地基的应力和沉降概述.ppt

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1、地基的应力和沉降地基的应力和沉降第1节概述第2节土中自重应力第3节基底压力第4节地基附加应力第5节地基沉降的弹性力学公式第6节土的压缩性第7节地基的最终沉降量第8节应力历史对地基沉降的影响第9节地基最终沉降计算问题综述第10节饱和土的有效应力和渗透固结第11节地基沉降发展三分量第1节概述自重应力：地基中源于土体自身重量的应力。基底压力：建筑物的荷载通过基础传递给地基，在基础底面与地基之间产生的接触应力。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

2、章主要讨论地基中的应力和竖向位移（沉降）。要保证建筑物的安全和正常使用必须控制其沉降量和不均匀沉降差值（差异沉降量）不超过一定范围，对软粘土地基上的建筑物尤为重要。沉降分析是土力学的基本课题之一。沉降量的大小主要取决于土体产生变形的原因和土体本身的性状两个方面。土体产生变形的原因主要是土体中应力状态的改变（如地面荷载引起地基中应力场的改变，在地基中产生附加应力）。土体本身的性状主要指土的压缩性（或应力~应变关系），是指土体在附加应力作用下产生的效应。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

3、述是提高沉降计算精度的两个关键问题。经典的沉降计算方法对上述两个问题是这样处理的：在荷载作用下地基中附加应力场是根据半无限空间各向同性、均质、线弹性体理论计算的，土体压缩性是根据一维压缩试验测定的，并采用分层总和法来计算沉降。显然，沉降计算模型与地基沉降的真实性状存在不少差距。第2节土中自重应力在荷载作用之前，地基中存在初始应力场。初始应力场常与土体自重、地基土地质历史以及地下水位有关。在工程应用上，计算初始应力场时常假设天然地基为水平、均质、各向同性的半无限空间，土层界面为水平面。于是在任意竖直面和水平面上均无剪应力存在。地基中的初始应力，即地基中任一点的自重应力，只需用竖向应力和水平

4、向应力表示。天然地面下任意深度z处水平面上的竖向自重应力为cz=z竖直面上的水平向自重应力为cx=K0cz=K0zK0为静止侧压力系数。土中竖向和侧向的自重应力一般均指有效自重应力，计算时，对地下水位以下土层必须以有效重度'代替天然重度。为简便起见，常把竖向有效自重应力cz简称为自重应力，并以符号c表示。成层地基中第n层土底面的自重应力的计算公式为第3节基底压力建筑物荷载通过基础传递给地基，在基础底面与地基之间必然产生接触应力。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

5、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响。因此，对于具有一定刚度以及尺寸较小的柱下单独基础和墙下条形基础，其基底压力可近似按直线分布的图形计算。一、基底压力的简化计算1.中心荷载下的基底压力2.偏心荷载下的基底压力二、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。第4节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

6、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。一、竖向集中力下的地基附加应力采用Boussinesq解答，竖向正应力z和竖向位移w最为常用。如果地基中某点与局部荷载的距离比局部荷载的荷载面尺寸大很多时，就可以用一个集中力代替局部荷载，采用Boussinesq解答。二、矩形荷载和圆形荷载下的地基附加应力1.均布的矩形荷载先以积分法求矩形荷载面角点下的地基附加应力，然后运用角点法求得矩形荷载下任意点的地基附加应力。2.三角形分布的矩形荷载以积分法求三角形分布的矩形荷载面角点下的地基附加应力。注意b是沿三角形分布荷载方向的边长。3.梯形分布的矩形荷载已知均布和三

7、角形分布的矩形荷载角点下的附加应力系数，即可用角点法求算梯形分布的矩形荷载下地基中任一点的地基附加应力。4.均布的圆形荷载可以积分法求得均布圆形荷载面中点下任意深度的地基附加应力。三、线荷载和条形荷载下的地基附加应力属平面应力问题。四、非均质地基中的附加应力1.变形模量随深度增大的地基（应力集中）2.双层地基a.上软下硬（应力集中）b.上硬下软（应力扩散）第5节地基沉降的弹性力学公式柔性荷载下的地基沉降（Boussinesq解答）