工民建地基稳定性分析.ppt

第十一讲 工民建地基稳定性分析 n地基中的应力分布 n地基变形及沉降 n土体强度理论及地基承载力 n地基处理措施 7.1 地基中的应力分布 n地基:是指由于建筑物荷载引起的应力变化的某 一范围内的岩土体. 分持力层(直接与基础接触的岩土体)和下卧层(持力层 以下的地基层) 地基层可分为:天然地基及人工地基 n基础:建筑物在地面以下的部分. 地基 上部结构 B D 基础 7.1 地基中的应力分布 应力:土中单位面积上所承受的力.Kpa、MPa 天然应力:建筑物修建前存在于土体中的应力 。 主要有：自重应力、渗透压力、构造应力 。 附加应力:由于建筑物的修建而使地基土体增加 的应力。 一、自重应力 1.定义：自重应力是指土体自重引起的应力。 2.计算方法 将地基土体作为半无限空间体。 则其内部任一点与地面平行或垂直 的平面上，仅作用垂直应力和水平 应力。 二、基底压力 1.定义 基底压力是指建筑物基础与地基接触面上的法向 压力。或叫接触压力。 2.作用：主要用于计算地基中的附加应力。 3.影响因素：基础的形状、尺寸和埋深、基础所受的荷载 、地基土与基础本身的相对刚度、地基土的性质。 4.基底压力的计算方法 （1）中心荷载作用下的基底压力 中心荷载是指作用于基础的 中心线上的荷载。 如塔体、桥墩等等。 P Pv B P 矩形基础 条形基础 一般取1米长进行计算，A=B*1 （2）偏心荷载作用下的基底压力 偏心荷载：是指荷载作用线 偏离中心线，作 用于中心线以外 的某一部位上。 特点： 1）基底压力为梯形或三角形分布； 2）偏心距越大，P分布越不均匀. Pv B e n小结： 基底压力的分布主要有两种基本形式： （1）均匀分布 （2）三角形分布 梯形分布可分解为均匀分布和三角形分布的叠加。 如水库大坝的重量引起的基底压力如图： 为梯形分布。 可分解为一个均匀分布压 力和两个三角形分布压力 大坝 P 三、地基中的附加应力 n附加应力的计算基础：弹性力学方法 n计算假定： 地基土体为连续、均质、各向同性的线弹性体。 1.矩形均布铅直荷载下的附加应力 如右图。 （1）中心点下的Z (2)矩形均布荷载角点下任意深度的Z 矩形分布荷载中点下的Z，也可采用求角点下应力的 方法求得。步骤： 1）通过矩形中点将矩形面积分成4个相等的小矩形 ； 2）求出任一小矩形的角点的附加应力； 3）乘以4后得到大矩形中点的应力。 非角点下地基中的应力，可用叠加原理求得。 步骤如下： 1）通过计算点作平行于矩形面各边的辅助线，将荷载 面划分为几个矩形，使计算点成为几个矩形的公共角点 ； 2）分别求得各矩形荷载在此公共角点下的附加应力； 3）叠加所求得的应力，即可得到所求的附加应力。 2.条形均布铅直荷载下的附加应力 （1）概念 条形基础：长宽比大于10时的矩形基础。 条形荷载：荷载面长度L大于宽度B5倍以上。 此时，可以认为条形荷载沿长度方向不变， 地基附加应力的计算属于平面问题。 （2）计算 取单位长度进行计算，地基内内任一点M（ Z ，x ,xz)的应力为 x z B Z M(x,z) X p0 Z的分布特征： 1）x为定值时 在基础范围内（B内）， Z 在表面最大，然后随z增大减小； 在基础范围外（如2B）， Z在 表面为0，然后随z增大而增大，至某一深度后又逐渐减小。越向外， Z越 小越均匀。 2）z为定值时 在同一深度上， Z的在中部最大，向两侧逐渐减小，呈对称分布； 深度越大， Zmax的越小，中部Z的越均匀，向两侧延伸越远，影响范 围越大具有应力扩散现象； 2B 2B 4B6B 4B 6B 2B P Z的分布特征： 3）从Z的等值线可以看出： Z的在基础底部最大， 向四周逐渐减小分布特征分布 特征； 低应力范围大，高应力范 围小。等值线如同灯泡，叫压力泡； 基础以下超过6B深度和2B宽度范围以外，地基中附 加应力微小，在工程实际中可以不再考虑其对地基沉降 的影响。 3.附加应力分布的影响因素 （1）土层结构 1）单层结构：可近似地看作均质、连续各向同性体。计算所得的附 加应力与实际较接近； 2）多层结构：不能视为均质、连续各向同性体。计算结果与实际不 太符，即土层结构对 Z分布有影响。如双层结构： 上软下硬：由于上层易压缩，而下层相对不易变形，因而在界面上易产 生摩阻力，阻止上层侧向变形，从而使上层土体中附加应力集中（增大 ），即产生应力集中现象； 上硬下软：由于上层不易变形，起类似于基础作用，使界面上的摩阻力 减小，甚至为0。使上层土体中的附加应力比单一结构土层小，即将应力 扩散至教大的面积上，这种现象也是一种应力扩散现象。 （2）土的变形模量：变形模量随深度增大时，地基荷载轴线上的 Z比单一结构土层时增大，产生应力集中；相反产生应力扩散； （3）土层的各向异性：使土层的垂直变形模量与水平变形模量不同 ，从而引起应力分布的方向差异性（水平面上产生剪应力）。 四、有效应力原理 1. 概念 孔隙压力（u）：是指在外力作用下，三相介质中由 水和空气承担的一部分压力。其各向等压，只能压缩