地基与基础(三).ppt

1、土力学与地基基础,课程建设,主讲：陈颖辉,昆明理工大学建筑工程学院土木系 施工地基教研室,本课程主要内容,第一章：土的物理性质及分类,第二章：土中应力的计算,第三章：地基的变形计算,第四章：土的抗剪强度和地基承载力,第五章：土压力和土坡稳定,绪论,第二章 土中的应力计算,21 土中的自重应力,土中应力分布 基础沉降计验算 地基的强度 关键 稳定性分析 一、土中应力 地基中的应力： （1）自重应力：由于土体自重所产生的应力。 （2）附加应力：是由于上部建筑物新增荷载或地面堆载引起的应力。 地基的变形主要是由附加应力引起的。,二、有效应力原理： 饱和土体的总应力等于有效应力和孔隙水压力之和。 ：由

2、土粒骨架承担传递的粒 间应 力，能使土粒彼此挤紧，引起土体变形和强度改变。 ：孔隙水所承受的压力，不会使土体发生体积变形，饱和土体由于孔隙中充满了水，受荷压缩是一个孔隙水和应力转换的规程。,用弹簧模型来加以说明：,地基土的变形都有一个从开始到稳定的过程，各种土变形稳定时所需要时间差异很大。 土体在压力作用下，其压缩变形随时间而增长的过程称为土的固结。,21 土中的自重应力,一、计算公式： 计算土中应力： 土体看作是水平方向和地面以下深度方向均为无限延伸的线弹性半无限体，在土体自重应力作用下，任一个铅垂面都是对称面，土中没有侧向变形和剪切变形，只产生垂直变形。,现求地面下深度为z（m）处的自重应

3、力，取单位面积的土柱作为研究对象，设土的重度为 ，则该土柱所受的重力为 ，处的自重应力为： 与 成正比例关系。,土体受力： 水平向、竖向的剪应力均为零。,若土是由若干不同重度的土组成，深度z处的自重应力 为： （2-1） 土中的自重应力是指土颗粒之间的接触点传递的应力，是有效应力，（简称自重应力）。 自重应力图：为一折线,二、地下水位及不透水层对自重应力的影响 地下水位以下的土，由于受到水的浮力作用，使土的自重减轻，计算时用 ： 所以：当地下水位有变化时，要考虑水对土中自重应力的影响； 不透水层一般为基岩或只含结合水的坚硬粘土层，因而不透水层不存在水的浮力。,故不透水层的层面及层面以下的土自重

4、应力应等于上覆土和水的总重。不透水层层面处的 ：,22 基底压力分布与简化计算,建筑物的荷载通过基础传递给地基，在基础底面处的压力称为基底压力。（常称接触压力）（作用力与反作用力作用） 基底压力 地基中附加应力以及进行基础设计。 影响基底压力的分布因素： 1、基础的形状及尺寸；,2、埋置深度； 3 基础的刚度、 ； 4、基础所受的荷载大小及分布，四周超 载情况； 5、地基土的性质； 若基础是完全柔性的，基础变形能完全适应地基表面的变形，则基底压力的分布与作用在基础上的荷载相似。 见下图,图 1 图 2 图 3 1、刚性基础，四周无超载 2、随着荷载的增大，反力图由马鞍形转为抛物线形； 3、荷载

5、增大，最后形成钟形地基接近于整体破坏。,一、中心荷载作用的基底压力 假定： 基底压力是均匀分布的。 矩形基础：均布压力P（kpa ） （2-2） F作用在基础上的竖向荷载设计值（kN）； G基础及台阶上回填土的总重力 （kN）； G=20kN/m3 D基础埋置深度(m)； A基底面积(m2) 。,二、偏心荷载作用下的基底压力 双偏心： （2-3） 单偏心： 基础长边一定在偏心方向。 （2-4） Pmax,min 基底最大、最小边缘压力（kpa ）；,M-基底中心处的力矩； W-基础底面的抵抗矩； （2-4） 当e6e）， Pmax, 0， Pmin, 0 基底压力呈梯形分布；,当e=l/6时，

6、Pmin, =0， 基底压力呈三角形分布； 当el/6时，Pmin, 0， 基底反力要重新分布； （Pmin, 0，说明基底出现拉应力，基底与地基之间是不能出现拉应力的，因而基底与地基间出现局部脱开，使基底压力重新分布。）,三、基底附加应力 一般的天然土层，在自重应力的长期作用下，变形早已完成，只有基底附加应力才能引起地基的附加应力和变形。一般基础总有一定的埋置深度，原有的自重应力因将开挖基坑而被卸除。 基底附加应力：基底压力中扣除土中原有的自重应力，才是基底附加应力。,基底附加应力； 基底处的自重应力； 基底标高以上的加权重度； D基础埋置深度（m）；多层时， （m）,23 土中附加应力,附

7、加应力计算方法：根据弹性理论推导出来的。 假定： 地基是半无限空间弹性体 地基土是均匀连续的 地基土是等向的即各向同性的，即同一点E和各个方向相等。,地基中的附加应力分布特点： 在地面以下同一深度是水平面上，各点的附加应力不相等，沿荷载线轴线上的附加应力最大，向两侧逐渐减小； 距地面愈深，应力分布范围愈广，在荷载轴线上的应力随深度变化。超过某一深度后，愈深愈小。 称应力扩散现象。,荷载情况： （1）集中荷载； （2）均布矩形荷载； （3）三角形分布荷载； （4）均布圆形荷载； （5）线荷载； （6）均布条形荷载, 1885年，布辛奈斯克提出了均质半无限弹性空间体的弹性解答。（6个应力分量和3个

8、位移分量） M点的应力：,一、竖向集中力作用下的附加应力 由 a集中荷载作用下的地基竖向附加应力系数 ； 由 ，, 当荷载的平面形状会分布不规则时，用等代荷载法求地基中任意点的附加应力。 将荷载面积分成若干个单元.每个单元上的分布荷载视为集中力，用迭代原理。,二、均布矩形荷载作用下的附加应力 （一）均布矩形荷载角点下的附加应力 取单元体研究 ac可查表确定,（二） 均布矩形荷载任意点下的附加应力 将荷载作用面积划分为几部分，每一部分都是矩形，且使要求应力之点处于划分的几个矩形的共同角点的下面，分别计算最后叠加的全部附加应力，（称角点法）。 均布矩形荷载边界上的任一点，M下的附加应力: 均布矩形

9、荷载内任一点M下的附加应力：,均布矩形荷载边界外侧M点下的附加应力：,例：今有均布荷载P=100kPa，荷载面积为 21m2，求荷载面积上角点A、边点E、中心点O，以及荷载面积外F点和G点各点下z=1m深度处的附加应力。,解： A点： E点 ：, O点： F点：,G点 ：,三、三角形分布矩形荷载作用下的附加应力 有弯矩的作用，基底反力呈梯形分布。,：角点1下的附加应力系数,四、均布圆形荷载作用下的附加应力 设圆形面积半径为r0，均布荷载p0作用在半无限体表面上，求圆形面积中心点下深度z处的竖向附加应力。,原点设在圆心O处；圆面积内取微分面积,由前面公式得 ： 均布圆形荷载中一点下的附加应力系数，可查表得出；,圆形荷载周边下的附加应力： ：均布圆形荷载周边下的附加应力系数；由 查表可得。,五、线荷载作用下的地基附加应力 在地基表面作用一竖向线荷载 ，设线荷载沿 y轴均匀分布且无限延伸，求地基中某点的附加应力。,同理可得：,六、均布条形荷载作用下的附加应力 求地基中任一