建筑工程施工地基基础之地应力介绍ppt

第四章地基中的应力力福建工程学院院土木工程系系2012年2月1本章提要1土的自重应力力2基底压力3地基附加应力力4第四章地基中的应力力2第四章地基中的应力力本章提要3第四章地基中的应力力本章提要结构荷载地基基础产生变形、沉沉降等原有应力状态态发生变化土体中应力状状态发生变化引起地基土的的变形，导致致建筑物的沉沉降，倾斜或或水平位移。。当应力超过地地基土的强度度时，地基就就会因丧失稳稳定性而破坏坏，造成建筑筑物倒塌。严重4第四章地基中的应力力本章提要地基中的应力力按产生的原原因不同可分分为两种:2、附加应力力：土体在外荷载载（包括建筑物物荷载、交通通荷载）地下下水渗流、地地震等作用下下在地基内附加加产生的应力力增量。1、自重应力力：由土体自身有有效自重在地地基内所产生生的应力。2、附加应力力：土体在外荷载载（包括建筑物物荷载、交通通荷载）地下下水渗流、地地震等作用下下在地基内附加加产生的应力力增量。1、自重应力力：由土体自身有有效自重在地地基内所产生生的应力。5第四章地基中的应力力本章提要自重应力、附加应力：二者产生原因不同，所以计算方法不同，分布规律及对对工程的影响响也不同。土体在自重作用下，在漫长的地质历史时期，已经压缩稳定，因此，土的自重应力不再引起土的变形。但对于新沉积土层或近期人工填土应考虑自重应力引起的变形。附加应力是地基中新增加的应力，它是引起土体变形或地基变形的主要原因。678910111213第四章地基中的应力力本章提要研究土体或地地基的应力和和变形，必须须从土的应力力与应变的基基本关系出发发。土是由三相组组成的非连续续介质，天然然地基往往是是由成层土所所组成的非均均质或各向异异性体，土的的应力应变关关系具有非线性、非弹性的特征。为简化计算，，把地基土视视为均匀的、各向同性的半半无限空间弹弹性体，应用弹性力学公式来求解土土中应力。研究方法：14第四章地基中的应力力§4-1自重应力天然地面11zzσcz

σcz=

z

一、均质土中的自自重应力假设地基为均均质连续的半半无限空间体体，土体在自自重应力作用用下只产生竖竖向变形，而而无侧向位移移和剪切变形形。沿水平面均匀匀分布

与Z成正比随深度成线性性增加地下水位以下下采用浮重度度15第四章地基中的应力力§4-1自重应力静止侧压力系系数水平向自重应应力可实验测得也也可采用经验验值16第四章地基中的应力力§4-1自重应力二、成层土中的自自重应力说明：1.如地下水水位位于同一一土层中，地地下水位也应应作为分层的的界面。地下水位以上上土层采用天天然重度，地地下水位以下下土层采用浮浮重度。2.非均质成层土土中自重应力力沿深度呈折折线分布。天然地面h1h2h33

2

1

水位面1h11h1+2h21h1+2h2+3h312317天然地面h1h2h33、321水位面1h11h1+2h21h1+2h2+3h3h44、421341h1+

