第二章土中應(yīng)力計(jì)算ppt課件

1、土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算 第二章第二章2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算強(qiáng)度問(wèn)題強(qiáng)度問(wèn)題變形問(wèn)題變形問(wèn)題地基中的應(yīng)力狀態(tài)地基中的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系土力學(xué)中應(yīng)力符號(hào)的規(guī)定土力學(xué)中應(yīng)力符號(hào)的規(guī)定應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系自重應(yīng)力自重應(yīng)力附加應(yīng)力附加應(yīng)力基底壓力計(jì)算基底壓力計(jì)算有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理建筑物修建以后，建筑物建筑物修建以后，建筑物重量等外荷載在地基中引重量等外荷載在地基中引起的應(yīng)力，所謂的起的應(yīng)力，所謂的“附加附加是指在原來(lái)自重應(yīng)力基是指在原來(lái)自重應(yīng)力基礎(chǔ)上增加的壓力。礎(chǔ)上增加的壓力。建筑物修建以前，地基建筑物修建以前，地基中由土體本身的有效重中由

2、土體本身的有效重量所產(chǎn)生的應(yīng)力。量所產(chǎn)生的應(yīng)力。2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系2.2 2.2 土中自重應(yīng)力土中自重應(yīng)力2.3 2.3 基礎(chǔ)底面壓力及其簡(jiǎn)化計(jì)算基礎(chǔ)底面壓力及其簡(jiǎn)化計(jì)算2.4 2.4 豎向荷載作用下地基附加應(yīng)力計(jì)算豎向荷載作用下地基附加應(yīng)力計(jì)算2.6 2.6 有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理2.5 2.5 水平荷載作用下地基附加應(yīng)力計(jì)算水平荷載作用下地基附加應(yīng)力計(jì)算yzxo一一. . 土力學(xué)中應(yīng)力符號(hào)的規(guī)定土力學(xué)中應(yīng)力符號(hào)的規(guī)定 2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)

3、系x z y xy yz zx x y xy yz zx xz zy yx z ij = =地基：半無(wú)限空間地基：半無(wú)限空間zy yx xz 一一. . 土力學(xué)中應(yīng)力符號(hào)的規(guī)定土力學(xué)中應(yīng)力符號(hào)的規(guī)定 2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系x z xz zx x z xz zx 摩爾圓應(yīng)力分析摩爾圓應(yīng)力分析材料力學(xué)材料力學(xué)+-+-土力學(xué)土力學(xué)正應(yīng)力正應(yīng)力剪應(yīng)力剪應(yīng)力拉為正拉為正壓為負(fù)壓為負(fù)順時(shí)針為正順時(shí)針為正逆時(shí)針為負(fù)逆時(shí)針為負(fù)壓為正壓為正拉為負(fù)拉為負(fù)逆時(shí)針為正逆時(shí)針為正順時(shí)針為負(fù)順時(shí)針為負(fù)二二. . 地基中常見(jiàn)的應(yīng)力狀態(tài)地基中常見(jiàn)的應(yīng)力

4、狀態(tài) 2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系yzxo1.1.一般應(yīng)力狀態(tài)一般應(yīng)力狀態(tài)三維問(wèn)題三維問(wèn)題x y xy yz zx xz zy yx z ij = =x y xy yz zx xz zy yx z ij = =z x y xy yz zx xz yx zy 2. 2. 軸對(duì)稱三維問(wèn)題軸對(duì)稱三維問(wèn)題應(yīng)變條件應(yīng)力條件獨(dú)立變量：xyz; xyz; xyyzzx,0 xyzxyz,;, 二二. . 地基中常見(jiàn)的應(yīng)力狀態(tài)地基中常見(jiàn)的應(yīng)力狀態(tài) 2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

5、x y xy yz zx xz zy yx z ij = =x y xy yz zx xz zy yx z ij = =0 00 00 00 00 00 00 00 00 0y xyyzzx,0 0 00 00 0 x y xy yz zx xz yx zy 2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系yzxo2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算3. 3. 平面應(yīng)變條件平面應(yīng)變條件二維問(wèn)題二維問(wèn)題x z xz zx ; 0y 0;0zxyzyx l垂直于垂直于y軸切出的任意斷面的幾軸切出的任意斷面的幾何形狀均相同，其地基內(nèi)的應(yīng)力何形狀均相同，其地基內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)也相同；狀態(tài)也相同

