土中应力分布及计算.

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4土中应力的计算

4土中应力的计算
y x
y x
) xz x (1 P(1 )P xz x 2 u ( 1 ) u (1 2 3 ) 3E 2 R ( R z ) R 2E R R( R z ) 1 ) yz y (yz P (1v )P y ( 1 2 ) 2 3 v ( 1 ) E R R ( R z ) 2 3 2E P R R ( R z ) 2 1 (1 2 ) z w 12 (1 ) 3 P (1 ) 2 z E R R ) w 3 2(1 2E R R
第4章
土中应力的计算
土体受到力的作用,以内力的形式作出响 应,即产生内力,内力的集度称为应力。 应力按起因可分为:自重应力和附加应力。
土中某点的总应力=
该点的自重应力与附加应力之和。
应力按分担作用可分为: 有效应力和孔隙应力(孔隙压力)。
土中某点的总应力=
该点的有效应力与孔隙应力之和。
均质土中的自重应力
关于基底压力简化计算的说明
基底压力的简化计算
(一) 中心荷载下的基底压力P(kPa)
室内设计地面 G
d d
F
+0.00
+0.00
G
F
室外设计地面
b
b
p (a) (b)
p
d — 基础埋 深(m);必 须从设计地 面或室内外 平均设计地 面算起。
F G p A
F — 作用任基础上的竖向力设计值(kN); G — 基础自重设计值及其上回填土总重 (kN);G=GAd , 其中G为基础及回填土之 平均重度,一般取20kN/m3。
单向偏心荷载下的基底压力
单向偏心荷载 下,设计时通常 取基底长边方向 与偏心方向一致, 此时两短边边缘 最大压力设计值 pmax 与最小压力设 计 值 pmin 按 材 料 力学短柱偏心受 压公式计算:

土中应力分布及计算

土中应力分布及计算

3.1 概述
1,土中应力的分类 按照应力产生的原因,土中应力分为自重应力和附加应力。自重应力是土体受到重力作用而产生
的应力;附加应力是由于外载荷(建筑荷载、车辆荷载、土中水的渗流力、地震力等)的作用,在土中 产生的应力增量。
按照应力分担角度来分,则土中应力还可分为有效应力和孔隙水压力。 2,土中应力计算的意义
1,集中力作用下土中应力的计算(地表)
这个问题,布西奈斯克(J.V.Boussinesq, 1885)解得,其中应力分量及应变分量分别为:z来自3p2z2cos5
3pz3
2R5
p(1)[ z2 2(1) 1]
2E R3
R
常将z方向正应力写成如下形式
式中:α--集中荷载作用下的地基竖向附加应力系数,有 α是(r/z)的函数,可制成表一供查用。 *集中力作用在土体内时由明德林解求得。
2,分布载荷作用下土中的附加应力
2.1 任意分布荷载作用下土中附加应力计算
对实际工程中普遍存在的分布荷载作用时的土中应力计 算,可用如下方法处理:a. 当基础底面的形状或基底下的 荷载分布不规则时,可以把分布荷载分割为许多集中力, 然后用布西奈斯克公式和叠加原理计算土中应力;b. 当基 础底面的形状及分布荷载都是有规律时,则可以通过积分 求解得相应的土中应力。
A 柔性基础 当基础为完全柔性时,基底压力的分布与作用在基础上的荷载分布完全一致,
如图所示。实际工程中并没有完全柔性的基础,常把土坝(堤)及用钢板做成的储油 罐底板等视为柔性基础。
3.3 基础底面压力的分布和计算
B 刚性基础 当基础具有刚性或为绝对刚性时,如箱形基础或高炉基础,在外荷载作用下,基础底
一句话,计算土中应力是对建筑物等地基基础进行沉降计算,强度与稳定性分析的基础。

土力学课件 第3章 土中应力分布及计算.

土力学课件 第3章 土中应力分布及计算.