2h2+3h3

+4h4上：下：1h1+

2h2+3h3

+4h4+

w（h3+h4）在地地下下水水位位以以下下如如埋埋藏藏有有不不透透水水层层（（例例如如完完整整的的岩岩层层或或坚坚硬硬粘粘土土层层等等）），，由由于于不不透透水水层层中中不不存存在在水水的的浮浮力力，，所所以以不不透透水水层层顶顶面面及及层层面面以以下下的的自自重重应应力力应应按按上上覆覆土土层层的的水水土土总总重重计计算算。。不透透水水层层18【例例2】一地地基基由由多多层层土土组组成成，，地地质质剖剖面面如如下下图图所所示示，，试试计计算算并并绘绘制制自自重重应应力力σcz沿深深度度的的分分布布图图【例例1】见教教材材19三、地下下水水位位升升降降对对土土中中自自重重应应力力的的影影响响地下下水位位下下降降，自重重应应力力增增加加：例例如如大大量量长长期期抽抽取取地地下下水水，，导导致致地地下下水水位位长长期期大大幅幅度度下下降降，，自自重重应应力力增增加加，，从从而而会会引引起起地地面面大大面面积积沉沉降降。。地下下水位位上上升升，自重重应应力力减减少少：如如在在大大坝坝蓄蓄水水或或工工业业废废水水大大量量渗渗入入地地下下的的地地区区，，水水位位上上升升会会引引起起地地基基承承载载力力减减小小、、湿湿陷陷性性土土的的塌塌陷陷现现象象等等。。第四章地基基中中的的应应力力§4-1自重重应应力力20第四章地基基中中的的应应力力§4-2基底底压压力力结构构荷荷载载地基基基础础基础础底底面面与与地地基基产产生生接接触触应应力力既是是基基础础作作用用于于地地基基表表面面的的基基底底压压力力，，又又是是地地基基反反作作用用于于基基础础底底面面的的基基底底反反力力。。基底底压压力力的的大大小小和和分分布布状状况况，，对对地地基基内内部部的的附附加加应应力力有有着着直直接接的的影影响响。。基底底压压力力与与荷荷载载的的大大小小和和分分布布、、基基础础的的刚刚度度、、基基础础的的埋埋置置深深度度以以及及地地基基土土的的性性质质等等多多种种因因素素有有关关。。F21第四章地基基中中的的应应力力§4-2基底底压压力力基底底压压力力一一般般呈呈非非线线性性分分布布。。柱下下单单独独基基础础、、墙墙下下条条形形基基础础等等刚刚性性基基础础，，基基底底压压力力呈呈马马鞍鞍形形分分布布。。根据据弹弹性性理理论论中中圣圣维维南南原原理理，，在在基基础础底底面面下下一一定定深深度度所所引引起起的的地地基基附附加加应应力力与与基基底底荷荷载载分分布布形形态态无无关关，，只只与与其其合合力力的的大大小小与与作作用用点点位位置置有有关关。。在工工程程实实用用中中，，对对于于具具有有一一定定刚刚度度以以及及尺尺寸寸较较小小的的柱柱下下单单独独基基础础、、墙墙下下条条形形基基础础等等扩扩展展基基础础，，其其基基底底压压力力当当作作近近似似直直线线分分布布，，按按材材料料力力学学公公式式进进行行简简化化计计算算。。22第四章地基基中中的的应应力力§4-2基底底压压力力一、基底底压压力力的的简简化化计计算算1、、中中心心荷荷载载作作用用下下的的基基底底压压力力若是是条条形形基基础础，，F,G取单单位位长长度度基基底底面面积积计计算算（（长长度度方方向向取取1m长长））G=GAd取室室内内外外平平均均埋埋深深计计算算G一般般取取20kN/m3，，地下下水水位位以以下下取取10kN/m3。。G-基基础础自自重重及及其其上上回回填填土土重重力力的的总总和和23第四章地基基中中的的应应力力§4-2基底底压压力力一、基底底压压力力的的简简化化计计算算2、、偏偏心心荷荷载载作作用用下下的的基基底底压压力力F+G

eelbpmaxpmin作用用于于基基础础底底面面形形心心上上的的力力矩矩M=(F+G)∙∙e基础础底底面面的的抵抵抗抗矩矩；矩形形截截面面W=bl2/6★偏偏心心方方向向长长度度为为l24第四章地基基中中的的应应力力§4-2基底底压压力力一、基底底压压力力的的简简化化计计算算2、偏心荷荷载作用下下的基底压压力当e<l/6时，pmax，pmin>0，基底压力呈呈梯形分布布当e=l/6时，pmax>0，pmin=0，基底压力呈呈三角形分分布当e>l/6时，pmax>0，pmin<0，基底出现拉拉应力，基基底压力重重分布pmaxpmine<l/6pmaxpmin=0e=l/6e>l/6pmaxpmin<0pmaxpmin=0基底压力重分布25偏心荷载作作用在基底底压力分布布图形的形形心上基底压力重重分布第四章地基中的应应力§4-2基底压力一、基底压力的的简化计算算2、偏心荷荷载作用下下的基底压压力26第四章地基中的应应力§4-2基底压力二、基底附加压压力基底附加压压力：作用于地基基表面，由由于建造建建筑物而新增加的压力称为为基底附加加压力，即即导致地基基中产生附附加应力的的那部分基基底压力。FFd实际情况基底附加压压力在数值值上等于基基底压力扣扣除基底标标高处原有有土体的自自重应力27dpp00g-=基底压力呈呈梯形分布布时，基底底附加压力力：基底附加压压力自重应力第四章地基中的应应力§4-2基底压力二、基底附加压压力基底标高以以上天然土层的加权平均均重度28一、竖向集中荷荷载作用下下的地基附加应力1885年年法国学者者布辛涅斯斯克解M(x,y,z)PoyxzxyzrRM(x,y,0)q附加应力系系数第四章地基中的应应力§4-3附加应力29集中力作用用下附加应力分分布规律距离地面越越深，附加加应力的分分布范围越越广在集中力作作用线上的的附加应力力最大，向向两侧逐渐渐减小同一竖向线线上的附加加应力随深深度而变化化在集中力作作用线上，，当z＝0时，σz→∞，随着深度增增加，σz逐渐减小竖向集中力力作用引起起的附加应应力向深部部向四周无无限传播，，在传播过过程中，应应力强度不不断降低一、竖向集中荷荷载作用下下的地基附加应力第四章地基中的应应力§4-3附加应力30一、竖向集中荷荷载作用下下的地基附加应力第四章地基中的应应力§4-3附加应力叠加原理由几个外力力共同作用用时所引起起的某一参参数（内力力、应力或或位移），，等于每个个外力单独独作用时所所引起的该该参数值的的代数和。PazPbab两个集中力力作用下σz的叠加31二、矩形荷载作作用时的地基附加应力第四章地基中的应应力§4-3附加应力dp布辛涅斯克克解积分矩形基础角角点下的竖竖向附加应应力系数矩