6、；l沿長(zhǎng)度方向有足夠長(zhǎng)度，沿長(zhǎng)度方向有足夠長(zhǎng)度，L/B10；l平面應(yīng)變條件下，土體在平面應(yīng)變條件下，土體在x, z平平面內(nèi)可以變形，但在面內(nèi)可以變形，但在y方向沒(méi)有方向沒(méi)有變形。變形。二二. . 地基中常見(jiàn)的應(yīng)力狀態(tài)地基中常見(jiàn)的應(yīng)力狀態(tài) x y xy yz zx xz yx zy 3. 3. 平面應(yīng)變條件平面應(yīng)變條件二維問(wèn)題二維問(wèn)題應(yīng)變條件應(yīng)力條件獨(dú)立變量; 0y 0EEzxyy zxy )z, x(F;,;,xzzxxzzx 二二. . 地基中常見(jiàn)的應(yīng)力狀態(tài)地基中常見(jiàn)的應(yīng)力狀態(tài) 2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系x y xy yz

7、 zx xz zy yx z ij = =x y xy yz zx xz zy yx z ij = =0 00 00 00 00 00 00 00 00 0y 0;0zxyzxy 4.4.側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)一維問(wèn)題一維問(wèn)題水平地基水平地基半無(wú)限空間體；半無(wú)限空間體；半無(wú)限彈性地基內(nèi)的自重應(yīng)力只與半無(wú)限彈性地基內(nèi)的自重應(yīng)力只與Z Z有關(guān)；有關(guān)；土質(zhì)點(diǎn)或土單元不可能有側(cè)向位移土質(zhì)點(diǎn)或土單元不可能有側(cè)向位移側(cè)限應(yīng)變條件；側(cè)限應(yīng)變條件；任何豎直面都是對(duì)稱面任何豎直面都是對(duì)稱面應(yīng)變條件; 0 xy 0zxyzxy ABsBsA 2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變

8、關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系二二. . 地基中常見(jiàn)的應(yīng)力狀態(tài)地基中常見(jiàn)的應(yīng)力狀態(tài) yzxo應(yīng)變條件應(yīng)變條件應(yīng)力條件應(yīng)力條件獨(dú)立變量獨(dú)立變量; 0 xy 0zxyzxy ; 0zxyzxy ; 0EEzyxx ;K1z0zyx ;yx )z(F,zz 4.4.側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)一維問(wèn)題一維問(wèn)題2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系二二. . 地基中常見(jiàn)的應(yīng)力狀態(tài)地基中常見(jiàn)的應(yīng)力狀態(tài) x y xy yz zx xz zy yx z ij = =x y xy yz zx xz zy yx z ij = =0 00 00 00 00 00

9、00 00 00 0y 0 00 00 00 00 0 x K0K0：側(cè)壓力系數(shù)：側(cè)壓力系數(shù)三三. . 土的應(yīng)力土的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系的假定應(yīng)變關(guān)系的假定 2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系1 1、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律2 2、應(yīng)力計(jì)算時(shí)的基本假定、應(yīng)力計(jì)算時(shí)的基本假定特殊應(yīng)力狀態(tài)特殊應(yīng)力狀態(tài)一維問(wèn)題一維問(wèn)題側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮試驗(yàn)軸對(duì)稱問(wèn)題軸對(duì)稱問(wèn)題常規(guī)三軸試驗(yàn)常規(guī)三軸試驗(yàn)三三. . 土的應(yīng)力土的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系的假定應(yīng)變關(guān)系的假定 2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)

10、系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系1 1、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律(1)(1)常規(guī)三軸試驗(yàn)常規(guī)三軸試驗(yàn)試樣試樣壓力室壓力室壓力壓力水水排水管排水管閥門閥門軸向加壓桿軸向加壓桿有機(jī)玻璃罩有機(jī)玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石頂帽頂帽l施加圍壓施加圍壓，排水閥門始終，排水閥門始終打開(kāi)，充分固結(jié)打開(kāi)，充分固結(jié)l施加施加( (1 -1 -) )時(shí)，排水閥門時(shí)，排水閥門始終打開(kāi)，速度慢足以使孔壓始終打開(kāi)，速度慢足以使孔壓消散消散a) a) 固結(jié)排水試驗(yàn)固結(jié)排水試驗(yàn)測(cè)定：測(cè)定：軸向應(yīng)變軸向應(yīng)變軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力體積應(yīng)變體積應(yīng)變?nèi)? . 土的應(yīng)力土的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系的假定應(yīng)變關(guān)系的假定 2 2 土

