《土中应力计算》PPT课件

土中的应力计算,第二章,2土中的应力计算,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,应力状态及应力应变关系,自重应力,附加应力,基底压力计算,有效应力原理,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压力。,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土中的应力计算,2.1应力状态及应力应变关系,2.2土中自重应力,2.3基础底面压力及其简化计算,2.4竖向荷载作用下地基附加应力计算,2.6有效应力原理,2.5水平荷载作用下地基附加应力计算,y,z,x,o,一.土力学中应力符号的规定,2土中的应力计算,2.1应力状态及应力应变关系,=,地基：半无限空间,一.土力学中应力符号的规定,2土中的应力计算,2.1应力状态及应力应变关系,摩尔圆应力分析,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,二.地基中常见的应力状态,2土中的应力计算,2.1应力状态及应力应变关系,1.一般应力状态三维问题,=,2.轴对称三维问题,应变条件,应力条件,独立变量：,二.地基中常见的应力状态,2土中的应力计算,2.1应力状态及应力应变关系,=,=,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,2.1应力状态及应力应变关系,2土中的应力计算,3.平面应变条件二维问题,垂直于y轴切出的任意断面的几何形状均相同，其地基内的应力状态也相同；沿长度方向有足够长度，L/B10；平面应变条件下，土体在x,z平面内可以变形，但在y方向没有变形。,二.地基中常见的应力状态,3.平面应变条件二维问题,应变条件,应力条件,独立变量,二.地基中常见的应力状态,2土中的应力计算,2.1应力状态及应力应变关系,=,=,0,0,0,0,0,0,0,0,0,4.侧限应力状态一维问题,水平地基半无限空间体；半无限弹性地基内的自重应力只与Z有关；土质点或土单元不可能有侧向位移侧限应变条件；任何竖直面都是对称面,应变条件,A,B,2土中的应力计算,2.1应力状态及应力应变关系,二.地基中常见的应力状态,应变条件,应力条件,独立变量,4.侧限应力状态一维问题,2土中的应力计算,2.1应力状态及应力应变关系,二.地基中常见的应力状态,=,=,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,K0：侧压力系数,三.土的应力-应变关系的假定,2土中的应力计算,2.1应力状态及应力应变关系,1、室内测定方法及一般规律,2、应力计算时的基本假定,特殊应力状态,一维问题,侧限压缩试验,轴对称问题,常规三轴试验,三.土的应力-应变关系的假定,2土中的应力计算,2.1应力状态及应力应变关系,1、室内测定方法及一般规律,(1)常规三轴试验,压力室,压力水,排水管,阀门,轴向加压杆,有机玻璃罩,橡皮膜,透水石,顶帽,施加围压，排水阀门始终打开，充分固结施加(1-)时，排水阀门始终打开，速度慢足以使孔压消散,a)固结排水试验,测定：轴向应变轴向应力体积应变,三.土的应力-应变关系的假定,2土中的应力计算,2.1应力状态及应力应变关系,1、室内测定方法及一般规律,(1)常规三轴试验,a)固结排水试验,v,应力应变关系以某种粘土为例,与围压有关非线性剪胀性,三.土的应力-应变关系的假定,2土中的应力计算,2.1应力状态及应力应变关系,1、室内测定方法及一般规律,(1)常规三轴试验,a)固结排水试验,应力应变关系以某种粘土为例,变形模量：,弹性模量,泊松比：,弹塑性,三.土的应力-应变关系的假定,2土中的应力计算,2.1应力状态及应力应变关系,1、室内测定方法及一般规律,(1)常规三轴试验,b)固结不排水试验,施加围压充分固结施加(1-)时，阀门关闭，可连接孔压传感器，量测剪切过程中产生的超静孔隙水压力u,量测孔隙水压力,测定：轴向应变轴向应力孔隙水压力,三.土的应力-应变关系的假定,2土中的应力计算,2.1应力状态及应力应变关系,1、室内测定方法及一般规律,(1)常规三轴试验,a)固结不排水试验,应力应变关系以某种粘土为例,u,三.土的应力-应变关系的假定,2土中的应力计算,2.1应力状态及应力应变关系,1、室内测定方法及一般规律,(2)侧限压缩试验,水槽,内环,环刀,透水石,试样,传压板,百分表,施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载,测定：轴向应力轴向变形,试验结果：,三.土的应力-应变关系的假定,2土中的应力计算,2.1应力状态及应力应变关系,1、室内测定方法及一般规律,(2)侧限压缩试验,应力应变关系以某种粘土为例,非线性弹塑性,侧限变形模量：,三.土的应力-应变关系的假定,2土中的应力计算,2.1应力状态及应力应变关系,1、室内测定方法及一般规律,侧限压缩试验,常规三轴试验,常规三轴试验与侧限压缩试验应力应变关系曲线的比较,由虎克定律:,侧限条件下:,则:,E0，pmin=0，基底压力呈三角形分布,当eb/6时，pmax0，pminE1,H,均匀,成层,E1,E2E1,2.4竖向荷载作用下地基附加应力计算,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,2土中的应力计算,十.影响土中应力分布的因素,2.4竖向荷载作用下地基附加应力计算,2土中的应力计算,2.1应力状态及应力应变关系,2.2土中自重应力,2.3基础底面压力及其简化计算,2.4竖向荷载作用下地基附加应力计算,2.6有效应力原理,2.5水平荷载作用下地基附加应力计算自学,2.6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？,2土中的应力计算,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,建立a-a面的竖向力平衡方程,2土中的应力计算,2.6有效应力原理,一.有效应力原理的基本概念,a-a断面通过土颗粒的接触点,u：孔隙水压力,有效应力,2.6有效应力原理,2土中的应力计算,一.有效应力原理的基本概念,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,（2）土的变形与强度都只取决于有效应力,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、滚动与有关；接触点处应力过大而破碎与有关。,试想：海底与土粒间的接触压力哪一种情况下大？,1m,z=u=0.01MPa,104m,z=u=100MPa,强度的成因凝聚力和摩擦与有关,2.6有效应力原理,2土中的应力计算,一.有效应力原理的基本概念,2.饱和土的有效应力原理,（2）,（1）,土的变形与强度都只取决于有效应力,自重应力情况（侧限应变条件）,二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算,2.6有效应力原理,2土中的应力计算,(1)地下水位变化,(2)海洋土,(3)毛细饱和区,1.自重应力情况,二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算,2.6有效应力原理,2土中的应力计算,（1）地下水位变化,地下水位下降引起增大的部分,=-u,u=wH2,u=wH2,=-u=H1+satH2-wH2=H1+(sat-w)H2=H1+H2,地下水位下降会引起增大，土会产生压缩，这是城市抽水引起地面沉降的一个主要原因。,1.自重应力情况,（2）海洋土,2.6有效应力原理,2土中的应力计算,二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算,=-u=wH1+satH2-wH=satH2-w(H-H1)=(sat-w)H2=H2,2土中的应力计算,2.6有效应力原理,二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算,(3)毛细饱和区,若已知土中毛细水的上升高度为hc，由于毛细水上升时水压力u为负值，所以毛细水弯液面底面的水压力为毛细水上升区，由于表面张力的作用使孔隙水压力为负值，这就使土的有效应力增加，地下水位以下，由于水对土颗粒的浮力作用，使