第五章-土中应力ppt课件(全).ppt

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1、土质学与土力学第五章第五章 土中应力土中应力第一节第一节 土中的自重应力土中的自重应力第二节第二节 基底压力基底压力第三节第三节 土中的附加应力土中的附加应力 一、均质土中的自重应力 二、成层土中的自重应力 三、有地下水时土层中的自重应力第一节第一节 土中自重应力土中自重应力 自重应力自重应力：由于土体本身自重引起的应力由于土体本身自重引起的应力确定土体初始确定土体初始应力状态应力状态 土体在自重作用下，在漫长的地质历史时期，已土体在自重作用下，在漫长的地质历史时期，已经压缩稳定，因此，土的自重应力经压缩稳定，因此，土的自重应力不再引起土的变形。不再引起土的变形。但对于新沉积土层或近期人工充填

2、土应考虑自重应力但对于新沉积土层或近期人工充填土应考虑自重应力引起的变形。引起的变形。第一节第一节 土中自重应力土中自重应力均质土中的自重应力均质土中的自重应力均质土中的自重应力均质土中的自重应力天然地面11zzcz cz=z 土体中任意深度处的竖向自重应力等于单位面积上土柱土体中任意深度处的竖向自重应力等于单位面积上土柱的有效重量的有效重量第一节第一节 土中自重应力土中自重应力成层土中的自重应力成层土中的自重应力说明：说明：1.1.地下水位以上土地下水位以上土层采用天然重度，层采用天然重度，地下水位以下土层地下水位以下土层采用浮重度采用浮重度2.2.非均质土中自重非均质土中自重应力沿深度呈折

3、线应力沿深度呈折线分布分布 天然地面天然地面h1h2h33 2 1 水位面水位面1 h1 1 h1+2h2 1 h1+2h2+3h3 第一节第一节 土中自重应力土中自重应力水平向自重应力水平向自重应力水平向自重应力水平向自重应力天然地面天然地面z静止侧压静止侧压力系数力系数第一节第一节 土中自重应力土中自重应力 土中存在地下水时，地下水位面以上按天然重度计土中存在地下水时，地下水位面以上按天然重度计算，地下水位面以下按有效重度计算，地下水位应作为土算，地下水位面以下按有效重度计算，地下水位应作为土层分界面。层分界面。在地下水位以下，如埋藏有不透水层在地下水位以下，如埋藏有不透水层(如岩层或只含

4、结如岩层或只含结合水的坚硬粘土层合水的坚硬粘土层)，由于不透水层中不存在水的浮力，所，由于不透水层中不存在水的浮力，所以层面及层面以下的自重营应力应按上覆土层的水土总重以层面及层面以下的自重营应力应按上覆土层的水土总重计算。此时，层面处的自重应力将出现突变，层面处自重计算。此时，层面处的自重应力将出现突变，层面处自重应力有两个值。应力有两个值。有地下水时土层中的自重应力有地下水时土层中的自重应力有地下水时土层中的自重应力有地下水时土层中的自重应力第一节第一节 土中自重应力土中自重应力57.0kPa80.1kPa103.1kPa150.1kPa194.1kPa第一节第一节 土中自重应力土中自重应

5、力 一、基础底面的压力分布 二、中心荷载作用下的基底压力 三、偏心荷载作用下的基底压力 四、基底附加压力 第二节第二节 基底压力基底压力 基底压力基底压力：建筑物上部结构荷载和基础自重通过基础传递给建筑物上部结构荷载和基础自重通过基础传递给地基，作用于基础底面传至地基的单位面积压力地基，作用于基础底面传至地基的单位面积压力F第二节第二节 基底压力基底压力第二节第二节 基底压力基底压力基础底面的压力分布基础底面的压力分布基础底面的压力分布基础底面的压力分布影响基底压力大小和分布的因素影响基底压力大小和分布的因素 基础的形状、大小、刚度，埋置深度，基础上作用荷载的性质基础的形状、大小、刚度，埋置深

6、度，基础上作用荷载的性质（中心、偏心、倾斜等）及大小、地基土性质（中心、偏心、倾斜等）及大小、地基土性质 柔性基础的抗弯刚度很小柔性基础的抗弯刚度很小，基础变形能完全适应地基，基础变形能完全适应地基表面的变形，表面的变形，基底压力的分布与其上部荷载的分布情基底压力的分布与其上部荷载的分布情况基本相同况基本相同。第二节第二节 基底压力基底压力刚性基础的刚度很大刚性基础的刚度很大时，在上部荷载作用下不会发生时，在上部荷载作用下不会发生挠曲变形，在中心荷载作用下，基底各点沉降基本相挠曲变形，在中心荷载作用下，基底各点沉降基本相同，这时同，这时基底压力分布是马鞍形的，中间小，边缘大基底压力分布是马鞍形

