土力学第四章土体中应力计算
土力学-第四章土中应力

γ1 h1 + γ 2h2 + γ′3h3 + γ′4h4 + γw(h3+h4)
天津城市建设学院土木系岩土教研室
4.2.2
成层土中自重应力
土力学
【例】一地基由多层土组成,地质剖面如下图所示,试计算 一地基由多层土组成,地质剖面如下图所示, 并绘制自重应力σcz沿深度的分布图
天津城市建设学院土木系岩土教研室
天津城市建设学院土木系岩土教研室
4.2.4
土质堤坝自身的自重应力
土力学
为了实用方便,不论是均质的或非均质的土质堤坝, 为了实用方便,不论是均质的或非均质的土质堤坝,其自身任 意点的自重应力均假定等于单位面积上该计算点以上土柱的有 意点的自重应力均假定等于单位面积上该计算点以上土柱的有 效重度与土柱高度的乘积。 效重度与土柱高度的乘积。
土体在自身重力、建筑物荷载、交通荷载或其他因素( 土体在自身重力、建筑物荷载、交通荷载或其他因素(渗 地震等)的作用力下,均可产生土中应力。 流、地震等)的作用力下,均可产生土中应力。土中应力过大 会导致土体的强度破坏, 时,会导致土体的强度破坏,使土工建筑物发生土坡失稳或使 建筑物地基的承载力不足而发生失稳。 建筑物地基的承载力不足而发生失稳。 土中应力的分布规律和计算方法是土力学的基本内容之一 自重 应力
p0 = p − σ ch = p − γ m h
在沉降计算中,考虑基坑回弱和再压缩而增加沉降,改取p =p-(0~1)σ 在沉降计算中,考虑基坑回弱和再压缩而增加沉降,改取p0=p-(0~1)σch, 此式应保证坑底土质不发生泡水膨胀。 此式应保证坑底土质不发生泡水膨胀。
式中: 基底平均压力, Pa; σch—基底处土中自重应力,kPa; 基底处土中自重应力, 式中:p—基底平均压力,kPa; 基底平均压力 基底处土中自重应力 kPa; γm—基底标高以上天然土层的加权平均重度,水位以下的取浮重度,kN/m3; 基底标高以上天然土层的加权平均重度, 基底标高以上天然土层的加权平均重度 水位以下的取浮重度, h—从天然地面算起的基础埋深,m,h=h1+h2+…… 从天然地面算起的基础埋深, 从天然地面算起的基础埋深
土力学-土中应力计算

(1)地下水位下降情况
水位未降前 scz前=′z
水位下降后
scz后 = z
scz后 scz前
因scz后 scz前 土中有效应力增加
地面沉降
原地下水位 1
变动后地下水位 1′
原自重应力分布曲线
1′
变动后地下水位
1
原地下水位
地下水位变动后的 自重应力分布曲线
2′
2
z
2
2′
z
(2)地下水位上升
地基土和基础的刚度;荷载;基础埋深;地基土性质
基底压力是地基和 基础在上部荷载作 用下相互作用的结 果,受荷载条件、 基础条件和地基条 件的影响
暂不考虑上部结构的影 响,用荷载代替上部结 构,使问题得以简化
•大小
荷载条件: •方向
•分布
基础条件:
• 刚度 • 形状 • 大小 • 埋深
• 土类
地基条件: • 密度
二.水平向自重应力计算
s cx s cy K0s cz
z
K0——侧压力系数
t 0
scz scy
W
scx
F=1
无侧向变形(有侧限)条件下:
scz scx
εx εy 0
σx σy
scy
根据弹性力学中广义虎克定律:
εx
1 E
σx
υ
σy
σz
ch s cx s cy K0s cz
K0
• 土层结构等
1.基础的刚度的影响
柔性基础(EI=0)
Eg.土坝(堤)、路基、油罐等薄板基础、机场跑道。
沉降各处不同, 中央大边缘小
变形地面
反力
基底压力分布与 作用的荷载的分
布完全相同
4 土力学(stress)土中应力

桥台前后填土引起的基底附加应力计算
椎体也是填土
4-13 竖向附加应力系数 竖向附加应力系数 (p 94 表4-1)
p02 2 2 H 2
p01 1 1H1
Valentin Joseph Boussinesq (1842-1929) 法国著名物理家和数学家,对数学物理、流体力学和 固体力学都有贡献。