计算如图所示水下地基土中的自重应力分布
水面 a 8m
粗砂 r=19KN/m3 rsat=19.5KN/m3
黏土r=19.3KN/m3 4m rsat=19.4KN/m3 W=20%,WL=55%,WP=24%
b 76KPa 176KPa c 253.2KPa
解:水下的粗砂层受到 水的浮力作用, 其有效重度: r , rsat rw 19.5 10 9.5 KN / m 3 粘土层因为W WP , 所以I L 0, 故认为土层 不受到水的浮力作用, 土层面上还受到 上面的静水压力作用。 a点:Z 0, CZ 0 KPa; b点:Z 8m, 该点位于粗砂层中,
应力符号规定
法向应力以压为正,剪应力方向的符号规定则与材料力 学相反。材料力学中规定剪应力以顺时针方向为正,土力学 中则规定剪应力以逆时针方向为正。
压为正,拉为负,剪应力以逆时针为正
土中的自重应力计算
土中应力按其起因可分为自重应力和附加应力两种。
自重应力是土受到重力作用产生的应力,自重应力一般是自 土体形成之日起就产生于土中。
二.成层土自重应力计算 地基土通常为成层土。当地基为成层土体时,设各土层 的厚度为hi,重度为ri,则在深度z处土的自重应力计算公 式为:
cz i hi
i 1
n
z hi
i 1
n
n—从地面到深度z处的土层数; hi—第i层土的厚度,m。 成层土的自重应力沿深度呈折线分布,转折点位于r值 发生变化的土层界面上。
◇若0<IL<1,土处于塑性状态,土颗粒是否受到水的 浮力作用就较难肯定,在工程实践中一般均按土体受 到水浮力作用来考虑。
四.存在隔水层时土的自重应力计算
当地基中存在隔水层时,隔水层面以下土的自重应力应 考虑其上的静水压力作用。

土体中的应力计算

土体中的应力计算

土体中的应力计算在土体中,应力是指单位面积上的力的作用,可以分为垂直应力和水平应力。

垂直应力是指垂直于土体中其中一点的力的作用,通常用σ表示,单位为N/m²或Pa;水平应力是指与土体中其中一点切向的力的作用,通常用τ表示,单位为N/m²或Pa。

在计算土体中的应力时,需要先确定作用力的大小和方向。

作用力可以分为自重应力、表面荷载和边界条件所引起的应力。

自重应力是由土体自身的重力引起的应力,可以通过土体的密度和重力加速度来计算;表面荷载是由于外界施加在土体上的荷载,可以通过荷载的大小和分布情况来计算;边界条件所引起的应力是由于土体边界的约束而产生的应力,可以根据边界条件的空间限制来计算。

