河海大学土力学课件.ppt

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1、第二章土体应力计算2-1概述支承建筑物荷载的土层称为地基。与建筑物基础底面直接接触的土层称为持力层。将持力层下面的土层称为下卧层。土体的应力按引起的原因分为自重应力和附加应力；按土体中土骨架和土中孔隙（水、气）的应力承担作用原理或应力传递方式可分为有效应力和孔隙应（压）力。有效应力——由土骨架传递（或承担）的应力。孔隙应力——由土中孔隙流体水和气体传递（或承担）的应力。第二章土体应力计算对于饱和土体由于孔隙应力是通过土中孔隙水来传递的，因而它不会使土体产生变形，土体的强度也不会改变。孔隙应力分为：静孔隙应力和超静孔隙应力。自重应力——由土体自身重量所产生

2、的应力。附加应力——由外荷（静的或动的）引起的土中应力。第二章土体应力计算2-2地基中的自重应力地下水位以下，用有效重量；不同土层的重量可以叠加第二章土体应力计算2-2地基中的自重应力K0——静止侧压力系数，它是土体在无侧向变形条件下有效小主应力σ’3与有效大主应力σ’1之比。与土层的应力历史及土的类型有关；正常固结粘土：K0＝1－sinf’对一般地基K0＝0.5左右无侧向变形条件下，侧向应力：第二章土体应力计算2-3基底压力与基底附加应力基底压力：指上部结构荷载和基础自重通过基础传递，在基础底面处施加于地基上的单位面积压力。地基反向施加于基础底面上的压

3、力称为基底反力。基底附加应力是指基底压力扣除因基础埋深所开挖的自重应力之后在基底处施加于地基上的单位面积压力。基底净压力第二章土体应力计算2-3基底压力与基底附加应力一、柔性基础与刚性基础基底压力的分布和大小与荷载的性质（中心或偏心、倾斜等）大小等有关，也与基础的刚度有关。柔性基础：刚度较小，基底压力与其上的荷载大小及分布相同；第二章土体应力计算2-3基底压力与基底附加应力刚性基础：刚度较大，基底压力分布随上部荷载的大小、基础的埋深及土的性质而异。当基础尺寸不太大，荷载也较小时，可假定基底压力为直线分布。第二章土体应力计算二、刚性基础下基底压力分布（一）

4、中心荷载下的基底压力中心荷载作用下的基础，上部结构荷载P与基础自重G的合力Fv通过基底形心，基底压力为均匀分布。平均基底压力为矩形基础条形基础集中力线荷载分布荷载第二章土体应力计算（二）偏心荷载下的基底压力对于单向偏心荷载作用下的矩形面积基底的刚性基础如图（a）、（b）所示。两端边缘最大压力pmax与最小压力pmin可按下式计算：矩形基底面的抗弯截面系数第二章土体应力计算（二）偏心荷载下的基底压力根据上式，当e＜L/6时，基底压力成梯形分布；e=L/6时，基底压力为三角形分布；e＞L/6时，基底压力pmin＜0（2-11）第二章土体应力计算pmin＜0，

5、由于地基与基础之间不能承受拉力，此时基底与地基局部脱离而使基底压力重新分布。根据基底压力与偏心荷载相平衡的条件，三角形反力分布如图（c）中的实线所示的形心应在P+G的合力Fv作用线上，由此可计算基础边缘的最大压力pmax为pmax=2Fv／3kb式中：k——单向偏心荷载作用点至具有最大压力的基底边缘的距离，k=(l/2-e)。对于荷载沿长度方向均布的条形基础，P和G对应均取单位长度内的相应值，基础宽度取为b，则基底压力为（2-13）第二章土体应力计算三、倾斜偏心荷载作用下的基底压力当基础底面受到倾斜的偏心荷载作用时，先将倾斜偏心的合力R分解为竖向分量Fv

6、和水平分量Fh，其中Fv=Rcosβ，Fh＝Rsinβ，β为倾斜荷载与竖向线之间的倾角。对于竖向分量Fv作用下的基底反力计算，矩形基底用式（2－11），条形基底用式（2－13）对于水平分量Fh引起的基底反力可按下式计算矩形基底ph=Fh／lb条形基底第二章土体应力计算四、基底附加应力——基底净压力实际工程中，基础总是埋置在天然地面以下一定的深度，势必要进行基坑开挖，这样一来就意味着加了一个负荷载。因此，应在基底压力中扣除基底标高处原有土的自重应力，才是基础底面下真正施加于地基的压力，称为基底附加应力或基底净压力。基底净压力按下式计算：对于基底压力p为均布

7、情况对于基底压力为梯形分布情况第二章土体应力计算2-4地基中的附加应力计算计算方法：假定地基土是各项同性的、均质的、线性变形体，而且在深度和水平方向上都是无限的。应力计算可分为空间问题和平面问题。一、附加应力基本解答（一）竖向集中力作用下地基附加应力——半无限空间体弹性力学基本解由布辛内斯克解答得σz的表达式第二章土体应力计算由图中的几何关系，得式中称为竖向集中力作用竖向附加应力系数。第二章土体应力计算（二）等代荷载法——基本解答的初步应用由于集中力作用下地基中的附加应力σz仅是荷载的一次函数，因此当若干个竖向集中力Fi（I=1，2，‥‥‥n）作用于地表

8、时，应用叠加原理，地基中z深度任一点M的附加应力σz应为各集中力单独作用时在该点