土力学2013-第4章-地基土中应力

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土力学

土力学
(2)土的非均质和非理想弹性的影响。土的各种结构构造使 土呈现非均质性,且土体也不是理想的弹性体,而是一种具有 弹塑性和粘滞性的介质。但实际工程中,土应力水平较低,土 的应力-应变曲线关系呈线性关系。因此,当土层间的性质差 异并不十分悬殊时,采用弹性理论计算土应力在实用上是允许 的。
(3)地基土可视为半无限体。地基土在水平和深度方向上相 对于建筑物基础的尺寸而言,可视为是无限延伸的,因此,地 基土符合半无限体的假设。
pmax

2P 3Kb

3(L
2P 2 e)b
e>b/6: 出现拉应力区
3.2.4 基底附加压力
p0 p ch p 0h
例题:某矩形基础底面尺寸l=2.4m, b=1.6m,埋深2.0m,所受荷载设计值 m=100kN·m,F=450kN,其他条件见图。 试求基底压力和基底附加压力。
z
3P
2

z3 R5
z

3P
2
(r 2
z3 z2 )5/2

3
2
1 [(r / z)2 1]5/ 2
P z2
z

P z2
查表3.1
3.3.2 竖向分布荷载地基附加应力
若在半无限体表面作用一分布荷载p(x,y),如图所示。计 算土中某点M(x,y,z)的竖向应力σz。
在基底取微元面积dF=dξdη,则作 用在dF上的集中力:
a 点:z = 0 m,σcz=γz=0; b 点:z = 2 m,σcz=γz=19 ×2=38 kPa c 点:z = 5 m , σcz =∑γihi=19 ×2+10 ×3=68 kPa, d 点:z = 9 m,σcz =∑γihi=19 ×2+10 ×3+7.1 ×4=96.4 kPa

土中应力计算

土中应力计算

叠加原理
由几个外力共同作用时所引起的某一参数(内力、 应力或位移),等于每个外力单独作用时所引起的该 参数值的代数和
Pa Pb z
两个集中力 作用下σz的 叠加
a
b
矩形面积竖直均布荷载
dP pdxdy

角点下的垂直附加应力:B氏解的应用
p
L B
y
3dP z 3 3p z 3 d z dxdy 5 5 2 R 2 R
min
P 6e 1 A B
K e
L x L 3K y pmin 0
K=B/2-e
出现拉力时, 应进行压力调 整,原则:基 底压力合力与 总荷载相等
2P 3KL
p max
p max
e<B/6: 梯形
e=B/6: 三角形
e>B/6: 出现拉应力区
矩形面积单向偏心荷载
P
e
P
P Pv Ph
P
P
P B
P Mx p( x) B I
条 形
B
p P B
P:单位长度上的荷载
B
Ph P Pv
基础形状与荷载条件的组合
P B
P B
P Mx My p ( x, y ) A Wx Wy
M x P ey ;
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 分计算
弹塑性地基,有限刚度基础
— 荷载较小 — 荷载较大 — 荷载很大
接近弹性解 马鞍型 倒钟型
砂性土地基
粘性土地基
基底压力的分布
土体中任意深度处的竖向自重应力等于单位面积上土柱 的有效重量

土力学与地基基础(土中的应力计算)

土力学与地基基础(土中的应力计算)
此时基底平均压力按下式计算: 此时基底平均压力按下式计算:
矩形基础:A=b× 矩形基础:A=b×L
d1 + d2 Gk =A
Gk = γ G Ad
γG=20kN/m3
2、偏心荷载下的基底压力 单向偏心荷载下的矩形基础如图。 单向偏心荷载下的矩形基础如图。 设计时, 设计时,通常基底长边方向取与偏心 方向一致, 方向一致,最大压力值与最小压力值 按材料力学短柱偏心受压公式计算: 按材料力学短柱偏心受压公式计算:
p0 = pk − σ c
四、地基附加应力
地基附加应力是指建筑物荷载在土体中引起的附加于原有应力之上的应力。 地基附加应力是指建筑物荷载在土体中引起的附加于原有应力之上的应力。
(一)竖向集中应力作用下的地基附加应力
1、布辛奈斯克解 、
3p z3 3 1 p σz = = 2π ( r 2 + z 2 )5 / 2 2π ( r / z )2 + 1 5 / 2 z 2
第三章 地基土中的应力计算
一、概述 地基土中的应力: 地基土中的应力: 1、自重应力 2、附加应力
建筑物修建以前, 建筑物修建以前,地基中由于土 体本身的有效重量所产生的应力。 体本身的有效重量所产生的应力。 建筑物修建以后,建筑物重量等 建筑物修建以后, 外荷载在地基中引起的应力, 外荷载在地基中引起的应力,所 谓的“附加” 谓的“附加”是指在原来自重应 力基础上增加的压力。 力基础上增加的压力。
γ
γ′
均质地 基
γ1(γ
1
< γ2 )
γ2 γ′ 2
成层地基
(二)水平向自重应力
σ cx = σ cy = K 0σ cz
式中: 土的侧压力系数或静止土压力系数, 式中:K0——土的侧压力系数或静止土压力系数,经验值可查课本 土的侧压力系数或静止土压力系数 表3.1

