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土中应力 第二章 2 1概述 强度问题 变形问题 地基中的应力状态 应力应变关系 土力学中应力符号的规定 应力状态 自重应力 附加应力 基底压力计算 建筑物修建以后 建筑物重量等外荷载在地基中引起的应力 所谓的 附加 是指在原来自重应力基础上增加的应力 建筑物修建以前 地基中由土体本身的有效重量所产生的应力 2 1 1研究土中应力的目的 y z x o 1 土力学中应力符号的规定 2 1 2土中应力状态 地基 半无限空间 莫尔圆应力分析 材料力学 土力学 正应力 剪应力 拉为正压为负 顺时针为正逆时针为负 压为正拉为负 逆时针为正顺时针为负 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 与 x y z 无关与方向无关 理论 方法 弹性力学解 求解 弹性 土体中的应力 解析方法 优点 简单 易于绘成图表等 碎散体 非线性弹塑性 成层土各向异性 p e 线弹性体 加载 卸载 2 1 3土中应力的研究方法 2 2土中自重应力 水平地基中的自重应力 假定 水平地基 半无限空间体 半无限弹性体侧限应变条件 一维问题 定义 在修建建筑物以前 地基中由土体本身的有效重量而产生的应力 目的 确定土体的初始应力状态 计算 地下水位以上用天然容重 地下水位以下用浮容重 成层地基 1 计算公式 均质地基 竖直向 水平向 竖直向 水平向 容重 地下水位以上用天然容重 地下水位以下用浮容重 2 3 1 2 分布规律 自重应力分布线的斜率是容重 自重应力在等容重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 无粘性土水下采用浮重度 粘土il 1 流塑状态 透水 粘土il 0 半干硬状态 不透水 粘土0 il 1 可塑状态 3 有地下水时土中自重应力分布 2 3基底压力及基底附加压力计算 基底压力 基础底面传递给地基表面的压力 也称基底接触压力 基底压力 附加应力 地基沉降变形 基底反力 基础结构的外荷载 上部结构的自重及各种荷载都是通过基础传到地基中的 影响因素计算方法分布规律 上部结构 基础 地基 建筑物设计 暂不考虑上部结构的影响 使问题得以简化 用荷载代替上部结构 一 影响因素 基底压力 基础条件 刚度形状大小埋深 大小方向分布 土类密度土层结构等 荷载条件 地基条件 抗弯刚度ei m 0 反证法 假设基底压力与荷载分布相同 则地基变形与柔性基础情况必然一致 分布 中间小 两端无穷大 二 基底压力分布 弹性地基 绝对刚性基础 基础抗弯刚度ei 0 m 0 基础变形能完全适应地基表面的变形 基础上下压力分布必须完全相同 若不同将会产生弯矩 条形基础 竖直均布荷载 弹性地基 完全柔性基础 弹塑性地基 有限刚度基础 荷载较小 荷载较大 砂性土地基 粘性土地基 接近弹性解 马鞍型 抛物线型 倒钟型 根据圣维南原理 基底压力的具体分布形式对地基应力计算的影响仅局限于一定深度范围 超出此范围以后 地基中附加应力的分布将与基底压力的分布关系不大 而只取决于荷载合力的大小 方向和位置 三 实用简化计算 基底压力的分布形式十分复杂 简化计算方法 假定基底压力按直线分布的材料力学方法 基础尺寸较小荷载不是很大 荷载条件 竖直中心 竖直偏心 倾斜偏心 基础形状 矩形 条形 p 单位长度上的荷载 基础形状与荷载条件的组合 p p 矩形面积中心荷载 矩形面积偏心荷载 1 中心荷载下的基底压力 f g d a b l p 室内地坪 室内地坪 室外地坪 f g d p 内墙或内柱基础 外墙或外柱基础 f 上部结构作用在基础上的竖向力标准组合g 基础及其上回填土重 一般取 地下水位以下应扣除水的浮力 取 a 基底面积 对于条形基础沿长度方向取1单位长度的截条计算 此时公式中的a改为1 f及g则为基础截条的相应值 a b l 计算地坪 e b 6 梯形 e b 6 三角形 e b 6 出现拉应力区 e e k 3k p p p 土不能承受拉应力 基底压力合力与总荷载相等 压力调整 k b 2 e 矩形面积单向偏心荷载 b e p p pv ph 倾斜偏心荷载 分解为竖直向和水平向荷载 水平荷载引起的基底水平应力视为均匀分布 条形基础竖直偏心荷载 四 基底附加压力 净压力p0 下卧层 持力层 受力层 设计地面 埋深d f g 天然地面 基础底面 d p p0 a 基底压力 基底平均附加压力 式中 p0 基底附加压力 由于建筑物的建设 基底在原自重应力基础上新增加的压应力 kpa 土中自重应力标准值 kpa 基底以上土的天然土层重度的加权平均值 地下水位以下取有效重度 d 基础埋深 从天然地面算起 m 基底附加压力 c没有考虑基底土的回弹 是近似 浅基础可以 深基础为 0 1 c 土工结构物或地基 土 强度问题变形问题渗透问题 强度特性变形特性渗透特性 土力学可以解决工程实践问题 这正是土力学存在的价值以及我们学习土力学的目的 某谷仓的地基整体破坏 马来西亚富人住宅 基础工程 基坑开挖 隧洞开挖