7、的，中间小，边缘大(理论上边缘应力为无穷大理论上边缘应力为无穷大)。第二节第二节 基底压力基底压力 荷载较小荷载较小 荷载较大荷载较大砂性土地基砂性土地基粘性土地基粘性土地基 接近弹性解接近弹性解 马鞍型马鞍型 抛物线型抛物线型 倒钟型倒钟型荷载小荷载小荷载大荷载大第二节第二节 基底压力基底压力中心荷载作用下的基底压力中心荷载作用下的基底压力中心荷载作用下的基底压力中心荷载作用下的基底压力若是条形基础，若是条形基础，F,G 取单位长度基底面取单位长度基底面积计算积计算G=GAd取室内外平取室内外平均埋深计算均埋深计算第二节第二节 基底压力基底压力偏心荷载作用偏心荷载作用偏心荷载作用偏心荷载作用

8、下的基底压力下的基底压力下的基底压力下的基底压力F+G eelbpmaxpmin作用于基础底面作用于基础底面形心上的力矩形心上的力矩M=(F+G)e 基基础础底底面面的的抵抵抗抗矩矩；矩矩形形截截面面W=bl2/6 第二节第二节 基底压力基底压力讨论：讨论：讨论：讨论：当当e0，基底压力呈梯形分布基底压力呈梯形分布 当当e=l/6时，时，pmax0，pmin=0，基底压力呈三角形分布基底压力呈三角形分布 当当el/6时，时，pmax0，pmin0，基底出现拉应力，基底压力重分布基底出现拉应力，基底压力重分布 第二节第二节 基底压力基底压力pmaxpminel/6pmaxpmin0基底压力重分布

9、基底压力重分布pmaxpmin=0第二节第二节 基底压力基底压力基底压力重分布基底压力重分布基底压力重分布基底压力重分布偏心荷载作用在基偏心荷载作用在基底压力分布图形的底压力分布图形的形心上形心上 第二节第二节 基底压力基底压力作用于地基表面，由于建造建筑物而作用于地基表面，由于建造建筑物而新增加新增加的压力称为基底附加的压力称为基底附加压力，即导致地基中产生附加应力的那部分基底压力压力，即导致地基中产生附加应力的那部分基底压力基底附加压力基底附加压力基底附加压力基底附加压力FFd实际情况实际情况基底附加压力在数值上等于基底附加压力在数值上等于基底压力扣除基底标高处原基底压力扣除基底标高处原有

10、土体的自重应力有土体的自重应力第二节第二节 基底压力基底压力dpp00-=基底压力呈梯形分布时，基底压力呈梯形分布时，基底附加压力基底附加压力基底附加压力基底附加压力自重应力自重应力第二节第二节 基底压力基底压力一、垂直集中力作用下地基土中的附加应力 二、矩形面积上各种分布荷载作用下地基土中的附加应力 三、圆形面积上均布荷载作用下的地基附加应力 四、条形面积上各种分布荷载作用下地基土中的附加应力 第三节第三节 土中的附加应力土中的附加应力附加应力：附加应力：新增外加荷载在地基土体中引起的应力新增外加荷载在地基土体中引起的应力n计算基本假定：计算基本假定：地基土是连续、地基土是连续、均匀、各向同

11、性均匀、各向同性的半无限完全弹的半无限完全弹性体性体不同地基不同地基中应力分中应力分布各有其布各有其特点特点平面问题平面问题空间问题空间问题x,z的函数的函数x,y,z的函数的函数第三节第三节 土中的附加应力土中的附加应力竖向集中力作用下的地基竖向集中力作用下的地基竖向集中力作用下的地基竖向集中力作用下的地基附加应力附加应力附加应力附加应力1885年法国学者布辛涅斯克解 M(x,y,z)PoyxzxyzrRM(x,y,0),0)q 附加应力系数附加应力系数 第三节第三节 土中的附加应力土中的附加应力附加应力分布规律附加应力分布规律附加应力分布规律附加应力分布规律 距离地面越深，附加应力的分布范

12、围越广距离地面越深，附加应力的分布范围越广 在集中力作用线上的附加应力最大，向两侧逐渐减小在集中力作用线上的附加应力最大，向两侧逐渐减小 同一竖向线上的附加应力随深度而变化同一竖向线上的附加应力随深度而变化 在集中力作用线上，当在集中力作用线上，当z z0 0时，时，z z，随着深度增随着深度增加，加，z z逐渐减小逐渐减小 竖向集中力作用引起的附加应力向深部向四周无限传竖向集中力作用引起的附加应力向深部向四周无限传播，在传播过程中，应力强度不断降低（播，在传播过程中，应力强度不断降低（应力扩散应力扩散）第三节第三节 土中的附加应力土中的附加应力附加应力分布规律附加应力分布规律附加应力分布规律