土力学 第4章 土的压缩性与地基沉降计算

土力学 第4章 土的压缩性与地基沉降计算

变形测量 固结容器
百分表
加压上盖
透水石
环刀 压缩
容器


试样
护环
支架
设 备
《土力学》 第4章 土的压缩性与地基沉降计算
(2)利用受压前后土粒体积不变和土样截面面积不变两个
条件,可求土样压缩稳定后孔隙比ei
受压前
:VS
(1
e 0
)

H
0
A
受压后:VS (1 e1) H1A
Vs
H 0
A
《土力学》 第4章 土的压缩性与地基沉降计算
土的固结状态对土的压缩性的影响:
在压力p作用下的地基沉降值si: 正常固结土为s1; 超固结土为s2; 欠固结土为s3。
则有:s2<s1<s3
《土力学》 第4章 土的压缩性与地基沉降计算
pc卡萨格兰德法
① 在e–lgp坐标上绘出试样
的室内压缩曲线; ② 找出压缩曲线上曲率最
Cc

lg
e1 p2
e2 lg
p1

e1 e2 lg p2
p1
一般认为:
cc<0.2时, 为低压缩性土; cc=0.2~0.4时,属中压缩性土; cc>0.4时, 属高压缩性土。
图5-6 由e-lgp曲线确定压缩系数cc
《土力学》
第4章 土的压缩性与ຫໍສະໝຸດ 基沉降计算(5)土的回弹与再压缩曲线
H1
A
1e 1e
0
1
受压前后Vs,A不变
H0 H1 H0 s1 1 e0 1 e1 1 e1

e1

e0

s1 H0
1
e0

式中 e0 为土的初始孔隙比,可由土的三个基本实验指标求得,即

土体中应力及有效应力原理

土体中应力及有效应力原理
二、基底压力的分布规律
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(压缩)讲解

土力学第四章(压缩)讲解

第四章:土的压缩及沉降计算名词解释1、压缩系数:土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量的比值。

2、压缩指数:在压力较大部分,e-lgp关系接近直线,其斜率称为土的压缩指数。

3、压缩模量:土在侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值,或称为侧限模量。

4、变形模量:土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。

5、体积压缩系数:在单位压应力作用下单位体积的变化量。

6、超固结比:先期固结压力pc与现时的土压力p0的比值。

7、前期固结压力:指土层在历史上曾经受过的最大有效固结压力。

8、最终沉降量:地基变形稳定后基础底面的沉降量。

9、固结:土体在压力作用下,压缩量随时间增长的过程。

10、固结度:在某一固结压力作用下,经过一定时间土体发生固结的程度。

简答1、为什么可以用孔隙比的变化来表示土的压缩性?答:土体压缩的实质是孔隙体积减小的结果,土粒体积保持不变;而孔隙比反映了孔隙的体积和土粒的体积比,因此可以用孔隙比的变化来表示土的压缩性。

2、地基土变形的两个最显著的特征是什么?答:体积变形是由于正应力引起的,只能使土体产生压密,孔隙体积减小,但不会使土体产生破坏;形状变形是由剪应力引起的,在剪应力作用下土颗粒间产生移动,使土体产生剪切破坏。

