土质土力学04土中应力计算.ppt

建筑物在地面以下并将上部荷载传递至地基的构件或结构，就是建筑物的基础。基础底面至地面的竖向距离，称为基础的埋置深度。建筑物的全部荷载，都由基础下面的地层承担。受到基础荷载影响的那部分地层，称为地基。对于平面尺寸不大的基础，受到影响的地层深度，大约相当于几倍基础底面的宽度。,上部结构的自重及各种荷载都是通过基础传到地基中的。,上部结构,基础,地基,建筑物设计,4土中应力计算,4土中应力计算,地基土在建筑物荷载作用发生变性和破坏，都是由于地基中应力的结果。因此，在分析地基的变形和稳定性时，必须了解土中应力分布特征。根据应力成因，地基中的应力分为：自重应力附加应力地基应力计算时的基本假设：,均匀一致各向同性体（土层性质变化不大时）,线弹性体（应力较小时）,连续介质（宏观平均）,E、与(x,y,z)无关；与方向无关,碎散体,非线性弹塑性,成层土各向异性,4土中应力计算,4.1土中自重应力计算4.2基础底面的压力分布与计算4.3竖向集中力作用下土中应力计算4.4竖向分布荷载作用下土中应力计算4.5应力计算的其他一些问题4.6有效应力原理,1、自重应力的概念及计算公式在修建建筑物以前，地基中由土体本身有效重量引起的应力称为土的自重应力。反映了地基土的初始应力状态。假定地面水平，土为半无限弹性体，土在自重作用下不发生侧向变形，土体处于压密阶段。1）均匀土体均匀土体的垂向自重应力为：水平方向自重应力为:其中，计算点以上土的重度；z计算点至地面的垂直距离；K0侧压力系数，K0=/(1-)。,2）成层土体如果计算点深度范围内由n层土层构成，则该点处的自重应力为：其中，i第i层土的重度；Hi第i层土层的厚度。,2,3,1,2、考虑地下水位时的自重应力计算土中存在地下水时，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，地下水位应作为土层分界面。在地下水位以下，如埋藏有不透水层(如岩层或只含结合水的坚硬粘土层)，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。通常土的自重应力不会引起地基变形，因为正常固结的土在自重作用下已经固结稳定，只有新近形成的欠固结土或人工填土，在自重作用下尚未固结，这种土要考虑自重引起的地基变形。,3、自重应力分布规律自重应力分布线的斜率是重度；自重应力在等重度地基中随深度呈直线分布；自重应力在成层地基中呈折线分布；在土层分界面处和地下水位处发生转折。,均质地基,成层地基,4、自重应力计算举例例1某土层及其物理性质指标如下图所示，试计算土中的自重应力。,地下水位面,解：第一层土为细砂，地下水位面以下的细砂要受到水的浮力作用，其浮重度为：第二层粘土层的液性指数故认为粘土层受到水的浮力作用，其浮重度为：地面处：z=0，cz=z=0；地下水位面处：z=2m，cz=192=38kPa；第二层土的顶面处：z=5m，cz=192+103=68kPa；第二层土的底面处：z=9m，cz=192+103+7.14=96.4kPa。土层中的自重应力cz分布图见上图。,例2计算下图所示水下地基土中的自重应力分布。,解：水下粗砂受到浮力的作用，其浮重度为：=sat-w=19.5-9.81=9.69kN/m3粘土层因为wwP，ILE1,H,均匀,成层,E1,E2E1,3、各向异性地基,当Ex/Ez1时，应力扩散Ex相对较大，有利于应力扩散,4土中应力计算,4.1土中自重应力计算4.2基础底面的压力分布与计算4.3竖向集中力作用下土中应力计算4.4竖向分布荷载作用下土中应力计算4.5应力计算的其他一些问题4.6有效应力原理,土,孔隙水,固体颗粒骨架,+,三相体系,对所受总应力，骨架和孔隙流体如何分担？,孔隙气体,+,总应力,总应力由土骨架和孔隙流体共同承受,它们如何传递和相互转化？,它们对土的变形和强度有何影响？,受外荷载作用,Terzaghi（1923）有效应力原理固结理论,土力学成为独立的学科,孔隙流体,1、饱和土中的应力形态,PS,PSV,a,a,PS,A：,Aw：,As：,土单元的断面积,颗粒接触点的面积,孔隙水的断面积,a-a断面通过土颗粒的接触点,有效应力,a-a断面竖向力平衡：,u：孔隙水压力,2、饱和土的有效应力原理,（1）饱和土体内任一平面上受到的总应力可分为两部分和u，并且,一般地，,有效应力,总应力已知或易知,孔隙水压测定或算定,通常,孔隙水压力的作用对土颗粒间摩擦、土粒的破碎没有贡献，并且水不能承受剪应力，因而孔隙水压力对土的强度没有直接的影响；它在各个方向相等，只能使土颗粒本身受到等向压力，由于颗粒本身压缩模量很大，故土粒本身压缩变形极小。因而孔隙水压力对变形也没有直接的影响，土体不会因为受到水压力的作用而变得密实。,变形的原因颗粒间克服摩擦相对滑移