13、附加应力分布规律第三节第三节 土中的附加应力土中的附加应力叠加原理叠加原理叠加原理叠加原理 由几个外力共同作用时所引起的某一参数（内力、应力或位移），由几个外力共同作用时所引起的某一参数（内力、应力或位移），等于每个外力单独作用时所引起的该参数值的等于每个外力单独作用时所引起的该参数值的代数和代数和PazPbab两个集中力两个集中力作用下作用下z的的叠加叠加第三节第三节 土中的附加应力土中的附加应力二、矩形面积上各种分布荷载作用下二、矩形面积上各种分布荷载作用下二、矩形面积上各种分布荷载作用下二、矩形面积上各种分布荷载作用下地基土中的附加应力地基土中的附加应力地基土中的附加应力地基土中的附加应

14、力dp布辛涅斯克解积积分分矩形基础角点下的矩形基础角点下的竖向附加应力系数竖向附加应力系数第三节第三节 土中的附加应力土中的附加应力角角角角点点点点法法法法计计计计算算算算地地地地基基基基附附附附加加加加应应应应力力力力zMoIVIIIIIIo oIIIIIIIVp角角角角点点点点法法法法计计计计算算算算地地地地基基基基附附附附加加加加应应应应力力力力IIIo oo oIIIIo oIVo oII计算点在基底边缘计算点在基底边缘计算点在基底边缘外计算点在基底边缘外第三节第三节 土中的附加应力土中的附加应力角角角角点点点点法法法法计计计计算算算算地地地地基基基基附附附附加加加加应应应应力力力力计

15、算点在基底角点外计算点在基底角点外Io oo oIIIIIIV第三节第三节 土中的附加应力土中的附加应力垂直三角形分布的垂直荷载垂直三角形分布的垂直荷载垂直三角形分布的垂直荷载垂直三角形分布的垂直荷载dp布辛涅斯克解积积分分矩形基础角点下的竖向矩形基础角点下的竖向附加应力系数，均为附加应力系数，均为m,n的函数的函数 第三节第三节 土中的附加应力土中的附加应力水平均布荷载水平均布荷载水平均布荷载水平均布荷载矩形基础角点矩形基础角点下的竖向附加下的竖向附加应力系数，均应力系数，均为为m,n的函数的函数 第三节第三节 土中的附加应力土中的附加应力圆形面积上均布荷载作用下的地基土中的附加应力圆形面积

16、上均布荷载作用下的地基土中的附加应力圆形面积上均布荷载作用下的地基土中的附加应力圆形面积上均布荷载作用下的地基土中的附加应力 为了计算圆形面积上作用均布荷载p时土中任一点M(r,z)的竖向正应力，可采用原点设在圆心O的极坐标，由公式在圆面积范围内积分求得：（1）圆心下土的附加应力计算公式：（2）周边下土的附加应力计算公式：第三节第三节 土中的附加应力土中的附加应力条形面积上各种分布荷载作用下地基土中的附加应力条形面积上各种分布荷载作用下地基土中的附加应力条形面积上各种分布荷载作用下地基土中的附加应力条形面积上各种分布荷载作用下地基土中的附加应力基础底面长宽基础底面长宽比比l/b条形基础条形基础

17、基础底面长宽基础底面长宽比比l/b10理想情况实际情况pdy布辛涅斯克解线积分线积分第三节第三节 土中的附加应力土中的附加应力几几几几种种种种不不不不同同同同分分分分布布布布荷荷荷荷载载载载计计计计算算算算pxzMxzb/2b/2均布荷载情况均布荷载情况ptxzMxzb三角形荷载情况三角形荷载情况Ksz,Ktz条形基底竖向附条形基底竖向附加应力系数加应力系数,均为均为m,n的函数，其中的函数，其中m=x/b，n=z/b，可查表得到可查表得到第三节第三节 土中的附加应力土中的附加应力几几几几种种种种不不不不同同同同分分分分布布布布荷荷荷荷载载载载计计计计算算算算zMxzb水平分布荷载情况水平分布荷载情况phxyKhz条形基底竖向附加应条形基底竖向附加应力系数力系数,为为m,n的函数，的函数，其中其中m=x/b，n=z/b，可可查表得到查表得到总结：总结：对于条形基础地基附加应力计算同样可以采用角点法，对于条形基础地基附加应力计算同样可以采用角点法，利用叠加原理，进行计算，计算中应注意不同分布情况的附加应利用叠加原理，进行计算，计算中应注意不同分布情况的附加应力系数所对应的附加应力系数表格不同，查表计算时应该注意力系数所对应的附加应力系数表格不同，查表计算时应该注意第三节第三节 土中的附加应力土中的附加应力