计算垂直应力时,需要将作用力作用在单位面积上,即垂直应力等于作用力的大小除以土体的面积。

例如,对于自重应力来说,垂直应力可以通过土体的密度乘以重力加速度来计算。

而对于表面荷载来说,垂直应力可以通过荷载的大小和分布情况来计算。

计算水平应力时,需要考虑土体的弹性特性。

根据弹性理论,水平应力的大小与垂直应力的大小和土体的弹性模量有关。

弹性模量是反映土体抵抗应力的能力的指标,可以通过试验或经验公式估算得到。

一般来说,弹性模量越大,土体的抵抗应力能力越强,水平应力的大小也越大。

在应力计算时,还需要考虑土体的变形特性。

土体的变形可以分为弹性变形和塑性变形两种。

弹性变形是指在荷载作用后,土体恢复到无荷载状态时的变形,是可逆的,可以通过应力和应变之间的线性关系进行计算。

而塑性变形是指在荷载作用后,土体不完全恢复到无荷载状态时的变形,是不可逆的,需要通过试验或经验公式来确定。

总之,土体中的应力计算是根据应力平衡原理和弹性力学原理进行的,需要考虑土体的类型、作用力的大小和方向以及土体的弹性和变形特性。

通过合理的应力计算,可以为土壤工程和土木工程的设计和施工提供基础数据。

第2章 土中应力分布及计算

第2章   土中应力分布及计算

第二章土中应力分布及计算一、思考题1、自重应力,附加应力的大小与地基土的性质是否相关?2、自重应力与附加应力在地基中的分布各有何特点?3、基底压力分布的主要影响因素有哪些?4、在基底总压力不变的前提下,增大基础埋深对土中应力分布有什么影响?5、宽度相同的矩形和条形基础,其基底压力相同,在同一深度处,哪一个基础下产生的附加应力大?6、地下水位升降,对土中应力分布有何影响?7、自重应力,附加应力计算时的起算点是否相同?二、选择题1、有两个不同的基础,其基础总压力相同,问在同一深度处,哪一个基础产生的附加应力大?()A、宽度小的基础产生的附加应力大B、宽度小的基础产生的附加应力小C、宽度大的基础产生的附加应力小D、两个基础产生的附加应力相等2、某场地自上而下的土层分布为:第一层粉土,厚3m,重度γ=18kN/m3;第二层粘土,厚5m,重度γ=18.4kN/m3,饱和重度γsat =19kN/m3,地下水位距地表5m,试求地表下6m处土的竖向自重应力()A、99.8kPaB、109.8kPaC、111kPaD、109.2kPa3、成层地基土中的自重应力()A、均匀分布B、直线分布C、曲线分布D、折线分布4、有一基础埋置深度d=1.5m,建筑物荷载及基础和台阶土重传至基底总压力为100KN/m2,若基底以上土的重度为18 KN/m2,基底以下土的重度为17 KN/m2,地下水位在地表处,则基底竖向附加压力为多少()A、85 KN/m2B、73 KN/m2C、88 KN/m25、一矩形基础,短边b=3m,长边l=4m,在长边方向作用一偏心荷载F+G=1200KN,偏心距为多少时,基底不会出现拉应力()A、0.5mB、0.57mC、0.67m6、由建筑物荷载或其它外载在地基内产生的应力称为()A、自重应力B、附加应力C、基底压力D、基底附加压力7、土的自重应力计算中假定的应力状态为()A、σz ≠0、σx≠0、τxz≠0 B、σz≠0、σx≠0、τxz=0C、σz ≠0、σx=0、τxz=08、当上部结构荷载的合力不变时,荷载偏心距越大,则基底压力平均值()A、越大B、越小C、不变9、基底总压力与基底附加压力哪一个大?()A、基底附加压力B、基底总压力C、二者相等10、地下水位下降,则土中自重应力()A、不变B、减小C、增大答案:B、A、D、C、C、B、B、C、B、C三、计算题1、某工程地基勘查结果:地表为杂填土,31/0.18mkN=γ,厚度mh50.11=;第二层土为粉土,32/0.19mkN=γ,厚度mh6.32=;第三层为中砂,33/5.19mkN=γ,厚度mh80.13=;第四层为坚硬岩石,地下水位1.5m。

土力学与地基基础土中应力分布与计算

土力学与地基基础土中应力分布与计算
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【例4-1】某建筑物场地的土层及其物理性质指标如图4-5所示,试计算土中自重应力,并绘制出分布图。
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第三节 基底压力的计算
1 基本概念(1)基底接触压力的产生 建筑物荷重 基础 地基在地基与基础的接触面上产生的压力(地基作用于基础底面的反力)(2)接触压力的大小影响因素 地基土和基础的刚度 荷载 基础埋深 地基土性质
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若在空间将 相同的点连接成曲面,可以得到如图4-13所示的等值线,其空间曲面的形状如泡状,所以也称为应力泡。规律:即集中力P在地基中引起的附加应力的分布是向下、向四周无限扩散。
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在工程实践中,建筑物荷载都是通过一定尺寸的基础传递给地基的。对于不同的基础形状和基础地面的压力分布,均可利用上述集中荷载引起的附加应力的计算方法和应力叠加原理,计算地基中任意点的附加应力。具体求解时,常按应力状态的特性划分为空间问题和平面问题。
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土中附加应力是指由土体受外荷载(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。
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第二节 地基中的自重应力
一、土中竖向自重应力(一)单层土的竖向自重应力 在计算土中自重应力时,假设天然地面是一个无限大的水平面,因而在任意竖直面和 水平面上均无剪应力存在。可取作用于该水平面上任一单位面积的土柱体自重计算(图),即:
第44页/共79页
(1)o点在荷载面边缘 σz=(αcⅠ+αcⅡ)p0(2)o点在荷载面内σz=(αcⅠ+αcⅡ+αcⅢ+αcⅣ)p0 o点位于荷载面中心,因αcⅠ=αcⅡ=αcⅢ=αcⅣσz=4αp0

