年，星期二11自重应力自重应力由土体自身重量所产生的应力。由土体自身重量所产生的应力

6、。附加应力附加应力由外荷（静的或动的）引起的土中应力。由外荷（静的或动的）引起的土中应力。基底压力基底压力附加应力附加应力地基沉降变形地基沉降变形基底反力基底反力基础结构的外荷载基础结构的外荷载形成年代久远的土层，压缩固结已完形成年代久远的土层，压缩固结已完成，成，自重应力自重应力不再引起地基变形。不再引起地基变形。但在但在欠固结土层、地下水水位下降、欠固结土层、地下水水位下降、大面积堆土大面积堆土等，也会引起地基变形等，也会引起地基变形附加应力附加应力是引起地基变形的主是引起地基变形的主要原因要原因第11页，共76页，编辑于2022年，星期二12应力应力应变关系假设及计算方法应变关系假设及计

7、算方法目前在计算地基中的应力时，常假设土体为连续体、线弹性及均质各向同性体。实际上土是各向异性的、弹塑性体。第12页，共76页，编辑于2022年，星期二13 地基中的几种应力状态地基中的几种应力状态1 1 1 1、三维（空间）应力状态、三维（空间）应力状态、三维（空间）应力状态、三维（空间）应力状态2 2 2 2、二维（空间）应力状态、二维（空间）应力状态、二维（空间）应力状态、二维（空间）应力状态3 3 3 3、侧限应力状态、侧限应力状态、侧限应力状态、侧限应力状态zzxy侧限应力状态侧限应力状态侧限应力状态侧限应力状态地面地面第13页，共76页，编辑于2022年，星期二14土力学中应力符号

8、规定土力学中应力符号规定法向应力：法向应力：法向应力：法向应力：压为正，拉为负压为正，拉为负压为正，拉为负压为正，拉为负剪应力：剪应力：剪应力：剪应力：对单元体内任意点之矩为顺时针转向时规定为正，反之为对单元体内任意点之矩为顺时针转向时规定为正，反之为对单元体内任意点之矩为顺时针转向时规定为正，反之为对单元体内任意点之矩为顺时针转向时规定为正，反之为负负负负20kPa第14页，共76页，编辑于2022年，星期二154.2 土中自重应力土中自重应力自重应力：自重应力：修建建筑物以前，由土体自身的有效重量产生修建建筑物以前，由土体自身的有效重量产生的应力。的应力。假定：假定：地基是半无限空间体，线

9、性、均匀、各向同性地基是半无限空间体，线性、均匀、各向同性的弹性材料（有侧限应变条件）的弹性材料（有侧限应变条件）面积无限大的荷载面积无限大的荷载没有侧向变形和剪切变形没有侧向变形和剪切变形只有竖向变形只有竖向变形第15页，共76页，编辑于2022年，星期二16天然地面z1线线天然地面任意深度天然地面任意深度z处水平面上的竖直自重应力。处水平面上的竖直自重应力。天然地面任意深度天然地面任意深度z处竖直面上的水平自重应力。处竖直面上的水平自重应力。K0土的侧压力系数或静止土压力系数。由实测或经验公式确定。土的侧压力系数或静止土压力系数。由实测或经验公式确定。如：如：天然地面任意深度天然地面任意深

10、度z处土单元体的剪应应力。处土单元体的剪应应力。z一、一、均质土中自重应力均质土中自重应力第16页，共76页，编辑于2022年，星期二17若计算点在地下水位以下，水下部分土柱体自重必须扣若计算点在地下水位以下，水下部分土柱体自重必须扣除浮力，应采用土的有效重度（浮重度）除浮力，应采用土的有效重度（浮重度）替代湿重度替代湿重度计算计算。第17页，共76页，编辑于2022年，星期二18二、成层土的自重应力二、成层土的自重应力天然地面天然地面h1h2h33 2 1 水位面1 h1 1 h1+2h2 1 h1+2h2+3h3 第18页，共76页，编辑于2022年，星期二19地下水位面不透水层面h1h2

