【精品】土力学与地基基础2.doc

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1、第二节土中应力十•中应力按引起的原因来分，可分成山土本身自重引起的自重应力和山建筑物荷载或工程活动引起的称为附加应力。因为十•体是宙固体颗粒构成的骨架及宙水和气充满的孔隙所纽•成。所以土中应力又可分成山骨架所承受的有效应力和山孔隙中的气或水承受的孔隙应力。一、白重应力建筑物建造Z前，土中的应力是山土体本身白至引起的。假定天然地面是一个无限大的水平面，因而任意竖直面和水平面上均无剪应力存在。如果地面下土质均匀，天然重度为Y,则地面下任意深度z处a-a水平面上的竖向自重应力ocz等于该水平面以上土柱的重最,即0cz=yz(12-2-1)◎“空5=J11.11.--a(a)%(

2、A)图12-2-1均质土中竖向自重应力(“)任意水平面上分布；(〃)沿深度分布•沿水平而均匀分布，口与z成止比，即随深度按直线规律分布。见图12・2・1所示。同理，在与水平面垂直的竖向平面上作用有水平向侧向应力。ex和。cy，根据帅性理论，则acx=acy=K^bcz(12-2-1)式中心——土的静止侧压力系数，可通过试验测定。天然地层往往山不同十•层所组成，因而在深度Z处的自重应力应改写为：(12-2-2)入=工M/=1比=心工必i=l式中Yi——第i层土的容重，kN/m3；hj第i层土的厚度，nio当有地下水存在时，地下水位以下的土受到水的浮力作用，用浮容重/计算的自

3、重应力实际上标志着作用在十骨架上的应力，该自重应力成为有效白重应力；用饱和容重计算的自重应力称为总自重应力。总自重应力与有效自重应力之差即为土中孔隙里的水承担的压力称为孔隙水压力。工程上最关心的是土中的有效自重应力，所以-•般把有效自重应力简称为自重应力，所以今后在谈到白重应力吋，大家一定要清楚指的是有效白重应力。二.附加应力附加应力指山建筑物荷载引起的土中新增加的应力，根据土的位置主要分为基底处的附加应力和土中的附加应力。(一)基底接触应力计算建筑物荷载通过基础传给地基的压力，称为基底压力，地基反作用于基础底而的反力称为接他应力。根据弹性理论分析，基底接触应力分如规律収

4、决于基础的刚度和地基的变形条件两者共同工作的结果。如果基础是柔性的，能跟随地基土表而变形而变形，则基底反力分布规律与上部荷载分部形式一•致，见图12-2-2所示。上部荷载是均布，基底反力也是均布但基础变形是不均匀的与地基变形一致中间大，两边小。当基础刚度为绝对刚性时，山于基础本身不能变形，基础底面保持一平面。因此它将迫使地基的沉降各点一致为一常数,所以基底接触应力分布与上部荷载分布不同；与地基土的性质、基础的形状、埋置深度等因素有关。见图12—2—3所示。图12—2—3（a）是根据弹性理论分析得到的反力分布形式,基础边缘的应力为无穷大，这一部位土产生犁性变形，因此接触应力

5、只能呈图12-2-3（b）马鞍型；当荷载增大吋，边缘谢性区发展，应力调整，中间部位应力增加而成图12-2-3（c）抛物线形；当地基接近破坏吋，基底接触应力呈图12-2-3（d）的钟形。图12-2-2柔性基础卜•土的变形与基础底面应力分布图12-2-3刚性基础底面上应力分布（°）理论解：⑺）马鞍形：（C抛物线形；（d）钟形根据圣维南原理，在总荷载保持定值的前捉下，基底应力分布的形状对十•中应力分布的影响超过一-定深度后就不显WT=除了基础结构设计时需要考虑基底应力分布形状外，在实用上可以采用材料力学简化计算方法确定基底应力分布。2.材料力学简化计算法（1）中心受压基础作用在

6、基础上的荷载合力通过基底形心，基底压力呈均匀分布，对于矩形基础，则有F+G式中p——基底平均应力，kPa；F——上部结构传至基础的荷载（kN）,G—基础及其台阶上填土的总重，G=ygAD,其中，Yg为基础和填土的平均重度；D为基础埋置深度；A为基础底而积。A矩形基础底面的面积，m3（2）偏心受压基础当基础受单向偏心荷载作用时，如偏心距为e的荷载合力作用于矩形基底的一个主轴上（例如x轴，图12-2-4）吋，可按材料力学偏心受压公式计算基底压力，其基底压力为:max7^min式中P呃x、Pmin——基底最大和最小边缘应力，kPa；基础底血的抵抗矩W=LB2m3M——作用在基础

7、底而的偏心力矩，kN・m；当e<-吋，基底压力分布为梯形；6当e=-时，基底压力分布为三角形。6当e>-,基底一侧的压力将出现负值，即出现拉应力，实际上，在土和基础之间不可6能存在拉力。因此，基础底面下的应力将重新分布。根据基础底面下所有压力之和与基底上荷载的合力P相等的条件，得基础边缘处最大压力0"和为2(F+G)maxjiiTintih(a)3aB图12-2-4基底接触压力分布的简化计算(a)中心荷载；(〃)偏心荷载eL/6(3)基底附加应力计算图12-2-5基底平均附加压力计算构传递下来的总压