土中应力分布及计算 (2).ppt
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1、关于土中应力分布及计算 (2)1现在学习的是第1页,共52页2 概述建筑物建造建筑物建造 地基应力改变地基应力改变 地基变形地基变形 基础沉降基础沉降 建筑地基基础设计时必须计算地基变形,且必须将其控制在允许范围内。建筑地基基础设计时必须计算地基变形,且必须将其控制在允许范围内。为此,首先要计算地基应力。为此,首先要计算地基应力。 地基应力包括:地基应力包括: 1、自重应力自重应力土本身自重引起。在建筑物建造前即存在,故又称为土本身自重引起。在建筑物建造前即存在,故又称为初始应力。初始应力。 2、附加应力附加应力建筑物荷载引起。一般采用弹性理论计算。建筑物荷载引起。一般采用弹性理论计算。 地基
2、应力改变是引起建筑物基础沉降的主要原因,地基的稳定也与地基应力改变是引起建筑物基础沉降的主要原因,地基的稳定也与应力密切相关。因此必须重视应力的计算。应力密切相关。因此必须重视应力的计算。现在学习的是第2页,共52页3概述强度问题强度问题变形问题变形问题地基中的应力状态地基中的应力状态应力应变关系应力应变关系土力学中应力符号的规定土力学中应力符号的规定应力状态应力状态自重应力自重应力附加应力附加应力基底压力计算基底压力计算有效应力原理有效应力原理建筑物修建以后,建筑物重量等建筑物修建以后,建筑物重量等外荷载在地基中引起的应力,所外荷载在地基中引起的应力,所谓的谓的“附加附加”是指在原来自重应是
3、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。建筑物修建以前,地基中建筑物修建以前,地基中由土体本身的有效重量所由土体本身的有效重量所产生的应力。产生的应力。现在学习的是第3页,共52页4yzxo一一. . 土力学中应力符号的规定土力学中应力符号的规定 概述地基:地基:半无限空间半无限空间现在学习的是第4页,共52页5概述x z xz zx x z xz zx 莫尔圆应力分析莫尔圆应力分析材料力学材料力学+-+-土力学土力学正应力正应力剪应力剪应力拉为正拉为正压为负压为负顺时针为正顺时针为正逆时针为负逆时针为负压为正压为正拉为负拉为负逆时针为正逆时针为正顺时针为负顺时针为负现在学习的是
4、第5页,共52页6均匀一致各向同性体均匀一致各向同性体(土层性质变化不大时)(土层性质变化不大时)线弹性体线弹性体(应力较小时)(应力较小时)连续介质连续介质(宏观平均)(宏观平均) 、E与与(x, y, z)无关无关与方向无关与方向无关 理论 方法弹性力学解弹性力学解求解求解“弹性弹性”土体中的应力土体中的应力解析方法解析方法优点:简单,易于绘成图表等优点:简单,易于绘成图表等碎散体碎散体非线性非线性弹塑性弹塑性成层土成层土各向异性各向异性p pe e线弹性体线弹性体加载加载卸载卸载土的应力-应变关系的假定 现在学习的是第6页,共52页7 土中自重应力 假设天然地面为一无限大的水平面,地基土
5、质均匀,则由对称性(任一竖直假设天然地面为一无限大的水平面,地基土质均匀,则由对称性(任一竖直面均为对称面)可知,在任一竖直面和水平面上,均无剪应力存在,且在面均为对称面)可知,在任一竖直面和水平面上,均无剪应力存在,且在地面下任意深度地面下任意深度 z 处水平面上的竖向自重应力处水平面上的竖向自重应力 即为该水平面上任一单即为该水平面上任一单位面积的土柱体自重,即:位面积的土柱体自重,即: 理由:由于侧面无剪应力,则任一底面积为理由:由于侧面无剪应力,则任一底面积为 s 的土柱在的土柱在 z处水平面上产生的处水平面上产生的竖向应力为:竖向应力为: 这表明这表明 沿水平面均匀分布,沿深度直线分
6、布。沿水平面均匀分布,沿深度直线分布。czzczz szs土柱重土柱底面积cz现在学习的是第7页,共52页8均质地基自重应力除竖向自重应力外,地基中还有侧向自重应力。由于除竖向自重应力外,地基中还有侧向自重应力。由于 在任一水平面上都均匀地在任一水平面上都均匀地无限分布,故地基土在自重应力作用下只能产生竖向变形,而不能发生侧向变无限分布,故地基土在自重应力作用下只能产生竖向变形,而不能发生侧向变形和剪切变形,即有形和剪切变形,即有 , 。则由弹性力学中的广义虎克定律有:。则由弹性力学中的广义虎克定律有:式中,式中,E0为土的变形模量;为土的变形模量; 为土的泊松比。为土的泊松比。 因此,均质地
7、基中的任意一点自重应力为:因此,均质地基中的任意一点自重应力为: 其中其中 ,称为土的侧压力系数或,称为土的侧压力系数或静止土压力系数静止土压力系数 。0011xcxcyczycycxczEE 0 xy0 xyyzzxczz00cxcyczKKz0 xyyzzx01Kcz1cxcycz现在学习的是第8页,共52页9成层地基自重应力只有有效应力,才能使土粒彼此挤紧,从而引起土体变形。而自重应力作用下的土只有有效应力,才能使土粒彼此挤紧,从而引起土体变形。而自重应力作用下的土体变形一般均已完成(欠固结土除外),故自重应力通常均指自重有效应力,体变形一般均已完成(欠固结土除外),故自重应力通常均指自
8、重有效应力,计算自重有效应力时对地下水位以下土层必须以有效重度计算自重有效应力时对地下水位以下土层必须以有效重度 代替天然重度代替天然重度 。出。出于简化和习惯,除非特别说明,以后将最常用的竖向自重有效应力简称为自重于简化和习惯,除非特别说明,以后将最常用的竖向自重有效应力简称为自重应力。应力。 对于成层地基(具有成层土的地基),自重应力计算式为:对于成层地基(具有成层土的地基),自重应力计算式为:n 从地面到深度从地面到深度 z 处的土层总数;处的土层总数; 深度深度 处的自重应力,处的自重应力,kPa; 第第i层土的天然重度,地下水位以下的土层取层土的天然重度,地下水位以下的土层取 ,kN
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