土中的应力计算

土中的应力计算
土不能承受拉力
e x
e xL
Ke
L x K=B/2-
L
压力调整 基底压
y
y
e
3K
y
pmin 0
力合力 与总荷
载相等
pmax
pmin
0 pmax
pmin 0
e<B/6: 梯形
pmax
e=B/6: 三角形
e>B/6: 出现拉应力区
2N
2N
pmax 3KL 3(B 2 e)L
12
2.2.3基底附加压力
H 成层
E1 均匀
E2<E1
25
无限均布荷载作用下的附加应力
当条形荷载在宽度方向增加 到无穷时,此时地基中附加应力 分布仍可按均布条形荷载下土中 应力的公式计算,查表2-10。
相当于薄压缩层:h 0.5b
b,z/b 0, αsz=1.0
基础中点处,任意深度处的附加
应力均等于p0,即在大面积荷载
作用下,地基中附加应力分布与 深度无关。
成层 H
均匀 E1
E2>E1
23
2.变薄交互层地基(各向异性地基) • 当Ex/Ez<1 时,应力集中——Ex相对较小,不利于应力扩散 • 当Ex/Ez>1 时,应力扩散——Ex相对较大,有利于应力扩散
24
3.双层地基(非均质地基)
(1)上层软弱,下层坚硬的成层地基 ▪ 中轴线附近σz比均质时明显增大的现象
21
条形荷载与矩形荷载的附加应力对比图
表明荷载作 用面积越大 附加应力传 递的越深。
22
2.3.4 地基附加应力的应用讨论
1.变形模量随深度增大的地基(非均质地基)
B

土力学与地基基础-第三章.土中应力分布及计算解析

土力学与地基基础-第三章.土中应力分布及计算解析

从上式可知,自重应力随深度z线性增
加,呈三角形分布图形。
2019/8/25
土中自重应力的计算
8
3.2 土中自重应力的计算
2. 成层土的压力计算
地基土通常为成层土。当地基为成层土体时,设各土层
的厚度为hi,重度为 ,则在i 深度z处土的自重应力计算公式 为:
n
cz ihi i 1