11、中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系1 1、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律(1)(1)常規(guī)三軸試驗(yàn)常規(guī)三軸試驗(yàn)a) a) 固結(jié)排水試驗(yàn)固結(jié)排水試驗(yàn) v應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系以某種粘土為例應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系以某種粘土為例與圍壓有關(guān)與圍壓有關(guān)非線性非線性剪脹性剪脹性三三. . 土的應(yīng)力土的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系的假定應(yīng)變關(guān)系的假定 2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系1 1、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律(1)(1)常規(guī)三軸試驗(yàn)常規(guī)三軸試驗(yàn)a) a) 固結(jié)排水試驗(yàn)固結(jié)排水試驗(yàn)應(yīng)

12、力應(yīng)變關(guān)系以某種粘土為例應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系以某種粘土為例31 1 e p 1 1Ei1 1EtzzE 31xz 變形模量：變形模量：彈彈性性模模量量泊松比：泊松比：彈塑性彈塑性三三. . 土的應(yīng)力土的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系的假定應(yīng)變關(guān)系的假定 2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系1 1、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律(1)(1)常規(guī)三軸試驗(yàn)常規(guī)三軸試驗(yàn)b) b) 固結(jié)不排水試驗(yàn)固結(jié)不排水試驗(yàn)l施加圍壓施加圍壓充分固結(jié)充分固結(jié)l施加施加( (1 -1 -) )時(shí)，閥時(shí)，閥門關(guān)閉，可連接孔壓傳感門關(guān)閉，可連接孔壓傳感器，量測(cè)剪切過(guò)程

13、中產(chǎn)生器，量測(cè)剪切過(guò)程中產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力的超靜孔隙水壓力 u u試樣試樣壓力室壓力室壓力壓力水水排水管排水管閥門閥門軸向加壓桿軸向加壓桿有機(jī)玻璃罩有機(jī)玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石頂帽頂帽量測(cè)孔隙水壓力量測(cè)孔隙水壓力測(cè)定：測(cè)定：軸向應(yīng)變軸向應(yīng)變軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力孔隙水壓力孔隙水壓力三三. . 土的應(yīng)力土的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系的假定應(yīng)變關(guān)系的假定 2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系1 1、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律(1)(1)常規(guī)三軸試驗(yàn)常規(guī)三軸試驗(yàn)a) a) 固結(jié)不排水試驗(yàn)固結(jié)不排水試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系以某種粘土為例

14、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系以某種粘土為例u三三. . 土的應(yīng)力土的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系的假定應(yīng)變關(guān)系的假定 2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系1 1、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律(2)(2)側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮試驗(yàn)水槽水槽內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)環(huán)刀環(huán)刀透水石透水石試樣試樣傳壓板傳壓板百分表百分表施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定施加荷載，靜置至變形穩(wěn)定逐級(jí)加大荷載逐級(jí)加大荷載測(cè)定：測(cè)定：軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力軸向變形軸向變形Pt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3se試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)結(jié)果：三三. . 土的應(yīng)力土的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系的假定應(yīng)變關(guān)系的假定 2 2

15、土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系1 1、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律(2)(2)側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系以某種粘土為例應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系以某種粘土為例zp z )e1(e00 1 1Es1 1Ee非線性非線性彈塑性彈塑性 zszE側(cè)限變形模量：側(cè)限變形模量：三三. . 土的應(yīng)力土的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系的假定應(yīng)變關(guān)系的假定 2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系1 1、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律側(cè)限壓縮試驗(yàn)側(cè)限壓縮試驗(yàn)常規(guī)三軸試驗(yàn)常規(guī)三軸試驗(yàn)

16、常規(guī)三軸試驗(yàn)與側(cè)限壓縮試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線的比較常規(guī)三軸試驗(yàn)與側(cè)限壓縮試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線的比較zp z )e1(e00 由虎克定律由虎克定律: yxzzEE xyxyz0;1 側(cè)限條件下側(cè)限條件下:2zz2E11 那那么么: 1211212EEEzzzE EsE Es變形模量變形模量 E E 與側(cè)限變形模量與側(cè)限變形模量 Es Es 之間的關(guān)系之間的關(guān)系三三. . 土的應(yīng)力土的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系的假定應(yīng)變關(guān)系的假定 2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系1 1、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律、室內(nèi)測(cè)定方法及一般規(guī)律2s2EE ,111 三三.