基底 压力 合力 与总 荷载 相等
pmin 0
p max
p max
p max
2P 2P 3KL 3(B 2 e ' )L
e<B/6: 梯形
e=B/6: 三角形
e’>B/6: 出现拉应力区
1)竖向静力平衡
F + G = 基底压力的反力合力Fa
F B Ke x L
K=B/2-e
2)基底压力重新调整后
3K y p min 0
e’ Fa
2(F G) 2(F G) 3KL 3(B 2 e ' )L
p max
注意:
偏心荷载作用下(e>l/6)时,偏心距e’的确定: 错误:e = 力作用点距离中心线的距离 正确:由于e>l/6,因此基底压力重新分布,e’ = M/(F+G)
§4 土中应力
第一节
概述
土中的应力主要包括:土体本身的重量产生的自 重应力;建筑物荷载引起的附加应力;土中渗透 水流引起的渗透应力。本章将只介绍自重应力和 附加应力。
计算地基应力时,一般将地基看作是一个具有水 平界面,深度和广度都无限大的空间弹性体。
§4 土中应力
土中应力符号的规定
zx
土力学1-第4章

• 水平地基中的 自重应力
• 土石坝的自重 应力(自学)
§4.2 土中自重应力
土体的自重应力
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
假定:水平地基 半无限空间体 半无限弹性体 有侧限应变条件 一维问题
计算: 地下水位以上用天然容重 地下水位以下用浮容重
§4.3 基底压力
基底压力的 分布形式十
分复杂
基底压力的简化计算
圣维南原理:
基底压力分布的影响仅限于一定深 度范围,之外的地基附加应力只取 决于荷载合力的大小、方向和位置
简化计算方法: 假定基底压力按直线分布的材料力学方法
§4.3 基底压力
基础形状与荷载条件的组合
竖直中心
竖直偏心
矩
F
形
L
B
pP A
不同将会产生弯矩
条形基础,竖直均布荷载
弹性地基,绝对刚性基础
抗弯刚度EI=∞ → M≠0 基础只能保持平面下沉不能弯曲 分布: 中间小, 两端无穷大
§4.3 基底压力
基底压力的分布
弹塑性地基,有限刚度基础
— 荷载较小 — 荷载较大 — 荷载很大
砂性土地基
粘性土地基
接近弹性解 马鞍型 倒钟型
地面
1 h1
2 h2 地下水 z
2 h3 cy
cz cx
原水位
1h1
cz
2h2
2h3
z
水位下降
讨论题
1、地下水位的升降是否会引起土中自重应力的变化?
地面
1 h1
2 h2 原水位 z
3 h3 cy
cz cx
地下水
1h1
4土中应力(自重-地基附加应力)

水对土体有浮力作用,则下部 分柱体取有效重度,即
cz ( w ) z ' z
当地下水位下降,地基中有效自重应力增加,从而引起地面
大面积沉降的严重后果
当地下水位上升时,水位上升引起地基承载力的减小,湿陷
性土的陷塌
原地下水位
1’
1 1
1’
原地下水位
2’
2
2
2’
4.不透水层的影响
四、公式的应用
1.均质地基土的自重应力stress in homogeneous soil
cz Z
2.成层地基土的自重应力
当地基为成层土体时,设各土层 的厚度为hi,重度为i,则在深度z处 土的自重应力计算公式为:
式中n为从天然地面到深度z处的 土层数。
3.地下水的影响
计算点在地下水位下时,由于
不透水层层面的自重应力按上覆土层的水土总重计算
5.自重应力图的绘制 ① 建立直角坐标系 ② 确立特征点并编号 (地面、层面、 地下水位面、不透水层层面)
③ 计算各点的竖向自重应力
④ 按比例绘出特征点自重应力的位置 ⑤ 用直线连接各点 ⑥ 校核 (地下水位处,不透水层处)
§4.3 基底压力
一、概述
土力学中应力符号的规定
z
zx
地基:半无限空间
o
∞ x ∞
y yz
xy
x
∞ y
z
x xy xz ij = yx y yz zx zy z
一. 土力学中应力符号的规定
zx
材料力学
z +
正应力
剪应力
-
zx
土力学
z
土体中应力及有效应力原理