剪应力
xy
yx

3Q xyz
2

R5
1 2 3
xy(2R z)
R3
(
R

z)2

yz
zy

3Q 2
yz 2 R5
ZX
XZ
3Q 2
xz 2 R5
3.4 集中力作用下土中应力计算
X、Y、Z轴方向的位移
分别为:
刚性基础在中心载荷作用下,地基反力呈马鞍形,随着外 力的增大,其形状相应改变。如下图
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基础底面压力的分布和计算
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3.3 基础底面压力的分布和计算
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基础底面压力的分布和计算
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3.3 基础底面压力的分布和计算
2. 地基反力的简化计算方法
根据弹性理论的圣维南原理及土中实测结果,当作用在 基础上的总载荷为定值时,地基反力分布的形状对土中 应力分布的影响,只在一定深度范围内,当基底的深度 超过基础宽度的1.5-2.0倍时,它的影响已不显著。因此, 在实用上采用材料力学方法,即将地基反力分布认为是 线性分布的简化计算方法。
因此,基底附加压力p0是上部结构和基础传到基底的地基反力 与基底处原先存在于土中的自重应力之差(新增加的应力)(如图)
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3.1 概述
1,土中应力的分类
按照应力产生的原因,土中应力分为自重应力和附加应力。 自重应力是土体受到重力作用而产生的应力;附加应力是由于外 载荷(建筑荷载、车辆荷载、土中水的渗流力、地震力等)的作 用,在土中产生的应力增量。 按照应力分担角度来分,则土中应力还可分为有效应力和 孔隙水压力。 2,土中应力计算的意义 一句话,计算土中应力是对建筑物等地基基础进行沉降计 算,强度与稳定性分析的基础。
2018/12/10 土中自重应力的计算 12
3.3 基础底面压力的分布和计算
建筑物荷载通过基础传递给地基的压力称基底压力(地 基反力)。也就是作用于基础底面土层单位面积的压力, 单位为kPa。
本节内容 1,基础底面地基反力分布 2,地基反力的简化计算方法
3,基底附加压力的计算
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2018/12/10 土中自重应力的计算 8
3.2 土中自重应力的计算
2. 成层土的压力计算
地基土通常为成层土。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:
cz i hi
i 1
n
z hi
i 1
n
式中, n—从地面到深度z处的土层数; hi—第i层 土的厚度,m。成层土的自重应力沿深度呈折线分布,转折点 位于 i 值发生变化的土层界面上。
2018/12/10 土中自重应力的计算 11
3.2 土中自重应力的计算
5. 土中水平自重应力
cx cy K0 cz
式中K。——侧压力系数(静止土压力系数) 6.成层土中自重应力计算过程参见下面动画。 Question
何谓土中应力,计算它有Байду номын сангаас意义?
怎样简化土中应力的计算模型?在工程应用中应该注 意哪些问题? BACK
2018/12/10 土中自重应力的计算 10
3.2 土中自重应力的计算
4. 存在隔水层时水土自重应力计算 当地基中存在隔水层时,隔水层面以下土的自重 应考虑其上的静水压力作用。
cz i hi whw
i 1
n
式中, i —第i层土的天然重度,对地下水 ' 位以下的土取有效重度 i ;hw— 地下水到隔水层 的距离(m)。 在地下水位以下,如埋藏有不透水层, 由于不透水层中不存在水的浮力,所以层面及层面以 下的自重应力应按上覆土层的水土总重计。
2018/12/10 概述 3
3.1 概述
3,土中一点的应力状态
3.1 方向的定义 3.2 二向应力状态斜截面上的应力与主应力 4,土中应力的计算模型 土是三相体,但在实际应用中,人们将天然土体简化为线性弹性体, 即假设地基土是均匀、连续、各向同性的半无限弹性体。 在工程中需注意: 1,土的分散性影响 2,土的非理想弹性体影响 3,土的非均质性和各向异性影响
go go
2018/12/10
主要内容
6
3.2 土中自重应力的计算
本节重点
1. 均质土自重应力计算; 2. 成层土自重应力计算;
3. 有地下水时土自重应力计算;
4. 存在隔水层时水土自重应力计算; 5. 土中水平自重应力。
2018/12/10
土中自重应力的计算
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3.2 土中自重应力的计算
1. 均质土的自重应力
net foundation pressure )
Soil )
3.3 基础底面压力分布和计算(Calculation and distribution of
3.4 地基中附加应力的计算(Calculation of superimposed stress in
foundation )
3.5 有效应力原理(Principle of effective stress)
2018/12/10 概述 4
本章重点
1、掌握土中自重应力计算
2、掌握基底压力和基底附加压力分布与计算
3、掌握矩形面积均布荷载、矩形面积三角形分布荷载以 及条形荷载等条件下的土中竖向附加应力计算方法
2018/12/10
概述
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主要内容
土中自重应力的计算
go go
基础底面压力的分布和计算 地基中附加应力的计算 有效应力原理
2018/12/10 土中自重应力的计算 9
3.2 土中自重应力的计算
3. 有地下水时土自重应力计算 当计算地下水位以下土的自重应力时,应根据土的性质确定是否需要考虑水的浮 力作用。 通常认为水下的砂性土是应该考虑浮力作用的。粘性土则视其物理状态而定,一 般认为: 1,若水下的粘性土其液性指数IL>1,则土处于流动状态,土颗粒之间存在着 大量自由水,可认为土体受到水浮力作用; 2,若IL ≤0,则土处于固体状态,土中自由水受到土颗粒间结合水膜的阻碍不 能传递静水压力,故认为土体不受水的浮力作用; 3,若0<IL<1,土处于塑性状态,土颗粒是否受到水的浮力作用就较难肯定, 在工程实践中一般均按土体受到水浮力作用来考虑。若地下水位以下的土受到水的 浮力作用,则水下部分土的重度按有效重度 ' 计算,其计算方法同成层土体情况。
在深度z处平面上,土体因自身重 力产生的竖向应力 cz(称竖向自重应 力)等于单位面积上土柱体的重力G, 如上图所示。在深度z处土的自重应力 为: G zA
cz
cz
A A 式中, —为土的重度,

z
KN/m3; A —土柱体的截面积,m2。 从上式可知,自重应力随深度z线性增 加,呈三角形分布图形。
基础底面压力的分布和计算
13
3.3 基础底面压力的分布和计算
1,基础底面地基反力分布 基底地基反力的分布规律主要取决于基础的刚度和 地基的变形条件。 基础刚度的影响
A 柔性基础
当基础为完全柔性时,基底压力的分布与作用 在基础上的荷载分布完全一致,如图所示。实际工程中 并没有完全柔性的基础,常把土坝(堤)及用钢板做成的 储油罐底板等视为柔性基础。
3 土中应力分布及计算
( Distribution and calculation of stress in soil )
3 土中应力分布及计算
( Distribution and calculation of stress in soil )
3.1 概 述(Summary)
3.2 土的自重应力计算(Calculation of self-weight stress in
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