土力学与地基基础土的自重应力计算.pptx
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1、n一 土中应力n目的目的n应力应力应变关系假设及计算方法应变关系假设及计算方法3.1 3.1 概述概述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。自重应力:附加应力第1页/共66页附加应力:附加应力:建筑物的荷载在土体中产生的在原有应力基础上的应力的增量。建筑物的荷载在土体中产生的在原有应力基础上的应力的增量。自重应力:自重应力:地基中源于土体自身重量的应力。地基中源于土体自身重量的应力。基基底底压压力力:建建筑筑物物的的荷荷载载通通过过基基础础传传递递给给地地基基,在在基基础础底底面面与与地地基基之之间间产产 生的生的接触应力。接触应
2、力。附加应力造成了地基土的附加应力造成了地基土的变形变形(处于欠固结状态的土,自重应力也是(处于欠固结状态的土,自重应力也是变形产生的因素之一)变形产生的因素之一),从而导致了地基中各点的竖向和侧向位移。,从而导致了地基中各点的竖向和侧向位移。本章主要讨论地基中的本章主要讨论地基中的应力应力、为下一章求解、为下一章求解竖向位移竖向位移(沉降沉降)做准备。)做准备。土体的应力应变关系十分复杂,常呈土体的应力应变关系十分复杂,常呈弹、粘、塑性弹、粘、塑性,并且呈,并且呈非线性、非线性、各向异性各向异性,还受,还受应力历史应力历史的影响。的影响。地基土中附加应力的正确计算地基土中附加应力的正确计算和
3、和地基土体性状的正确描述地基土体性状的正确描述是提高沉降是提高沉降计算精度的两个关键问题。计算精度的两个关键问题。第2页/共66页要保证建筑物的安全和正常使用必须控制其要保证建筑物的安全和正常使用必须控制其沉降量沉降量和和不均匀沉降差不均匀沉降差值值(差异沉降量差异沉降量)不超过一定范围,对软粘土地基上的建筑物尤为重要。)不超过一定范围,对软粘土地基上的建筑物尤为重要。沉降分析是土力学的基本课题之一沉降分析是土力学的基本课题之一。沉降量的大小主要取决于沉降量的大小主要取决于土体产生变形的原因土体产生变形的原因和和土体本身的性状土体本身的性状两两个方面个方面。土体产生变形的原因主要是土体中土体产
4、生变形的原因主要是土体中应力状态的改变应力状态的改变(如地面荷载引(如地面荷载引起地基中应力场的改变,在地基中产生附加应力)起地基中应力场的改变,在地基中产生附加应力)。土体本身的性状主要指土体本身的性状主要指土的压缩性土的压缩性(或(或应力应力应变关系应变关系),是指土),是指土体在附加应力作用下产生的效应。体在附加应力作用下产生的效应。第3页/共66页均质土中竖向自重应力均质土中竖向自重应力成层土中自重应力成层土中自重应力地下水位升降对土中自重应力的影响地下水位升降对土中自重应力的影响第4页/共66页竖向:竖向:s sz z =z z水平向:水平向:s sx x =s sy y =K K0
5、 0 s sz z剪应力:剪应力:xyxy yzyz zxzxsx地面地面地面地面H H1 1H H2 2szsy地下水位地下水位地下水位地下水位 在在荷荷载载作作用用之之前前,地地基基中中存存在在初初始始应应力力场场。初初始始应应力力场场常常与与土土体体自自重重、地地基基土土地地质质历历史史以以及及地地下下水水位位有有关关。在在工工程程应应用用上上,计计算算初初始始应应力力场场时时常常假假设设天天然然地地基基为为水水平平、均均质质、各各向向同同性性的的半半无无限限空空间间,土土层层界界面面为为水水平平面面。于是在任意竖直面和水平面上均于是在任意竖直面和水平面上均无剪应力无剪应力存在。存在。假
6、设土(岩)体为均匀连续介质,并为半无限空间弹性体。假设土(岩)体为均匀连续介质,并为半无限空间弹性体。假设土(岩)体为均匀连续介质,并为半无限空间弹性体。假设土(岩)体为均匀连续介质,并为半无限空间弹性体。假设前提:假设前提:假设前提:假设前提:在距地表深度在距地表深度在距地表深度在距地表深度z z z z处,土体的处,土体的处,土体的处,土体的自重应力自重应力自重应力自重应力为:为:为:为:3.2 3.2 土的自重应力计算土的自重应力计算第5页/共66页一、均质土中竖向自重应力一、均质土中竖向自重应力 地地基基中中的的初初始始应应力力,即即地地基基中中任任一一点点的的自自重重应应力力,只只需
7、需用用竖竖向向应应力力和和水平向应力表示。天然地面下任意深度水平向应力表示。天然地面下任意深度z z处水平面上的竖向自重应力为处水平面上的竖向自重应力为 czcz z z 竖直面上的水平向自重应力为竖直面上的水平向自重应力为 cxcxK K0 0 cz cz=K K0 0 z z K K0 0 为静止侧压力系数。为静止侧压力系数。(kPa)z czcz z z第6页/共66页二、成层土中自重应力二、成层土中自重应力 土中竖向和侧向的自重应力一般均指土中竖向和侧向的自重应力一般均指有效自重应力有效自重应力,计算时,对地,计算时,对地下水位以下土层必须以下水位以下土层必须以有效重度有效重度 代替代
