大工17春《土力学与地基基础》在线作业2

《土力学与地基基础》在线作业辅导与知识点解析（二）作为《土力学与地基基础》课程学习的重要环节，在线作业不仅是对理论知识掌握程度的检验，更是深化理解、提升应用能力的有效途径。本次针对“在线作业2”的解析，将围绕土中应力计算、地基变形（沉降）计算等核心内容展开，旨在帮助同学们梳理知识脉络，明晰解题思路，夯实专业基础。一、土中应力计算：地基分析的基石土中应力计算是土力学的基本内容之一，它为后续地基承载力、地基沉降以及挡土墙土压力等问题的分析提供了必要的应力状态依据。准确理解和计算土中应力，是进行地基基础设计的前提。（一）自重应力：土本身带来的“静荷载”自重应力是指由土体本身自重所引起的应力。其计算看似简单，实则需要注意以下几点：1.分层土的自重应力：天然地基往往由不同性质的土层组成，计算自重应力时需分层进行，各层土的重度（天然重度、饱和重度或浮重度，视地下水位情况而定）是关键参数。地下水位以下的土层，通常应采用浮重度（有效重度）进行计算，因为水的浮力会减轻土颗粒间的有效应力。2.自重应力沿深度的分布：在均质土中，自重应力随深度呈线性增加。当土层性质发生变化（如重度改变、遇到地下水位），应力分布曲线的斜率也会相应改变。绘制自重应力分布图，有助于直观理解应力的传递与叠加。（二）附加应力：建筑物荷载的“传递者”附加应力是指由建筑物荷载在地基土中产生的应力增量。它是导致地基变形和破坏的主要原因，其计算相对复杂，需重点掌握：1.竖向集中力作用下的附加应力：布辛奈斯克解是其理论基础。需理解应力泡的概念，即附加应力随深度增加而减小，且在水平方向上呈钟形分布。2.矩形面积均布荷载作用下的附加应力：这是工程中最常见的情况之一。角点法是计算此类问题的有效工具，其核心思想是利用应力叠加原理，将复杂荷载面积分解为若干个角点下的应力计算区域。掌握角点法的应用条件和计算步骤至关重要，包括如何确定影响深度、如何选取合适的应力系数表。3.线荷载、条形荷载等其他荷载形式：了解其应力分布的基本特征和简化计算方法，有助于应对不同的工程实际问题。（三）有效应力原理：连接应力与变形的桥梁太沙基有效应力原理是土力学中的核心理论之一，其意义深远：1.有效应力的概念：土中总应力由有效应力和孔隙水压力共同承担。有效应力是真正作用于土颗粒骨架上的应力，它直接控制着土的变形和强度特性。2.孔隙水压力的影响：孔隙水压力（包括静水压力和超静水压力）本身不能使土颗粒产生相对位移。超静水压力的消散过程，即土的固结过程，直接关系到地基的沉降速率。3.原理的工程应用：有效应力原理是理解地基固结沉降、土的抗剪强度变化以及渗透破坏等现象的理论基石。在地基处理、基坑工程等领域有着广泛的应用。二、地基沉降计算：预估地基变形的“度量衡”地基沉降是指地基在建筑物荷载作用下，土层被压缩而产生的竖直方向的位移。过大的沉降或不均匀沉降会影响建筑物的正常使用甚至安全，因此准确计算地基沉降是地基基础设计的重要内容。（一）地基沉降的基本概念与组成地基沉降通常包括瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降三部分。在大多数工程中，固结沉降是主要组成部分，尤其是对于饱和粘性土地基。1.瞬时沉降：加荷后立即发生的沉降，主要与土的剪切变形有关，对于饱和粘性土，由于孔隙水来不及排出，瞬时沉降可近似认为是弹性沉降。2.固结沉降：在荷载作用下，土中孔隙水逐渐排出，孔隙体积减小而引起的沉降。这一过程持续时间较长，是粘性土地基沉降的主要部分。3.次固结沉降：在孔隙水压力基本消散后，由于土颗粒骨架的蠕变特性，土体会继续产生缓慢的沉降。对于有机质土或高塑性粘土，次固结沉降可能占较大比例。（二）分层总和法计算地基最终沉降量分层总和法是目前工程中应用最为广泛的沉降计算方法之一。其基本思路是将地基土层划分为若干薄层，分别计算各薄层的压缩量，然后求和得到总的沉降量。1.基本假定：通常假定地基土在侧限条件下发生压缩（即只产生竖向变形，无侧向膨胀），并采用基础底面中心点下的附加应力分布进行计算。2.计算步骤：*划分计算土层：将基底以下至压缩层下限（附加应力与自重应力之比达到某一限值，如0.1或0.2）的土层划分为若干分层。*计算各分层的自重应力和附加应力：自重应力取各分层中点处的值，附加应力同样取各分层中点处的值。*确定各分层土的压缩指标：根据室内压缩试验得到的e-p曲线或e-logp曲线，确定各分层土在自重应力至自重应力与附加应力之和段的压缩模量Es或压缩系数a。*计算各分层的压缩量：利用侧限压缩公式计算每一分层的压缩量。*总和各分层压缩量：得到地基最终沉降量。3.注意事项：分层厚度的选取、压缩层深度的确定以及压缩指标的合理选用，都会对计算结果产生影响，需要结合工程经验和规范要求进行。（三）规范法沉降计算简介为了弥补分层总和法在某些方面的不足（如未考虑地基的侧向变形影响等），现行《建筑地基基础设计规范》（GB____）推荐采用基于分层总和法的修正公式，即规范法。规范法引入了沉降计算经验系数ψs，该系数是根据大量工程实测沉降资料与理论计算值对比分析得到的，用于修正理论计算结果与实际沉降之间的差异，使计算结果更接近实际。三、总结与学习建议本次在线作业2所涉及的土中应力计算和地基沉降计算，是土力学与地基基础课程的重点和难点。学习时，应注重理解基本概念（如有效应力、孔隙水压力、固结等），掌握基本原理和计算方法，并能结合工程实例进行分析。*勤做练习：通过典型例题和习题的练习，加深对公式应用和计算步骤的理解。*重视图表应用：学会查用各种应力系数表、压缩系数表等，这是快速准确解题的基础。*联系工程实际：思考所学知识在工程实践中的应用，如不同地质条件