11、h3h4z成层土中竖向自重应力沿深度的分布第19页，共76页，编辑于2022年，星期二20说明：说明：1.1.自重应力从天然地面起算；自重应力从天然地面起算；2.2.一般情况下，地下水位以上土层采用天然重一般情况下，地下水位以上土层采用天然重度，地下水位以下土层采用浮重度；度，地下水位以下土层采用浮重度；3.3.若地下水位以下存在不透水层（如岩层、致密若地下水位以下存在不透水层（如岩层、致密粘土），则在不透水层层面处浮力消失，此处粘土），则在不透水层层面处浮力消失，此处的自重应力等于全部上覆的水和土全重的自重应力等于全部上覆的水和土全重4.4.对于一般土，由于成土年代长久，土体在自对于一般土，

12、由于成土年代长久，土体在自重应力作用下已经完成压缩变形；对于新近沉重应力作用下已经完成压缩变形；对于新近沉积土或人工填土，自重应力仍将产生土体或地积土或人工填土，自重应力仍将产生土体或地基的变形。基的变形。讨论题讨论题第20页，共76页，编辑于2022年，星期二21地下水下降，有效自重应力增大地下水下降，有效自重应力增大Zczhrwh原地下水位变动后地下水位三、地下水位升降对土中自重应力的影响h原地下水位变动后地下水位rwh地下水上升，有效自重应力减小地下水上升，有效自重应力减小地下水对地基的影响，利用及防治地下水对地基的影响，利用及防治第21页，共76页，编辑于2022年，星期二22例例1-

13、1：某地基土由四层土组成，厚度与重度如图，试：某地基土由四层土组成，厚度与重度如图，试计算每土层接触面处的竖向自重应力并画出应力曲线。计算每土层接触面处的竖向自重应力并画出应力曲线。第22页，共76页，编辑于2022年，星期二231-1面面2-2面面3-3面面4-4面面第23页，共76页，编辑于2022年，星期二24自重应力曲线图自重应力曲线图第24页，共76页，编辑于2022年，星期二25判断正误判断正误 1）计算土中自重应力时，地下水位以下的土层应采用饱和）计算土中自重应力时，地下水位以下的土层应采用饱和重度。重度。(错错)2）在均质地基中，竖向自重应力随深度线性增加，而水平向自）在均质地

14、基中，竖向自重应力随深度线性增加，而水平向自重应力则呈非线性增加。（错）重应力则呈非线性增加。（错）3）土中自重应力与地下水位的升降无关。（错）土中自重应力与地下水位的升降无关。（错）4）若地表为一无限大的水平面，则土的重力在土中任一竖）若地表为一无限大的水平面，则土的重力在土中任一竖直面上所产生的剪应力等于零。（错）直面上所产生的剪应力等于零。（错）5）对于新填土场地，自重应力应从填土面算起。（对）对于新填土场地，自重应力应从填土面算起。（对）6）土的侧压力系数）土的侧压力系数K0为土的侧向与竖向有效自重应力之比。为土的侧向与竖向有效自重应力之比。（对）（对）7）由于土的自重应力属于有效应力

15、，因此在建筑物建造）由于土的自重应力属于有效应力，因此在建筑物建造后，自重应力仍会继续使土体产生变形。（待定）后，自重应力仍会继续使土体产生变形。（待定）第25页，共76页，编辑于2022年，星期二264.3 4.3 基底压力基底压力在基础底面与地基土之间的在基础底面与地基土之间的接触应力接触应力，既是基础作用于，既是基础作用于地基的地基的基底压力基底压力，又是地基反作用于基础上的，又是地基反作用于基础上的基底反力基底反力。基底压力基底压力：基础底面传递给地基表面的压力，也称：基础底面传递给地基表面的压力，也称基底接基底接触压力触压力上部结构的自重及上部结构的自重及各种荷载都是通过各种荷载都是

16、通过基础传到地基中的。基础传到地基中的。上部结构上部结构基础基础地基地基建筑物设计建筑物设计第26页，共76页，编辑于2022年，星期二27一、基底压力的分布规律柔性基础柔性基础（一）柔性基础（一）柔性基础 柔性基础的抗弯刚度很小，可以随地基的柔性基础的抗弯刚度很小，可以随地基的变形而任意弯曲。变形而任意弯曲。(a)(b)基底压力的分布和大小基底压力的分布和大小与与荷载的性质（中心荷载的性质（中心或偏心、倾斜等）及大小或偏心、倾斜等）及大小有关，也与有关，也与基础的基础的刚度、基础埋深刚度、基础埋深、土的性质土的性质等因素有关等因素有关基底压力分布与其上部荷载分布及大基底压力分布与其上部荷载分