17、 . 土的應(yīng)力土的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系的假定應(yīng)變關(guān)系的假定 均勻一致各向同性體均勻一致各向同性體（土層性質(zhì)變化不大時(shí)）（土層性質(zhì)變化不大時(shí)） 線彈性體線彈性體（應(yīng)力較小時(shí)）（應(yīng)力較小時(shí)） 連續(xù)介質(zhì)連續(xù)介質(zhì)（宏觀平均）（宏觀平均） 、E與與(x, y, z)無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)與方向無(wú)關(guān)與方向無(wú)關(guān) 實(shí)際 方法彈性力學(xué)解彈性力學(xué)解求解求解“彈性土體中的應(yīng)力彈性土體中的應(yīng)力解析方法解析方法優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，易于繪成圖表等優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，易于繪成圖表等2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算碎散體碎散體非線性非線性彈塑性彈塑性成層土成層土各向異性各向異性2.1 2.1 概述概述ppee線彈性體線彈性體加載加載卸載卸載2 2、應(yīng)力

18、計(jì)算時(shí)的基本假定、應(yīng)力計(jì)算時(shí)的基本假定2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系2.2 2.2 土中自重應(yīng)力土中自重應(yīng)力2.3 2.3 基礎(chǔ)底面壓力及其簡(jiǎn)化計(jì)算基礎(chǔ)底面壓力及其簡(jiǎn)化計(jì)算2.5 2.5 豎向荷載作用下地基附加應(yīng)力計(jì)算豎向荷載作用下地基附加應(yīng)力計(jì)算2.6 2.6 有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理2.6 2.6 水平荷載作用下地基附加應(yīng)力計(jì)算水平荷載作用下地基附加應(yīng)力計(jì)算2.2 2.2 土中自重應(yīng)力的計(jì)算土中自重應(yīng)力的計(jì)算一一. . 水平地基中的自重應(yīng)力水平地基中的自重應(yīng)力假定：水平地基假定：水平地基半無(wú)限空間體半無(wú)限空間體半無(wú)限彈性體半

19、無(wú)限彈性體 有側(cè)限應(yīng)變條件有側(cè)限應(yīng)變條件一維問(wèn)題一維問(wèn)題3 3 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算定義：在修建建筑物以前，地基中由土體本身的有效重量而產(chǎn)生的應(yīng)力。定義：在修建建筑物以前，地基中由土體本身的有效重量而產(chǎn)生的應(yīng)力。目的：確定土體的初始應(yīng)力狀態(tài)目的：確定土體的初始應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算：地下水位以上用天然容重，地下水位以下用浮容重計(jì)算：地下水位以上用天然容重，地下水位以下用浮容重一、均質(zhì)土中自重應(yīng)力zcz天然地面cz cx cy zzcz cz= z 土體中任意深度處的豎向自重應(yīng)力等于單位面積上土柱土體中任意深度處的豎向自重應(yīng)力等于單位面積上土柱的有效重力的有效重力11wzczzcAzAAWz二、成

20、層土及土層中有地下水時(shí)的自重應(yīng)力計(jì)算iniinnczhhhh 12211闡明：闡明：1.1.地下水位以上土層采用地下水位以上土層采用天然重度，地下水位以下天然重度，地下水位以下土層應(yīng)根據(jù)土的性質(zhì)確定土層應(yīng)根據(jù)土的性質(zhì)確定是否需要考慮水的浮力作是否需要考慮水的浮力作用。若受到水的浮力作用，用。若受到水的浮力作用，則水下部分重度采用浮重則水下部分重度采用浮重度有效重度）度有效重度）2.2.非均質(zhì)土中自重應(yīng)力沿非均質(zhì)土中自重應(yīng)力沿深度呈折線分布深度呈折線分布 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 地下水位位于同一土層中，

21、計(jì)算自重應(yīng)力時(shí)，地下水位面應(yīng)作為分層的界面。二、成層土及土層中有地下水時(shí)的自重應(yīng)力計(jì)算天然地面地下水位不透水層h4hhhhh3+h4)h1+hh1hhhh2h3h1c線43在地下水位以下，在地下水位以下，如埋藏有不透水層如埋藏有不透水層( (例如巖層或只含結(jié)例如巖層或只含結(jié)合水的堅(jiān)硬粘土層合水的堅(jiān)硬粘土層IL0)IL0)，由于不透水，由于不透水層中不存在水的浮力，層中不存在水的浮力，所以不透水層層面及所以不透水層層面及層面以下的自重應(yīng)力層面以下的自重應(yīng)力應(yīng)按上覆土層的水土應(yīng)按上覆土層的水土總重計(jì)算，如圖中虛總重計(jì)算，如圖中虛線所示。線所示。)(4344332211chhhhhhwz三、地下水位