8、替天然重度天然重度。为简便起见,常把。为简便起见,常把竖向有效自重应力竖向有效自重应力 czcz简称为自重应力,并以符号简称为自重应力,并以符号 c c表示。表示。若地基是由多层土所组成,设各层的厚度为若地基是由多层土所组成,设各层的厚度为h h1 1、h h2 2、h hi i、h hn n,则地基中第则地基中第n n层底面处的竖向土自重应力:层底面处的竖向土自重应力:第7页/共66页二、成层土中自重应力二、成层土中自重应力透水岩层透水岩层第8页/共66页二、成层土中自重应力二、成层土中自重应力第9页/共66页三、地下水位升降对土中自重应力的影响三、地下水位升降对土中自重应力的影响第10页/
9、共66页例例1 1:某建筑场地的地质柱状图和:某建筑场地的地质柱状图和有关数值如有关数值如图,计算地面下深度为图,计算地面下深度为2.5m2.5m、5m5m和和9m9m处的自重应力,绘出处的自重应力,绘出分布图。分布图。第11页/共66页第12页/共66页基本概念基本概念基底压力分布基底压力分布基底压力的简化计算基底压力的简化计算中心荷载下的基底压力中心荷载下的基底压力偏心荷载下的基底压力偏心荷载下的基底压力基底附加压力基底附加压力3.3 3.3 基底压力的分布与计算基底压力的分布与计算第13页/共66页一、基本概念一、基本概念 建建筑筑物物荷荷载载通通过过基基础础传传递递给给地地基基,在在基
10、基础础底底面面与与地地基基之之间间必必然然产产生生接接触触应应力力。基基底底压压力力分分布布与与基基础础的的大大小小和和刚刚度度、作作用用于于基基础础上上荷荷载载的的大大小小和和分布分布、地基土的力学性质地基土的力学性质以及以及基础的埋深基础的埋深等因素有关。等因素有关。(1 1)基底接触压力的产生)基底接触压力的产生 建筑物荷重建筑物荷重 基础基础 地基地基在地基与基础的在地基与基础的接触面接触面(持力层顶面)上产生的压力(地持力层顶面)上产生的压力(地基作用于基础底面的反力)基作用于基础底面的反力)根据圣维南原理,基础下与其底面距离大于基底尺寸的土中应力分根据圣维南原理,基础下与其底面距离
11、大于基底尺寸的土中应力分布主要取决于荷载布主要取决于荷载合力的大小合力的大小和和作用点位置作用点位置,基本上不受基底压力分布,基本上不受基底压力分布形式的影响。形式的影响。(2 2)影响基底压力的因素:)影响基底压力的因素:1 1)地基与基础的相对刚度有关;)地基与基础的相对刚度有关;2 2)基础的刚度、平面形状、尺寸大小、埋置深度有关;)基础的刚度、平面形状、尺寸大小、埋置深度有关;3 3)作用在基础上的荷载性质、大小和分布情况有关;)作用在基础上的荷载性质、大小和分布情况有关;4 4)地基土的性质有关。)地基土的性质有关。第14页/共66页(1 1)柔性基础。)柔性基础。基底压力大小、分布
12、状况与上部荷载的大小、基底压力大小、分布状况与上部荷载的大小、分布状况分布状况相同。相同。荷载荷载 反力反力变形地面变形地面二、基底压力分布二、基底压力分布基础按刚度分为:基础按刚度分为:(1 1)柔性基础(抗弯曲变形能力为)柔性基础(抗弯曲变形能力为0 0)(2 2)刚性基础(抗弯曲变形能力为)刚性基础(抗弯曲变形能力为)(3 3)有限刚性基础(弹性地基上梁板分析方法)有限刚性基础(弹性地基上梁板分析方法)第15页/共66页荷载荷载 反力反力变形地面变形地面例如:箱形基础例如:箱形基础 混凝土坝混凝土坝(2 2)刚性基础。刚性基础。基底压力大小、分布状况与上部荷载的大小、分布状基底压力大小、
13、分布状况与上部荷载的大小、分布状况况不相同。有马鞍形、抛物线形、钟形不相同。有马鞍形、抛物线形、钟形。二、基底压力分布二、基底压力分布第16页/共66页三、基底压力的简化计算三、基底压力的简化计算1、中心荷载下的基底压力、中心荷载下的基底压力P 基底平均压力,基底平均压力,kPa;F 上部结构传至基础底面的竖向力设上部结构传至基础底面的竖向力设 计值,计值,kN;G 基础与基础上部回填土的重,基础与基础上部回填土的重,kN;基础与基础上部回填土的加权平均基础与基础上部回填土的加权平均重度,重度,kN/cm3。第17页/共66页三、基底压力的简化计算三、基底压力的简化计算1、中心荷载下的基底压力
14、、中心荷载下的基底压力第18页/共66页三、基底压力的简化计算三、基底压力的简化计算2、偏心荷载下的基底压力、偏心荷载下的基底压力单向偏心荷载下单向偏心荷载下第19页/共66页(1)e(1)eL/6,L/6,应力呈梯形分布应力呈梯形分布三、基底压力的简化计算三、基底压力的简化计算2、偏心荷载下的基底压力、偏心荷载下的基底压力(2)e(2)eL/6,L/6,应力呈三角形分布应力呈三角形分布(3)e(3)eL/6,L/6,应力重新分布应力重新分布第20页/共66页例:计算基底压力分布,b=2m,l=4m。F=680kND=2mF的偏心距为1.31m解:计算偏心距e=M/(F+G)M=F1.31=8
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