3土中应力计算解析.pptx
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1、第三章第三章 土中应力计算土中应力计算 土的自重应力 附加应力第三章第三章 土中应力计算土中应力计算3.1 土的自重应力3.2 基底压力3.3 地基附加应力3.1 土的自重应力自重应力:自重应力:由于土体本身自重引起的应力由于土体本身自重引起的应力确定土体初始确定土体初始应力状态应力状态 土体在自重作用下,在漫长的地质历史时期,已经土体在自重作用下,在漫长的地质历史时期,已经压缩稳定,因此,土的自重应力压缩稳定,因此,土的自重应力不再引起土的变形不再引起土的变形。但对于新沉积土层或近期人工充填土应考虑自重应力但对于新沉积土层或近期人工充填土应考虑自重应力引起的变形。引起的变形。n计算基本假定:
2、计算基本假定:地基土是连续、均地基土是连续、均匀、各向同性的半匀、各向同性的半无限线性变形体无限线性变形体土在自重作用下只能产生竖向变形,无侧向变形和剪切变形土在自重作用下只能产生竖向变形,无侧向变形和剪切变形一、一、竖向自重应力竖向自重应力天然地面11zzcz cz=z 土体中任意深度处的竖向自重应力等于单位面积上土柱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的有效重量有效重量二、成层土的自重应力计算二、成层土的自重应力计算说明:说明:1.地下水位以上土层地下水位以上土层采用天然重度,地下采用天然重度,地下水位以下土层采用浮水位以下土层采用浮重度重度2.非均质土中自重应非均质土中自重
3、应力沿深度呈折线分布力沿深度呈折线分布 天然地面天然地面h1h2h33 2 1 水位面水位面 1 h1 1 h1+2h2 1 h1+2h2+3h3 三、水平向自重应力三、水平向自重应力天然地面天然地面z静止侧压静止侧压力系数力系数四、自重应力与地基变形的关系四、自重应力与地基变形的关系u天然土层形成地质年代较久,在漫长的地质历史时期,已天然土层形成地质年代较久,在漫长的地质历史时期,已经压缩稳定,因此,土的自重应力不再引起土的变形;经压缩稳定,因此,土的自重应力不再引起土的变形;u对于新沉积土层或近期人工充填土应考虑自重应力引起的对于新沉积土层或近期人工充填土应考虑自重应力引起的变形;变形;u
4、地下水位下降会引起自重应力的变化,使地基中原地下水地下水位下降会引起自重应力的变化,使地基中原地下水位以下部分土的有效自重应力增加,从而造成地表大面积位以下部分土的有效自重应力增加,从而造成地表大面积附加下沉;附加下沉;u地下水位上升,使原来位于地下水位以上的土体处于地下地下水位上升,使原来位于地下水位以上的土体处于地下水位之下,会使这部分土体压缩量增大,抗剪强度降低,水位之下,会使这部分土体压缩量增大,抗剪强度降低,引起附加沉降。引起附加沉降。第三章第三章 土中应力计算土中应力计算 土的自重应力 附加应力天然地面z五、例题分析五、例题分析【例】一地基由多层土组成,地质剖面如下图所示,试一地基
5、由多层土组成,地质剖面如下图所示,试计算并绘制自重应力计算并绘制自重应力cz沿深度的分布图。沿深度的分布图。57.0kPa80.1kPa103.1kPa150.1kPa194.1kPa3.2 基底压力 基底压力基底压力:建筑物上部结构荷载和基础自重作用于建筑物上部结构荷载和基础自重作用于 基础底面传至地基的单位面积压力基础底面传至地基的单位面积压力F基底压力、接触压力、基底反力、地基反力基底压力、接触压力、基底反力、地基反力影响基底压力的因素影响基底压力的因素:基础的形状、大小、刚度,埋置深基础的形状、大小、刚度,埋置深度,基础上作用荷载的性质(中心、偏心、倾斜等)及大小、度,基础上作用荷载的