3、工程中常用的压缩系数和模量是什么?如何判定土的压缩性?答:压缩系数和压缩模量都是变量,为比较土的压缩性高低,工程中常用的压缩系数和压缩模量是压力在100-200kPa下的值。

a v<0.1MPa-1低压缩性土,0.1MPa-1≤a v<0.5MPa-1中压缩性土,a v≥0.5MPa-1高压缩性土;Es<4MPa高压缩性土,4MPa≤Es<15MPa中压缩性土,Es≥15MPa低压缩性土;4、自重应力在任何情况下都不会引起地基沉降吗?为什么?答:对于正常固结土和超固结土来说,自重应力不会引起地基沉降了,但对于欠固结土(新沉积的土或刚填筑的土)来说,由于现有的固结应力大于先期固结应力,自重应力也会引起地基沉降。

3 土中应力计算


p0 p cz p od
3.3
地基附加应力
地基附加应力是指建筑物荷重在土体中引起 的附加于原有应力之上的应力。
其计算方法一般假定地基土是半无限空间内
的各向同性、均质、线弹性变形体,采用弹性力
学中关于弹性半空间的理论解答。
注意与基底附压力的区别!
一、竖向集中力下的地基附加应力
附加应力:建筑物的荷载在土体中产生的在原有应
力基础上的应力的增量。
附加应力造成了地基土的变形(处于欠固结状态 的土,自重应力也是变形产生的因素之一) ,从而导 致了地基中各点的竖向和侧向位移。 本章主要讨论地基中的应力、为求解竖向位移 (沉降)做准备。 土体的应力-应变关系十分复杂,常呈弹、粘、 塑性,并且呈非线性、各向异性,还受应力历史的影 响。 地基土中附加应力的正确计算和地基土体性状的 正确描述是提高沉降计算精度的两个关键问题。
位面积上的压力,称为基底压力(或称为接触压力),
地基对基础的作用力称为地基反力。基底压力分布与
基础的大小和刚度、作用于基础上荷载的大小和分布、
地基土的力学性质以及基础的埋深等因素有关。
根据圣维南原理,基础下与其底面距离大于基 底尺寸的土中应力分布主要取决于荷载合力的大小 和作用点位置,基本上不受基底压力分布形式的影
p max
p max
2P 3KL
e<B/6: 梯形
e=B/6: 三角形
e>B/6: 出现拉应力区
矩形面积单向偏心荷载
三、基底附加压力
建筑物建造之前,地基土中已存在自重应力。一 般天然土层在自重作用下的变形早已结束,因此只有 基底附加压力才能引起地基的附加应力和变形。 基底附加压力为建筑物建造后的基底压力与基底 标高处原有的自重应力之差。

土力学 第四章


p1 p2 e~p曲线
p(kPa )
4-2
(二)压缩系数
土的压缩特性
三、土的压缩性指标
e
1.0
e1 e2
0.9 0.8 0.7 0.6
e
p
p 2 p '' p1 e~p曲线
''
e''
p1
p(kPa )
p '' 2
4-2
(二)压缩系数
土的压缩特性
三、土的压缩性指标
e
1.0
a v1 2
e1 e2 e p 2 p1 100
4-2
土的压缩特性
二、单向固结模型
饱和土体在某一压力作用下的固结过程就是土体中
各点的超静孔隙水应力不断消散、附加有效应力相应增加 的过程,或者说超静孔隙水应力逐渐转化为有效应力的过 程,而在转化过程中,任一时刻任一深度处的应力始终遵 循有效应力原理。
4-2
土的压缩特性
三、土的压缩性指标
(一)室内固结试验与压缩曲线 由于刚性护环所
z
z
z
2 2 z 2 2 E 1 Es 1 z 1 1
4-2
土的压缩特性
三、土的压缩性指标
(四)其它压缩性指标
单向压缩试验的各种参数的关系
已知
求解
av mv Es
av
—— av /(1+e1) (1+e1)/ av
体积
p
孔隙
e1
1+e1 e2
1+e2
土粒
1
4-2
土的压缩特性
三、土的压缩性指标

土力学完整课件土中应力计算

3dP z 3 3 pxz3 d z 5 dxdy 5 2 R 2bR
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;

土力学与地基基础土中应力分布与计算

第16页/共79页
【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。
第17页/共79页
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。
第4页/共79页
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。
第5页/共79页
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
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