22、升降對(duì)地基自重應(yīng)力的影響變動(dòng)后地下水位變動(dòng)后地下水位原地下水位原地下水位天然地面天然地面變動(dòng)后地下水位變動(dòng)后地下水位天然地面天然地面原地下水位原地下水位地下水位升降對(duì)地基自重應(yīng)力的影響地下水位升降對(duì)地基自重應(yīng)力的影響四、水平向自重應(yīng)力側(cè)向自重應(yīng)力）czcycxK0天然地面天然地面zcz cx cy zcz靜止側(cè)壓靜止側(cè)壓力系數(shù)力系數(shù)01K;HHH332211sz iiszH成層地基成層地基計(jì)算公式計(jì)算公式均質(zhì)地基均質(zhì)地基zAzAAWsz 豎直向：豎直向：sz0sysxK ii0sz0sysxHKK思考題：水位驟降后，原水位到現(xiàn)水位之間思考題：水位驟降后，原水位到現(xiàn)水位之間 的飽和土層用什么容重

23、？的飽和土層用什么容重？Z1H2H3H2.2 2.2 土中自重應(yīng)力的計(jì)算土中自重應(yīng)力的計(jì)算2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算zsz 水平向：水平向： 1K0豎直向：豎直向：水平向：水平向：容重：地下水位以上用天然容重容重：地下水位以上用天然容重 地下水位以下用浮容重地下水位以下用浮容重22331 1分布規(guī)律分布規(guī)律自重應(yīng)力分布線的斜率是容重；自重應(yīng)力分布線的斜率是容重；自重應(yīng)力在等容重地基中隨深度呈直線分布；自重應(yīng)力在等容重地基中隨深度呈直線分布；自重應(yīng)力在成層地基中呈折線分布；自重應(yīng)力在成層地基中呈折線分布；在土層分界面處和地下水位處發(fā)生轉(zhuǎn)折。在土層分界面處和地下水位處發(fā)生轉(zhuǎn)折。 均質(zhì)地基

24、均質(zhì)地基1 2 2 )(21 成層地基成層地基2.2 2.2 土中自重應(yīng)力的計(jì)算土中自重應(yīng)力的計(jì)算2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算五、例題分析n【例】一地基由多層土組成，地質(zhì)剖面如下圖所示，試計(jì)算并繪制自重應(yīng)力cz沿深度的分布圖 57.0kPa80.1kPa103.1kPa150.1kPa194.1kPainiinnczhhhh 12211五、例題分析2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系2.2 2.2 土中自重應(yīng)力土中自重應(yīng)力2.3 2.3 基礎(chǔ)底面壓力及其簡(jiǎn)化計(jì)算基礎(chǔ)底面壓力及其簡(jiǎn)化計(jì)算2.4 2.4 豎向荷載作用下地基附加應(yīng)力

25、計(jì)算豎向荷載作用下地基附加應(yīng)力計(jì)算2.6 2.6 有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理2.5 2.5 水平荷載作用下地基附加應(yīng)力計(jì)算水平荷載作用下地基附加應(yīng)力計(jì)算基底壓力：基礎(chǔ)底面?zhèn)鬟f基底壓力：基礎(chǔ)底面?zhèn)鬟f給地基表面的壓力，也稱給地基表面的壓力，也稱基底接觸壓力?；捉佑|壓力。2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算基底壓力基底壓力附加應(yīng)力附加應(yīng)力地基沉降變形地基沉降變形基底反力基底反力基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的外荷載基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的外荷載上部結(jié)構(gòu)的自重及各上部結(jié)構(gòu)的自重及各種荷載都是通過(guò)基礎(chǔ)種荷載都是通過(guò)基礎(chǔ)傳到地基中的。傳到地基中的。影響因素影響因素計(jì)算方法計(jì)算方法分布規(guī)律分布規(guī)律上部結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)根底根底地基地基建筑物設(shè)計(jì)建筑