形均均

布荷荷

载32角点法计算算地基附加加应力zMoIVIIIIIIoIIIIIIIVp算点在基底底内部二、矩形荷载作作用时的地基附加应力第四章地基中的应应力§4-3附加应力33IIIooIIIIoIVoII计算点在基基底边缘计算点在基基底边缘外外二、矩形荷载作作用时的地基附加应力第四章地基中的应应力§4-3附加应力34计算点在基基底角点外外IooIIIIIIV二、矩形荷载作作用时的地基附加应力第四章地基中的应应力§4-3附加应力力35二、矩形荷载载作用时时的地基附加应力力第四章地基中的的应力§4-3附加应力力【例3】】见教材材4-336三、条形荷载载作用时时的地基附加应力力第四章地基中的的应力§4-3附加应力力基础底面长宽比l/b→∞条形基础础基础底面长宽比l/b≥10理想情况况实际情况况pxzMxzb/2b/2条形均布布荷载情情况Ksz为条形基底竖向附加应力系数,为m,n的函数，其中m=x/b，n=z/b，可查表得到。37均布条形形荷载作作用下附加应力力分布规规律（1）在在荷载分分布范围围内之下下任意点点沿垂线线的附加加应力值值，随深度愈向向下愈小小。（2）基基础底面面下任意意深度的的水平面上的附加加应力值值，在基基底中心点下下的轴线线处最大大，随着距离中轴轴线愈远远而愈小小。（3）地地基附加加应力具具有扩散性。附加应应力不仅仅发生在在荷载面面积之下下，而且且分布在荷荷载面积积以外相相当大的的范围之之下。三、条形荷载载作用时时的地基附加应力力第四章地基中的的应力§4-3附加应力力38第四章地基中的的应力§4-3附加应力力四、非均质和和各向异异性地基基中的附附加应力力实际地基基并非均均质、各各向同性性。有的的是由不不同压缩性性土层组成的成成层地基基，有的的是同一一土层的的变形模量量随深度度增加而而增大等等。由由于地基基的非均均质性和和各向异异性，就就会造成成竖向附附加应力力产生应力集中中或应力扩散散的现象。。39第四章地基中的的应力§4-3附加应力力1、天然然形成的的双层地地基：有两种可可能的情情况：一种是岩层上覆覆盖着较较薄的可可压缩土土层，荷载作用用下将发生应力力集中现象；另一种则则是上层坚硬硬、下层层软弱的双层地地基，将将发生应力力扩散现象。四、非均质和和各向异异性地基基中的附附加应力力402、在地地基中，，土的变形模量量常随地地基深度度的增大大而增大大，这种现现象在砂砂土中尤尤为显著著。通过过试验和和理论证证实，与与均质地地基相比比较，沿沿荷载中中心线，，附加应力力将发生生应力集集中现象。3、天然然沉积形形成的水水平薄交交互层地地基，水平向变变形模量量大于竖向变形形模量时，附加加应力发发生应力扩散散现象；水水平变形形模量小于竖向变形形模量，，附加应应力发生生应力集中中现象。四、非均质和和各向异异性地基基中的附附加应力力第四章地基中的的应力§4-3附加应力力41第四章地基中的的应力§4-3附加应力力【例4】】某条形基础，如下图图所示。。基础上上作用偏心荷载F=400kN/m，M=20kN•m，试求基础础中点下下2m的附加应应力。2mFM0

＝18.5kN/m30.1m1.5m42第四章地基中的的应力§4-3附加应力力分