17、布及大小相同，沉降则各处不同。小相同，沉降则各处不同。第27页，共76页，编辑于2022年，星期二28刚性基础刚性基础 刚性基础的抗弯刚度很大，受荷后原刚性基础的抗弯刚度很大，受荷后原来是平面的基底沉降后仍然保持平面来是平面的基底沉降后仍然保持平面（二）刚性基础（二）刚性基础 荷载均布、沉降均匀，基底压应力 不均匀。柔性基础柔性基础第28页，共76页，编辑于2022年，星期二29马 鞍形抛物线形钟形刚性基础：刚性基础：地基与基础的变形必地基与基础的变形必须协调一致，基底压力分布主要有须协调一致，基底压力分布主要有三种。三种。马鞍形分布：马鞍形分布：抛物线形分布：抛物线形分布：钟形分布：钟形分布

18、：第29页，共76页，编辑于2022年，星期二30刚性基础刚性基础pQ计算值计算值实测值实测值简化计算简化计算应力重分布基底反力均匀分布二、基底压力的简化计算第30页，共76页，编辑于2022年，星期二31二、基底压力的简化计算（一）中心荷载下的基底压力（一）中心荷载下的基底压力FGdA=b lp室内地坪室内地坪室外地坪FGdp内墙或内柱基础内墙或内柱基础外墙或外柱基础外墙或外柱基础F作用在基础上的竖向力设计值作用在基础上的竖向力设计值G基础及其上回填土重标准值基础及其上回填土重标准值一般取地下水位以下应扣除水的浮力，取A基底面积基底面积,对于条形基础对于条形基础（L/B10)L/B10)沿长

19、度方向取沿长度方向取1 1单位长度单位长度的截条计算，此时公式中的的截条计算，此时公式中的A改为改为b,F及及G则为基础截条的相应值。则为基础截条的相应值。A=b l第31页，共76页，编辑于2022年，星期二32（二）偏心荷载下的基底压力（二）偏心荷载下的基底压力lbyxeF+Gel/6小偏心pmaxpmin式中：式中：M作用于矩形基底力矩设计值作用于矩形基底力矩设计值 kN.mW基础底面的抵抗矩基础底面的抵抗矩e偏心荷载的偏心矩偏心荷载的偏心矩注：注：1 1）当当e el/6时时，pmin=10）三、线荷载和条形荷载作用下地基的附加应力第56页，共76页，编辑于2022年，星期二57第57

20、页，共76页，编辑于2022年，星期二58什么是平面问什么是平面问题求解方法？题求解方法？q墙基、坝基、路基等墙基、坝基、路基等L/B 10第58页，共76页，编辑于2022年，星期二59三、线荷载和条形荷载作用下地基的附加应力Q=p dyP PRR1dy1、线荷载、线荷载第59页，共76页，编辑于2022年，星期二60P主应力大小主应力大小主应力方向主应力方向2、条形面积均布荷载、条形面积均布荷载第60页，共76页，编辑于2022年，星期二612.条形面积均布荷载条形面积均布荷载注意：注意：坐标原点位于坐标原点位于荷载中点荷载中点p pM Msz，sx，sxz分别为条形面积均布荷分别为条形面

21、积均布荷载下相应的三个附加应力系数，由载下相应的三个附加应力系数，由z/b和和x/b查表查表4-10得。得。第61页，共76页，编辑于2022年，星期二623.条形面积三角形分布荷载条形面积三角形分布荷载st条形面积三角形分布荷载的条形面积三角形分布荷载的附加应力系数，由附加应力系数，由z/b和和x/b查表查表4-11得。得。注意：注意：坐标原点位于三角形荷坐标原点位于三角形荷载的零点处。载的零点处。第62页，共76页，编辑于2022年，星期二63 某条形基础底面宽度b=1.4m,作用于基底的平均附加应力p0=200kPa，要求确定（1）均布条形荷载中点下中点下地基附加应力 的分布图。（2）深

22、度深度z=1.4z=1.4和和2.8m2.8m处水平面上 的分布图。（3）在均布条形荷载边缘外荷载边缘外1.4m处地基下面的 分布图。b=1.4m1.4m基底平面P0=200kPa1.4m2.8m5.6m例题例题4.34.3（条形荷载作用下地基中的附加应力分布）（条形荷载作用下地基中的附加应力分布）第63页，共76页，编辑于2022年，星期二64中点下（x=0）Z(m)x/bz/bszz=szp(kPa)0001.001.00200=2000.700.50.821641.4010.551102.101.50.40802.8020.31624.2030.21425.6040.1632第64页，共

