土力学第四章-附加应力
土力学第四章、土的最终沉降量
一维固结力学模型
一维固结又称单向固结。土体在荷载作用 下土中水的渗流和土体的变形仅发生在一个方 向的固结问题。严格的一维固结问题只发生在 室内有侧限的固结试验中，实际工程中并不存 在。然而，当土层厚度比较均匀，其压缩土层 厚度相对于均布外荷作用面较小时，可近似为 一维固结问题。
使得上式与实测值之间的关系差 距较大。根据统计资料，E0值可 能是βEs值的几倍，一般说来， 土愈坚硬则倍数愈大，而软土的
E0值和βEs值比较接近。
4.2 地基最终沉降量计算
地基最终沉降量的计算方法主要有以 下几种方法：
1、 分层总和法 2、 规范法 3、 理论公式计算法
4.2.1 分层总和法
地基的最终沉 降量，通常采用 分层总和法进行 计算，即在地基 沉降计算深度范 围内划分为若干 层，计算各分层 的压缩量，然后 求其总和。
平均附加应力系数的物理
意义：分层总和法中地基附
加应力按均质地基计算，即 地基土的压缩模量Es不随深 度而变化。从基底至地基任 意深度Z范围内的压缩量为：
z
s'
dz
1
0
Es
0zzdzEAs
4.2.2 规范法分层总和法
附加应力面积：
z
z
Azdz p0dz
0
0
深度 z 范围内 的竖向平均附 加应力系数
土体变形机理非常复杂，土体不是 理想的弹塑性体，而是具有弹性、粘性 、塑性的自然历史的产物。
4.1.3 土的载荷试验及变形模量
通过载荷试验可测定地基变形模量，地 基承载力以及研究土的湿陷性等。
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(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。
《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 ).（A)自重应力；（B)附加应力；（C）有效应力；（D）附加压力10．已知地基中某点的竖向自重应力为100 kPa，静水压力为20 kPa，土的静止侧压力系数为0。
土中应力
（2）当位于地下水位以下的土为坚硬不透水层，在坚硬不透水层土中只含有 结合水，计算不透水层顶面及以下的自重应力时按上覆土层的水重总量计算。即 采用饱和容重计算。
4.2.2 成层土中自重应力
cz
cz
1h1
1h1 2h2
1h1 2h2 3h3
wh3
2 (830 103.5) 3 0.861.5
482.4(kPa)
F+G
F=830kN
室内
M
0.6m
G
0.7m
e
pmax 3k=2.5m
b=1.5m l=3m
矩形基础在双向偏心荷载作 用下，若 pmin 0
则矩形基底边缘四个角点 处的压力可由下式计算
F+G y
My
x
Mx
b
l
pm pm
集中力时地基中任意点的应力和位移解
半空间表面
布辛奈斯克解
假设地基土为弹性半空间体
x
P
y
M(x、y、z）
z
4.4.1 竖向集中力作用时的地基附加应力
1. 布辛奈斯克解
p
o
αr
x y
x
M′
R θz
z
zx
y
M
xy
x
z
y yz
x y z xy yz
z
3p 2
z3 R5
3p 2z 2
(r 2
z5 z2)5/2
3 2
(r
/
1 z)2 1)
5/2
p z2
第四章土体应力和有效应力原理
上海市土力学与地基基础精品课程
例题4-1
' Gs 1 w s w
1 e
1 e
1 e s 1 w s 1 w
s w (25.9 9.81) 19 10kN / m3
s (1 w) 25.9 (1 0.18)
第四章土体应力和有效应力原理
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sz A Fw zA
可得土中自重应力计算公式为
sz z
（4-4） （4-5）
第四章土体应力和有效应力原理
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4.3.1 竖直向自重应力计算
2．土体成层时的计算公式
地基土往往是成层的，不同的土层具有不同的重度。设各土层厚度及
重度分别为 hi 和 i (i 1, 2,, n) 。
▪基础抗弯刚度EI=0 → M=0； ▪基础变形能完全适应地基表面的变形; ▪基础上下压力分布必须完全相同，若不 同将会产生弯矩。
弹性地基，绝对刚性基础
▪抗弯刚度EI=∞ → M≠0； ▪反证法: 假设基底压力与荷载分布相同， 则地基变形与柔性基础情况必然一致； ▪分布: 中间小, 两端无穷大。
第四章土体应力和有效应力原理
本节主要讨论基底压力分布的基本概念及简化的计算 方法
第四章土体应力和有效应力原理
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4.4.1基底压力的分布规律
如图4-5（a）所示若一个基础的抗弯刚度EI=0，则这种基础相当于绝对柔 性基础，基础底面的压力分布图形将与基础上作用的荷载分布图形相同。
实际工程中可以把柔性较大（刚度较小）能适应地基变形的基础看作是柔 性基础。例如，如果近似假定土坝或路堤本身不传递剪应力，则由其自身 重力引起的基底压力分布就与其断面形状相同，为梯形分布，如图4-6(b)所 示。
土力学-第四章-地基沉降计算1
土层竖向应力由p1 体积 增加到p2，引起孔 隙比从e1减小到e2， eV 竖向附加应力为sz
