土质学与土力学第4章 土中应力计算
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第四章地基土中的应力计算★概述★土中自重应力计算★基底压力的分布与计算★地基附加应力及有效应力原理第一节概述地基应力计算的目的:1. 计算土体变形,比如建筑物地基的沉降;2. 土体承载力与稳定性分析。
一、地基土中应力分类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。
附加应力——由外荷(静的或动的)引起的土中应力增量。
一、地基土中应力分类2.按作用原理或应力传递方式分为有效应力和孔隙应(压)力有效应力——土粒所传递的粒间应力,它是控制土的体积(或变形)和强度两者变化的土中应力。
孔隙应(压)力——由土孔隙中的水和气体所传递的应力。
二、基本假设视地基土体为连续体半无限的线弹性体均质各向同性体按《弹性力学》的方法进行计算。
三、土中一点的应力状态土中一点的应力状态:---土中一点在各个方向上应力的数值。
三、土中一点的应力状态土力学中,法向应力以压应力为正,拉应力为负。
剪应力的正负号规定是:当剪应力作用面上的法向应力方向与坐标轴的正方向一致,则剪应力的方向与坐标轴正方向一致时为正,反之为负。
第二节自重应力的计算一、均质土体1.竖向自重应力2.水平向自重应力K 0-土的静止侧压力系数z FFz cz γγσ=•=二、成层土体地基为不同土层且无地下水ii h γσ∑=三、有地下水时的自重应力地下水位以下的砂土、粉土以及粘性土液性指数大于等于1时均取浮重度;粘性土液性指数小于等于0时取天然重度,在0~1之间时依最不利原则取其天然或浮重度。
例题4-1、4-2、4-3例题4-3两者相比较可以看出,当地下水位下降时,会引起有效自重应力的增加。
地下水位的升降,使地基土中自重应力也相应发生变化。
当地下水位长期下降时,地基中有效应力增加,从而引起地面大面积沉降;当地下水位长期上升时,会引起地基承载力减少、湿陷性土的塌陷等现象。
第三节基底压力和基底附加压力计算地基---建筑物影响范围内的有限土层。
第四章土中应力计算主要内容第一节概述第二节土中自重应力计算第三节基底压力计算第四节土中附加应力计算第五节有效应力原理第一节概述土中应力(stress in soil)是由地基上的作用在土中引起的应力。
一、分类1、按引起的原因分自重应力:由土体自重产生的应力。
附加应力:由外部作用,在土中产生的应力。
2、按分担物质分有效应力:由土骨架传递或承担的应力。
是土体产生变形和强度的真正应力。
孔隙水应力:由土中孔隙水传递或承担的应力。
二、分析计算方法1、弹性力学法2、数值计算方法,比如差分法、有限元法等。
自重应力(geostatic stress )是由土体自重产生的应力。
一、假定1、土体表面为无限大的水平面。
2、土体在自重的作用下已压缩稳定。
二、竖向自重应力计算1、成层土式中z :计算点到地表的距离,m ;γi :第i 层土的重度,地下水位以下采用浮重度γ';h i :第i 层土的厚度,m 。
∑==n i ii cz h 1γσz h n i i =∑=12、有隔水层时⑴隔水层效应隔水层面以上水的静压力使隔水层面以下土的有效应力增加。
⑵计算公式式中:γw :水的重度,可取10.0kN/m 3;h w :地下水位到隔水层面的距离,m 。
ww ni i i cz h h γγσ+=∑=1二、水平自重应力计算式中:k 0:土的侧压力系数;μ:土的泊松比。
三、自重应力分布规律1、均质土中线性分布;2、随深度逐渐增加;3、一般呈折线分布;4、隔水层面处,突然增加。
czcy cx k σσσ0==μμ-=10k第三节基底压力计算基底压力(contact pressure of foundation base):作用于基础底面处土层单位面积上的压力。
一、影响基底压力分布的因素1、荷载大小和分布。
2、地基土的性质和分布。
3、基础和上部结构与地基的相对刚度。
3、基础大小、形状和埋深。
二、基底压力简化计算1、假设:基底压力为线性分布。