26、物設(shè)計(jì)暫不考慮上部結(jié)構(gòu)的影暫不考慮上部結(jié)構(gòu)的影響，使問(wèn)題得以簡(jiǎn)化；響，使問(wèn)題得以簡(jiǎn)化；用荷載代替上部結(jié)構(gòu)。用荷載代替上部結(jié)構(gòu)。2.3 2.3 基礎(chǔ)底面壓力及其簡(jiǎn)化計(jì)算基礎(chǔ)底面壓力及其簡(jiǎn)化計(jì)算一一. . 影響因素影響因素基底壓力基底壓力基礎(chǔ)條基礎(chǔ)條件件剛剛度度外外形形大大小小埋埋深深大大小小方方向向分分布布土類土類密度密度土層結(jié)構(gòu)等土層結(jié)構(gòu)等2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算荷載條荷載條件件地基條地基條件件2.3 2.3 基礎(chǔ)底面壓力及其簡(jiǎn)化計(jì)算基礎(chǔ)底面壓力及其簡(jiǎn)化計(jì)算抗彎剛度抗彎剛度EI= M0EI= M0；反證法反證法: : 假設(shè)基底壓力與荷載分布相同，假設(shè)基底壓力與荷載分布相同，則地基變

27、形與柔性基礎(chǔ)情況必然一致；則地基變形與柔性基礎(chǔ)情況必然一致；分布分布: : 中間小中間小, , 兩端無(wú)窮大。兩端無(wú)窮大。二二. .基底壓力分布基底壓力分布彈性地基，絕對(duì)剛性基礎(chǔ)彈性地基，絕對(duì)剛性基礎(chǔ)基礎(chǔ)抗彎剛度基礎(chǔ)抗彎剛度EI=0 M=0EI=0 M=0；基礎(chǔ)變形能完全適應(yīng)地基表面的變形基礎(chǔ)變形能完全適應(yīng)地基表面的變形; ;基礎(chǔ)上下壓力分布必須完全相同，若不基礎(chǔ)上下壓力分布必須完全相同，若不同將會(huì)產(chǎn)生彎矩。同將會(huì)產(chǎn)生彎矩。2.3 2.3 基礎(chǔ)底面壓力及其簡(jiǎn)化計(jì)算基礎(chǔ)底面壓力及其簡(jiǎn)化計(jì)算2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算條形基礎(chǔ)，豎直均布荷載條形基礎(chǔ)，豎直均布荷載彈塑性地基，有限剛度基礎(chǔ)彈塑性

28、地基，有限剛度基礎(chǔ)2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算二二. .基底壓力分布基底壓力分布 荷載較小荷載較小 荷載較大荷載較大砂性土地基砂性土地基粘性土地基粘性土地基 接近彈性解接近彈性解 馬鞍型馬鞍型 拋物線型拋物線型 倒鐘型倒鐘型2.3 2.3 基礎(chǔ)底面壓力及其簡(jiǎn)化計(jì)算基礎(chǔ)底面壓力及其簡(jiǎn)化計(jì)算根據(jù)圣維南原理，基底壓力的具體分布形式對(duì)地基應(yīng)根據(jù)圣維南原理，基底壓力的具體分布形式對(duì)地基應(yīng)力計(jì)算的影響僅局限于一定深度范圍；超出此范圍以力計(jì)算的影響僅局限于一定深度范圍；超出此范圍以后，地基中附加應(yīng)力的分布將與基底壓力的分布關(guān)系后，地基中附加應(yīng)力的分布將與基底壓力的分布關(guān)系不大，而只取決于荷載的大小、

29、方向和合力的位置。不大，而只取決于荷載的大小、方向和合力的位置。2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算三三. . 實(shí)用簡(jiǎn)化計(jì)算實(shí)用簡(jiǎn)化計(jì)算基底壓基底壓力的分力的分布形式布形式十分復(fù)十分復(fù)雜雜簡(jiǎn)化計(jì)算方法：簡(jiǎn)化計(jì)算方法：假定基底壓力按直線分布的材假定基底壓力按直線分布的材料力學(xué)方法料力學(xué)方法基礎(chǔ)尺寸較小基礎(chǔ)尺寸較小荷載不是很大荷載不是很大2.3 2.3 基礎(chǔ)底面壓力及其簡(jiǎn)化計(jì)算基礎(chǔ)底面壓力及其簡(jiǎn)化計(jì)算1、中心荷載作用下的基底壓力AGFp若是條形基礎(chǔ)，若是條形基礎(chǔ)，F(xiàn),GF,G取取單位長(zhǎng)度基底面積計(jì)單位長(zhǎng)度基底面積計(jì)算基底平均壓力算基底平均壓力p pG=GAd取室內(nèi)外平取室內(nèi)外平均埋深計(jì)算均埋深計(jì)算