2 s
Vs
V1 V2 (1 e1 )Vs (1 e2 )Vs e1 e2 V1 (1 e1 )Vs 1 e1
S e1 e2 H 1 e1
e1 e2 e V1 V2 HA H ' A SA S S H H 1 e1 1 e1 V1 HA HA H a 1 S zH zH 1 e1 Es
48.5
54.9 61.4 67.9 74.5
16.8
13.2 10.6 8.6 7.0
（5）地基沉降计算深度的确定
按σzn≈0.1σczn确定，可以估计压缩层下限将在第9分层内，即 zn=7.2m，此时σzn=6.4kPa, 0.1σczn=7.79kPa，满足。
（6）地基各分层变形量计算
从e-p关系曲线（或表格）中查得相应于某一分层i的平均 自重应力以及平均自重应力与平均附加应力之和的孔隙比， 代入下式计算该分层i的变形量。
1. 压缩系数(compressibility coefficient)a
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 e e0 e1 M1
斜率a e e1 e2 ＝ p p2 p1
de a dp
e2
△e △p
M2
p1 p2 e-p曲线
p a1-2＜0.1MPa-1 低压缩性土 0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1 中压缩性土 a1-2≥0.5MPa-1 高压缩性土
A 0 z dz Es
e1i e2 i si hi 1 e1i
分层号 1
e1i 0.923
土力学名词解释及简答
自重应力：由土层自身重力引起的土中应力。
附加应力：是指土体受外荷载以及地下水渗流、地震等作用下附加产生的应力增量，它是引起土体变形和地基变形的主要原因，也是导致土体强度破坏和失稳的重要原因。
基底压力：建筑物荷载通过基础传给地基，在基础底面与地基之间的接触应力。
基底附加压力：由于新建建筑物在地基当中增加的应力就叫基底附加应力。
土的压缩性：土体在压力作用下，体积减小的特性。
土的抗剪强度：土体对外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。
静止土压力:挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位移（移动或转动），墙后填土处于弹性平衡状态时，作用在挡土墙背的土压力称为静止土压力；主动土压力:挡土墙在土压力作用下离开土体向前位移时，土压力随之减小。
当位移至一定数值时，墙后土体达到主动极限平衡状态。
此时，作用在墙背的土压力称为主动土压力；被动土压力:挡土墙在外力作用下推挤土体向后位移时，作用在墙上的土压力随之增加。
当位移至一定数值时，墙后土体达到被动极限平衡状态。
此时，作用在墙上的土压力称为被动土压力。
9. 地基破坏模式有几种？发生整体剪切破坏时p-s曲线的特征如何？(形式：整体剪切破坏、局部剪切破坏、冲切破坏。
地基发生整体剪切破坏，P-S曲线陡直下降，通常称为完全破坏阶段。
其地基变形的发展可分为三个阶段：压密阶段即当荷载较小时，基底压力p与沉降s大致呈直线关系；剪切阶段即当荷载增加到某一数值时，基础边缘土体开始发生剪切破坏，随着荷载的增加，剪切破坏区逐渐扩大，土体开始向周围挤出，P-S曲线不再保持直线；完全破坏阶段即随着荷载继续增加，剪切破坏区不断扩大，最终在地基中形成一连续的滑动面，基础极具下沉或向一侧倾斜，同时土体被挤出，基础四周地面隆起，地基发生整体剪切破坏P-S曲线陡直下降。
1、何为最有含水量？影响填土压实效果的主要因素有哪些？答：在一定功能的压实作用下，能使填土达到最大干密度所对应的含水率。
含水量对整个压实过程的影响；击实功对最佳含水量和最大干密度的影响；不同压实机械对压实的影响；土粒级配的影响。
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土力学第四章-附加应力
附加应力是土力学中重要的概念，它指的是在加载或者其他类型的地质活动作用下，
实际应力大于平均应力的本构必需承受的应力。
附加应力主要来自于三个主要方面：第一是由于地质活动的作用而产生的应力；第二
是由于形成构造部分的应力；第三是由于结构失稳而产生的应力。
在地质活动作用下，从加应力和结构失稳产生附加应力，它是实际应力产生时本构问
题中必不可少的。
特别是该地区新型地质活动，非常重要，可能会带来严重后果，因此，
在地质作用下，对附加应力的研究和理解尤为重要。
结构失稳产生的附加应力，主要是山体立足点发生位移后，其坡面、基底和连接点处
造成的应力，这样的含水体在特定的水位变化下，会产生垂直和水平的结构失稳，以及边
坡附加应力和耕作痕和。
它们会占限加应力的很大比例，因此在山体滑动中也是不可忽视的。
此外，山体构造也会构成附加应力。
由于山体构造比装置构造更为复杂，因此在结构
方向上产生的应力和加应力也会增加。
山体构造部分的附加应力，主要是山体断层移动产
生的类似拉力的力，山体接连处的应力和构造变形产生的附加应力，这些应力的分布也
会影响山体的滑动稳定性。
因此，附加应力是决定山体地面滑动稳定性的重要因素，研究者在分析结构体滑动和
滑坡稳定性时，必须正确估计附加应力，以此估计从构造成型到发生滑坡期间可能发生的
滑动方向及滑坡角度，以提高滑坡预测的准确性。
因此，对附加应力有较全面系统的理解，对于山体滑动的研究是不可或缺的。