23、76页，编辑于2022年，星期二65z=1.4m的水平面x(m)x/bz/bszz=szp(kPa)0010.550.55200=1100.70.510.41821.4110.19382.11.510.07142.8210.036第65页，共76页，编辑于2022年，星期二66z=2.8m的水平面x(m)x/bz/bszz=szp(kPa)0020.310.31200=620.70.520.28561.4120.20402.11.520.13262.8220.0816第66页，共76页，编辑于2022年，星期二67荷载边缘外荷载边缘外1.4m处地基下（x=2.1）Z(m)x/bz/bszz=s

24、zp(kPa)01.5000200=00.71.50.50.0241.41.510.07142.11.51.50.11222.81.520.13264.21.530.14285.61.540.1224第67页，共76页，编辑于2022年，星期二68（1）中点下中点下地基附加应力 的分布图。（2）深度深度z=1.4z=1.4和和2.8m2.8m处水平面上 的 分布图。（3）荷载边缘外荷载边缘外1.4m处地基下面的 分布图。b=1.4m1.4m基底平面P0=200kPa1.4m2.8m5.6m200164110806242322428262214461438821106256402616第68页，

25、共76页，编辑于2022年，星期二69（1）附加应力不仅发生在荷载面积之下，而且分布在荷载面积以外相当大的范围之下地基附加应力的扩散规律。（2）基底下不同深度处的各个水平面上，基底中心点下轴线处的附加应力最大，距离中轴线愈远愈小。（3）在荷载分布范围内任意点沿垂线的附加应力值，随深度越向下越小；在荷载边缘以外任意点议沿垂线的附加应力值，随深度从零开始向下先加大后减小。基底平面1.4m2.8m5.6m200164110806242322428262214461438821106256402616地集中附加应力的分布规律地集中附加应力的分布规律第69页，共76页，编辑于2022年，星期二70地基中

26、附加应力的分布规律地基中附加应力的分布规律第70页，共76页，编辑于2022年，星期二711、集中荷载、集中荷载Q作用下的应力泡作用下的应力泡应力泡（附加应力等值线）2、线荷载、线荷载p作用下的应力泡作用下的应力泡第71页，共76页，编辑于2022年，星期二72应力泡（附加应力等值线）均布条形荷载均布条形荷载p作用下的应力泡作用下的应力泡附加应力xzt等值线附加应力zs等值线第72页，共76页，编辑于2022年，星期二73例题4.4 选择一种最简便的方法以下图所示的荷载作用下O点深度0.5b处的竖向附加应力。L5bL10bOObP0=100kPab150kPa50kPa第73页，共76页，编辑

27、于2022年，星期二74小结小结概概述述自重应力自重应力基底压力基底压力各种荷载作用各种荷载作用下弹性地基内下弹性地基内的附加应力的附加应力集中荷载作用下集中荷载作用下矩形、圆形荷载作用下矩形、圆形荷载作用下线荷载作用下线荷载作用下条形荷载作用下条形荷载作用下基底压力分布规律基底压力分布规律基底附加应力基底附加应力 小结基底压力的简化计算基底压力的简化计算第74页，共76页，编辑于2022年，星期二751、地基中的自重应力、地基中的自重应力2、基础压力、基础压力中心荷载下中心荷载下偏心荷载下偏心荷载下3、基底附加应力、基底附加应力第75页，共76页，编辑于2022年，星期二761）矩形）矩形基底受竖直基底受竖直均布荷载均布荷载作用时作用时角点角点下竖向附加应力下竖向附加应力4、地基附加应力计算、地基附加应力计算查表查表4-52）矩形）矩形面积基底受面积基底受三角形分布荷载三角形分布荷载时时角点角点下的附加应力下的附加应力查表查表4-83）条形）条形基底基底均布荷载均布荷载作用下地基附加应力作用下地基附加应力（坐标原点在中点）（坐标原点在中点）查表查表4-104）条形）条形基底基底三角形分布荷载三角形分布荷载作用下地基附加应力作用下地基附加应力（坐标原点在三角形（坐标原点在三角形荷载的零点）荷载的零点）查表查表4-11第76页，共76页，编辑于2022年，星期二