1、弹性地基上的柔性基础(EI=0) 土坝(堤)、路基、油罐等薄板基础 机场跑道。可认为土坝底部的接触 压力分布与土坝的外形轮廓相同其大小等于各点以 上的土柱重量
§4.3 基底压力
2、弹性地基上的刚性基础(EI=) 砂土地基:由于颗粒间无粘聚力 基底压力呈抛物线分布
粘土地基:由于颗粒间有粘聚力 基础边缘能承受压力,荷载较小 时呈马鞍形分布,随着荷载增加 基底压力类似于抛物线分布
的应力与应变的基本关系出发来研究。 当应力很小时,土的应力·应变关系曲线 就不是一根直线,亦即土的变形具有明 显的非线性特征。
§4.1 概述
一、应力—应变关系假设
线弹性体
目前在计算地基中的应力时, 常假设土体为连续体、线弹性 及均质各向同性体。
实际上土是各向异性的、弹塑 性体
二、地基中的几种应力状态
2.按土体中骨架和孔隙的应力承担原理或应力传递方 式可分为有效应力和孔隙应力。
有效应力由土骨架传递或承担的应力。只有当土骨架传递或承 担应力后土体颗粒才会产生变形。同时增加了土体的强度 孔隙应力:由土中孔隙流体水和气体传递或承担的应力。
3.总应力: 总应力=有效应力+孔隙应力
研究地基的应力和变形,必须从土
验算土体的稳定性
土中应力按引起原因可分为:自重应力和附加应力
土中应力按传递方式可分为:有效应力和孔隙应力
土中应力:指土体在自身重力、建筑物和构筑物荷载,以及其 他因素(土中水的渗流、地震等)作用下,土中产生的应力。
1按引起的原因分为自重应力和附加应力
自重应力:由土体自身重量所产生的应力。由土粒骨架承担 附加应力:由外荷载(静或动)引起的土中应力。使土体彻底 产生变形和强度变化的主要原因。
《土力学》第四章习题集及详细解答..

《土力学》第四章习题集及详细解答第4章土中应力一填空题1.土中应力按成因可分为和。
2.土中应力按土骨架和土中孔隙的分担作用可分为和。
3.地下水位下降则原水位出处的有效自重应力。
4.计算土的自重应力应从算起。
5. 计算土的自重应力时,地下水位以下的重度应取。
二选择题1.建筑物基础作用于地基表面的压力,称为(A )。
(A)基底压力; (B)基底附加压力; (C)基底净反力; (D)附加应力2.在隔水层中计算土的自重应力c时,存在如下关系( B )。
(A) =静水压力(B) =总应力,且静水压力为零(C) =总应力,但静水压力大于零(D)=总应力—静水压力,且静水压力大于零3.当各土层中仅存在潜水而不存在毛细水和承压水时,在潜水位以下的土中自重应力为(C)。
(A)静水压力(B)总应力(C)有效应力,但不等于总应力(D)有效应力,但等于总应力4.地下水位长时间下降,会使(A )。
(A)地基中原水位以下的自重应力增加(B)地基中原水位以上的自重应力增加(C)地基土的抗剪强度减小(D)土中孔隙水压力增大5.通过土粒承受和传递的应力称为(A)。
(A)有效应力; (B)总应力; (C)附加应力; (D)孔隙水压力6.某场地表层为4m厚的粉质黏土,天然重度=18kN/m3,其下为饱和重度sat=19 kN/m3的很厚的黏土层,地下水位在地表下4m处,经计算地表以下2m处土的竖向自重应力为(B )。
(A)72kPa ;(B)36kPa ; (C)16kPa ; (D)38kPa7.同上题,地表以下5m处土的竖向自重应力为(A )。
(A)91kPa ;(B)81kPa ; (C)72kPa ; (D)41kPa8.某柱作用于基础顶面的荷载为800kN,从室外地面算起的基础深度为1.5m,室内地面比室外地面高0.3m,基础底面积为4m2,地基土的重度为17kN/m3,则基底压力为(C)。
(A)229.7kPa ;(B)230 kPa ;(C)233 kPa ; (D)236 kPa9.由建筑物的荷载在地基内产生的应力称为(B)。
土力学完整课件土中应力计算

积分,得
z t p
Y
t f (m l / b, n z / b)
三角分布矩形荷载角点下的竖向附加应 力系数.可查表. 注意l—荷载不变化边 的长度; b—荷载变化边的长度.