6、性质(中心、偏心、倾斜等)及大小、地基土性质地基土性质 圣维南原理圣维南原理:在地表以下一定深度处所引起的土中应力几乎在地表以下一定深度处所引起的土中应力几乎和基底压力的分布形状无关,而与其合力的大小和作用点的和基底压力的分布形状无关,而与其合力的大小和作用点的位置有关。位置有关。基底压力简化计算方法基底压力简化计算方法:对于具有一定刚度以及尺寸较小对于具有一定刚度以及尺寸较小的扩展基础,基底压力近似作直线分布,按材料力学公式进的扩展基础,基底压力近似作直线分布,按材料力学公式进行简化计算行简化计算柔性基础基底压力分布图柔性基础基底压力分布图 刚性基础基底压力分布图刚性基础基底压力分布图一、中
7、心荷载作用下的基底压力一、中心荷载作用下的基底压力若是条形基础,若是条形基础,F,G取单位长度取单位长度基底面积计算基底面积计算G=GAd取室内外平取室内外平均埋深计算均埋深计算A20KN/m3二、单向偏心荷载作用下的基底压力二、单向偏心荷载作用下的基底压力F+G eelbpmaxpmin作用于基础底面作用于基础底面形心上的力矩形心上的力矩M=(F+G)e 基基础础底底面面的的抵抵抗抗矩矩;矩矩形形截截面面W=bl2/6 基础设计时通常将基底长边基础设计时通常将基底长边方向取为与偏心方向一致方向取为与偏心方向一致讨论:讨论:基底压力分布基底压力分布?当当e0,基底压力呈梯形分布,基底压力呈梯形
8、分布 当当e=l/6时,时,pmax0,pmin=0,基底压力呈三角形分布,基底压力呈三角形分布 当当el/6时,时,pmax0,pmin0,基底出现拉应力,基底出现拉应力pmaxpminel/6pmaxpmin0pmaxpmin=0基底压力重分布基底压力重分布基底压力重分布基底压力重分布力平衡原理力平衡原理:偏心荷:偏心荷载作用在基底压力分载作用在基底压力分布图形的形心上布图形的形心上 基底附加压力:基底附加压力:由于建造建筑物而新增加在地基表面由于建造建筑物而新增加在地基表面的压力,即导致地基中产生附加应力的那部分基底压力的压力,即导致地基中产生附加应力的那部分基底压力三、基底附加压力三、
9、基底附加压力FFd实际情况实际情况基底附加压力在数基底附加压力在数值上等于基底压力值上等于基底压力扣除基底标高处原扣除基底标高处原有土体的自重应力有土体的自重应力dpp00-=基底压力呈梯形分布时,基底压力呈梯形分布时,基底附加压力基底附加压力基底附加压力基底附加压力自重应力自重应力基础标高以上土基础标高以上土的加权平均容重的加权平均容重【例题分析例题分析】【例】某单独基础,底面尺寸为某单独基础,底面尺寸为4.84.83 3m2,地基,地基条件如下图所示。基础上作用集中荷载条件如下图所示。基础上作用集中荷载F=2100kN,M=600kNm,试求基底应力分布及基底中点下的附,试求基底应力分布及
10、基底中点下的附加应力。加应力。4.8mFM耕土耕土 16kN/m32.5m细砂细砂 17.5kN/m31m【例】某单独基础,底面尺寸为某单独基础,底面尺寸为4.84.83 3m2,地基条件如下图,地基条件如下图所示。基础上作用集中荷载所示。基础上作用集中荷载F=2100kN,M=600kNm,试求,试求基底应力分布及基底中点下的附加应力。基底应力分布及基底中点下的附加应力。4.8mFM耕土耕土 16kN/m32.5m细砂细砂 17.5kN/m31mG=GAd=204.832.5=720KNe=M/(F+G)=0.213l/6=0.8pmaxpmin【解解】:247.88KPa143.72KPa
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