30、F作用在基礎(chǔ)底面中心的豎向荷載作用在基礎(chǔ)底面中心的豎向荷載G基礎(chǔ)自重及其上回填土總重基礎(chǔ)自重及其上回填土總重G基礎(chǔ)及回填土平均重度，一般取基礎(chǔ)及回填土平均重度，一般取 20KN/m3地下水位以下部分扣除浮力。地下水位以下部分扣除浮力。db(a)p(b)bp室內(nèi)設(shè)計(jì)地面室外設(shè)計(jì)地面+0.00FG+0.00FGd2、偏心荷載作用下的基底壓力F+G eeblpmaxpminWMAGFppminmax作用于基礎(chǔ)底面作用于基礎(chǔ)底面形心上的力矩形心上的力矩M=(F+G)M=(F+G)e e 基礎(chǔ)底面的抵基礎(chǔ)底面的抵抗矩；矩形截抗矩；矩形截面面W=lb2/6 W=lb2/6 beAGFp61minmax討論

31、：討論：當(dāng)當(dāng)eb/6e0pmin0，基底壓力呈梯形分布，基底壓力呈梯形分布 當(dāng)當(dāng)e=b/6e=b/6時(shí)，時(shí)，pmax0pmax0，pmin=0pmin=0，基底壓力呈三角形分布，基底壓力呈三角形分布 當(dāng)當(dāng)eb/6eb/6時(shí)，時(shí)，pmax0pmax0，pmin0pmin0，基底出現(xiàn)拉應(yīng)力，基底壓力重分，基底出現(xiàn)拉應(yīng)力，基底壓力重分布布 基底壓力重分布基底壓力重分布pmaxpmineb/6pmaxpminE1bH均勻均勻成層成層E1E2E12.4 2.4 豎向荷載作用下地基附加應(yīng)力計(jì)算豎向荷載作用下地基附加應(yīng)力計(jì)算3. 3. 各向異性地基各向異性地基當(dāng)當(dāng)Ex/Ez1 時(shí)，應(yīng)力擴(kuò)散時(shí)，應(yīng)力擴(kuò)散Ex相

32、對(duì)較大，有利于應(yīng)力擴(kuò)散相對(duì)較大，有利于應(yīng)力擴(kuò)散2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算十十. . 影響土中應(yīng)力分布的因素影響土中應(yīng)力分布的因素2.4 2.4 豎向荷載作用下地基附加應(yīng)力計(jì)算豎向荷載作用下地基附加應(yīng)力計(jì)算2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系2.2 2.2 土中自重應(yīng)力土中自重應(yīng)力2.3 2.3 基礎(chǔ)底面壓力及其簡(jiǎn)化計(jì)算基礎(chǔ)底面壓力及其簡(jiǎn)化計(jì)算2.4 2.4 豎向荷載作用下地基附加應(yīng)力計(jì)算豎向荷載作用下地基附加應(yīng)力計(jì)算2.6 2.6 有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理2.5 2.5 水平荷載作用下地基附加應(yīng)力計(jì)算水平荷載作用下地基附加應(yīng)

33、力計(jì)算自學(xué)自學(xué)2.6 2.6 有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理土土孔隙水孔隙水固體顆粒骨架+ +三相體系對(duì)所受總應(yīng)力，骨架和孔隙流體如何分擔(dān)？對(duì)所受總應(yīng)力，骨架和孔隙流體如何分擔(dān)？2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算孔隙氣體孔隙氣體+ +總應(yīng)總應(yīng)力力總應(yīng)力由土骨架和孔隙流體共同承受總應(yīng)力由土骨架和孔隙流體共同承受它們?nèi)绾蝹鬟f和相互轉(zhuǎn)化？它們?nèi)绾蝹鬟f和相互轉(zhuǎn)化？它們對(duì)土的變形和強(qiáng)度有何影響？它們對(duì)土的變形和強(qiáng)度有何影響？受外荷載作用受外荷載作用TerzaghTerzaghi i（19231923）有效應(yīng)有效應(yīng)力原理力原理固結(jié)理固結(jié)理論論土力學(xué)成為獨(dú)立的學(xué)科土力學(xué)成為獨(dú)立的學(xué)科 孔隙流體孔隙流體n建立a-