水平均布荷载
q
z
x z
2
2 pz 3
2
2
(二)条形荷载下的附加应力计算 1.均布条形荷载下的附加应力 p O x b/2 b/2 z x M z 2. 三角形荷载的附加应力 pt O x b z x M z
z u p
z x u f u m , n b b
l
pmax pmin
基础底面的抵 抗矩;矩形截 面W=(bl2)/6
讨论:
N 6e pmax 1 bl l min
当e<l/6时,pmax,pmin>0,基底压力呈梯形分布 当e=l/6时,pmax>0,pmin=0,基底压力呈三角形分布 当e>l/6时,pmax>0,pmin<0,基底出现拉应力,基底压力重分布
F=400kN/m 0.1m M=20kN •m/m
3.基底中点下附加压 力计算
1.5m 2m 112.6kPa
0 =18.5kN/m3
292.0kPa
179.4kPa
112.6kPa
分析步骤Ⅳ:
F=400kN/m 0.1m M=20kN •m/m
1.5m
1m 1m 2m 2m 2m
0 =18.5kN/m3
3. r 0 ,随 z 从 0 开始增大, z 先随之增大,后随之减小;
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概述✓ 自重应力 基底压力计算 附加应力 有效应力原理
• 水平地基中的 自重应力
土力学第四章土体中应力计算
§4.2 自重应力
定义:是指土体受到自身重力作用而存在的应力,又分为两 种情况:一是成土年代长久,土体在自重作用下已完成压缩变 形,如正常固结和超固结土,不再产生变形;二是一是成土年 代不久,土体在自重作用下尚未完成压缩变形,如新近沉积土、 新近填土等,仍将产生变形,称为欠固结土。
§4.2 自重应力
分布规律 (砂性土及 受水浮力作 用情况粘土)
地面
1 H1
2 H2 地下水 z
3 H3 cy
cz cx
1H1
cz
2H2
2H3
z
分布线的斜率是容重 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或突变
自重应力分布规律 土力学第四章土体中应力计算
§4.1 §4.2 §4.3 §4.4 §4.5
概述 自重应力 基底压力计算 附加应力 有效应力原理
土力学第四章土体中应力计算
§4.1 概述
土中应力是指土体在自身重力、构筑物荷载及其他因 素(如渗流、地震等)作用下,土中所产生的应力。 土中应力将引起土的变形,从而使建筑物发生下沉、 倾斜及水平位移等,如果变形过大,往往会影响建筑物 的正常使用;此外,土中应力过大时,也会导致土的强 度破坏,甚至使得土体发生滑动而失去稳定。 因此,研究土体的变形、强度及稳定性等力学问题时, 都必须掌握土中应力状态。所以计算土中应力分布是土 力学的重要内容之一。
土体的自重应力 土力学第四章土体中应力计算
§4.2 自重应力
土层中有地下水时
应根据土的性质确定是否考虑水的浮力作用
对砂性土,应考虑水的浮力; 对粘性土则视其物理状态而定,
1 H1 2 H2
地面
地下水 z
IL 1,流动状态,认受为到土水体的浮力作 3 用 H3 cz
0ILIL01, ,固 可体 塑状 状态 态, ,认 一 不 利为 般 受 状土 按 到 态体 不 水 考的 虑浮力作c用 y
• 均质地基: cz z
• 成层地基: cz iHi
水平向自重应力: cxcyK0cz
理论K 上 0 1
K0称为侧压力系数,或静止土压力系数,可试验测定,也可用经验公式表
示。将在第五、七章讨论。
泊松比指在材料的比例极限内,由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与
相应的纵向应变之比的绝对值。一般为0~0.5。
§4.1 概述
如图直角坐标系,土体中
任一点的应力状态,可用一
个正六面体单元上的应力来
表示,即3个法向应力分量
和6个剪应力分量,
ij yxx
xy y
xz yz
Y
zx zy z
O X
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
z
yz
zx
xy x
Z y
应力符号规定:1)法向应力以压应力为正,拉应力为负; 2)剪应力:当剪应力作用面的外法线方向与坐标轴的正方向 一致时,则剪应力方向与与坐标轴正方向一致时为负,反之 为正;当剪应力作用面的外法线方向与坐标轴的正方向相反 时,则剪应力方向与与坐标轴正方向一致时为正,反之为负。
土中应力计算的目的和方法 土力学第四章土体中应力计算
§4.1 概述
土中应力按成因分为自重应力和附加应力,土中某点的自重 应力与附加应力之和为土体受外荷载作用后的总和应力。
自重应力:是指土体受到自身重力作用而存在的应力,又分 为两种情况:一是成土年代长久,土体在自重作用下已完成压 缩变形,如正常固结和超固结土,不再产生变形;二是成土年 代不久,土体在自重作用下尚未完成压缩变形,如新近沉积土、 新近填土等,仍将产生变形,称为欠固结土。
《土力学1》之第四章
第四章:土体中的应力计算
本章提要
• 土体中的应力计算 • 土体中的孔隙水压力计算 • 有效应力原理与固结模型
学习要点
• 土体应力计算-弹性理论 • 有效应力原理与固结
-土水两相相互作用
学习难点
•有效应力原理 •有渗流时土中应力计算
土力学第四章土体中应力计算
第四章:土体中的应力计算
§4.2 自重应力
分布规律(地下水位下 埋藏有不透水层情况)
地下水位以下的土受到水的
浮力作用,则地下水位以上 用天然容重,地下水位以下 用浮容重;
附加应力:是指土体受外荷载(包括建筑物荷载、交通荷载、 堤坝荷载等)以及地下水渗流、地震等作用下附加产生的应 力增量,它是产生地基变形的主要原因,也是导致地基土的 强度破坏和失稳的重要原因。
土中应力计算的目的和方法 土力学第四章土体中应力计算
§4.1 概述
1)碎散体
连续介质 (宏观平均)
线弹性
2)非线性 弹塑性
土体中一点的应力状态 土力学第四章土体中应力计算
§4.1 应力状态及应力应变关系
土中应力的类型
土力学中应力符号
的规定
应力计算时的基本
假定
• 自重应力 • 附加应力
• 连续 • 弹性 • 均质各向同性 •半无限体
小结
土力学第四章土体中应力计算
第四章:土体中的应力计算
§4.1 §4.2 §4.3 §4.4 §4.5
线弹性体 (应力较小时)
3)成层土
均质各向同性体
各向异性 (土层性质变化不大)
E、与位置和方向无关 4)地基土可视为半无限体
卸载
εp εe
加载
土中应力计算方法,是将地基土视为均匀各向同性 半无限弹性体 理论:弹性力学解求解“弹性”土体中的应力 方法:解析方法优点:简单,易于绘成图表等
应力计算时的基本假定 土力学第四章土体中应力计算
目的:确定土体的初始应力状态
假定:水平地基 半无限空间体 半无限弹性体 有侧限应变条件 一维问题
计算: 一般地,地下水位以上用天然容重 地下水位以下用浮容重
土体的自重应力 土力学第四章土体中应力计算
§4.2 自重应力
竖直向自重应力:假设土体是半无限体,其在自重下任一竖直切 面都是对称的,土体中无剪应力存在,故地基中Z深度处的竖直向 自重应力等于单位面积上的土柱重量
cx
如地下水位以下的土受到水的浮力作用,则地下水位以上
用天然容重,地下水位以下用浮容重;
在地下水位以下,如埋藏有不透水层(例如岩层及只含结
合水的坚硬粘土层),由于不透水层中不存在水的浮力,所
以不透水层顶面及层面以下的自重应力应按上覆土层的水土
总重计算,即水位以下土层全部用饱和重度计算。
土体的自重应力 土力学第四章土体中应力计算