34、a面的豎向力平衡方程w wu u 1 ) ( ) ( 03. 0 )1 ( ccc對(duì)飽和土是由試驗(yàn)確定的參數(shù)。式中所以得可忽略很小而則FFuuuuuFFuFFuuFFFFuFFuFFuFFFFuFFuFFFuFuFFwwaawawasaassawawwssaawwssaawwss2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算2.6 2.6 有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理一一. . 有效應(yīng)力原理的基本概念有效應(yīng)力原理的基本概念aaFa-aa-a斷面通過(guò)土斷面通過(guò)土顆粒的接觸點(diǎn)顆粒的接觸點(diǎn)u u：孔隙：孔隙水壓力水壓力PSPSVPSw wu有效應(yīng)力有效應(yīng)力2.6 2.6 有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理2 2 土中的應(yīng)力

35、計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算一一. . 有效應(yīng)力原理的基本概念有效應(yīng)力原理的基本概念2. 飽和土的有效應(yīng)力原理u （1 1飽和土體內(nèi)任一平面上受到的總應(yīng)力可分為兩部分飽和土體內(nèi)任一平面上受到的總應(yīng)力可分為兩部分 和和u u，并且，并且（2 2土的變形與強(qiáng)度都只取決于有效應(yīng)力土的變形與強(qiáng)度都只取決于有效應(yīng)力 u 一般地，一般地， u000u000uzzyzxyzyyxxzxyxzzyzxyzyyxzxxyx有效應(yīng)力有效應(yīng)力總應(yīng)力已知或易知總應(yīng)力已知或易知孔隙水壓測(cè)定或算定孔隙水壓測(cè)定或算定通常通常, ,u孔隙水壓力的作用孔隙水壓力的作用 對(duì)土顆粒間摩擦、土粒的破碎沒(méi)對(duì)土顆粒間摩擦、土粒的破碎沒(méi)有貢獻(xiàn)，并且

36、水不能承受剪應(yīng)力，因而孔有貢獻(xiàn)，并且水不能承受剪應(yīng)力，因而孔隙水壓力對(duì)土的強(qiáng)度沒(méi)有直接的影響；隙水壓力對(duì)土的強(qiáng)度沒(méi)有直接的影響； 它在各個(gè)方向相等，只能使土顆它在各個(gè)方向相等，只能使土顆粒本身受到等向壓力，由于顆粒本身壓縮粒本身受到等向壓力，由于顆粒本身壓縮模量很大，故土粒本身壓縮變形極小。因模量很大，故土粒本身壓縮變形極小。因而孔隙水壓力對(duì)變形也沒(méi)有直接的影響，而孔隙水壓力對(duì)變形也沒(méi)有直接的影響，土體不會(huì)因?yàn)槭艿剿畨毫Φ淖饔枚兊妹芡馏w不會(huì)因?yàn)槭艿剿畨毫Φ淖饔枚兊妹軐?shí)。實(shí)。變形的原因變形的原因顆粒間克服摩擦相對(duì)滑移、滾動(dòng)顆粒間克服摩擦相對(duì)滑移、滾動(dòng)與與 有關(guān)；有關(guān)；接觸點(diǎn)處應(yīng)力過(guò)大而破碎接

37、觸點(diǎn)處應(yīng)力過(guò)大而破碎與與 有關(guān)。有關(guān)。試想：試想：海底與土粒間的接觸壓力海底與土粒間的接觸壓力哪一種情況下大？哪一種情況下大？1mz=u=0.01MPa104mz=u=100MPa強(qiáng)度的成因強(qiáng)度的成因 凝聚力和摩擦凝聚力和摩擦與與 有有關(guān)關(guān)2.6 2.6 有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理2 2 土中的應(yīng)力計(jì)算土中的應(yīng)力計(jì)算一一. . 有效應(yīng)力原理的基本概念有效應(yīng)力原理的基本概念 2. 飽和土的有效應(yīng)力原理u（2 2）（1 1）土的變形與強(qiáng)度都只取決于有效應(yīng)力土的變形與強(qiáng)度都只取決于有效應(yīng)力自重應(yīng)力情況自重應(yīng)力情況 （側(cè)限應(yīng)變條（側(cè)限應(yīng)變條件）件） 二二. . 飽和土中孔隙水壓力和有效應(yīng)力的計(jì)算飽和土中孔隙水壓力和有效應(yīng)力的計(jì)算 2.6 2.6 有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理2 2