大学土力学课件地基应力和变形.ppt

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1、土力学大学土力学课件1地基中的应力和变形第四章§4.1概述§4.2自重应力§4.3各种荷载作用下地基内的附加应力§4.4基底的接触压力2第1节概述自重应力：地基中源于土体自身重量的应力。基底压力：建筑物的荷载通过基础传递给地基，在基础底面与地基之间产生的接触应力。附加应力：建筑物的荷载在土体中产生的在原有应力基础上的应力的增量。3§4土体中的应力计算强度问题变形问题地基中的应力状态应力应变关系土力学中应力符号的规定应力状态自重应力附加应力基底压力计算有效应力原理建筑物修建以后，建筑物重量等外荷载在地基中引起的应力，所谓的“附加”是

2、指在原来自重应力基础上增加的应力。建筑物修建以前，地基中由土体本身的有效重量所产生的应力。4yzx∞∞∞∞∞o一.土力学中应力符号的规定§4土体中的应力计算§4.1应力状态=地基：半无限空间5一.土力学中应力符号的规定§4土体中的应力计算§4.1应力状态莫尔圆应力分析材料力学+-+-土力学正应力剪应力拉为正压为负顺时针为正逆时针为负压为正拉为负逆时针为正顺时针为负6二.地基中常见的应力状态§4土体中的应力计算§3.1应力状态yzxo1.一般应力状态——三维问题==72.轴对称三维问题应变条件应力条件独立变量：二.地基中常见的应力状

3、态§4土体中的应力计算§4.1应力状态8二.地基中常见的应力状态§4土体中的应力计算§4.1应力状态2.轴对称三维问题一般三维应力状态:三轴应力状态：忽略中主应力的影响理论研究和工程实践中广泛应用9§4.1应力状态yzxo§4土体中的应力计算3.平面应变条件——二维问题沿长度方向有足够长度，L/B≧10；垂直于y轴切出的任意断面的几何形状均相同，其地基内的应力状态也相同；平面应变条件下，土体在x,z平面内可以变形，但在y方向没有变形。二.地基中常见的应力状态104.侧限应力状态——一维问题水平地基半无限空间体；半无限弹性地基内的

4、自重应力只与Z有关；土质点或土单元不可能有侧向位移侧限应变条件；任何竖直面都是对称面应变条件AB§4土体中的应力计算§4.1应力状态二.地基中常见的应力状态yzxo11土中应力计算的目的：土中应力过大→土体变形、建筑物沉降、倾斜、滑移等。并可导致建筑物失稳、开裂破坏。要保证建筑物安全，就要研究土体的变形、强度、稳定性，就必须计算土中的应力。12附加应力造成了地基土的变形（处于欠固结状态的土，自重应力也是变形产生的因素之一），从而导致了地基中各点的竖向和侧向位移。要保证建筑物的安全和正常使用必须控制其沉降量和不均匀沉降差值（差异沉

5、降量）不超过一定范围，对软粘土地基上的建筑物尤为重要。沉降分析是土力学的基本课题之一。13沉降量的大小主要取决于土体产生变形的原因和土体本身的性状两个方面。土体产生变形的原因主要是土体中应力状态的改变（如地面荷载引起地基中应力场的改变，在地基中产生附加应力）。土体本身的性状主要指土的压缩性（或应力~应变关系），是指土体在附加应力作用下产生的效应。14土体的应力~应变关系十分复杂，常呈弹、粘、塑性，并且呈非线性、各向异性，还受应力历史的影响。地基土中附加应力的正确计算和地基土体性状的正确描述是提高沉降计算精度的两个关键问题。经典的沉

6、降计算方法对上述两个问题是这样处理的：在荷载作用下地基中附加应力场是根据半无限空间各向同性、均质、线弹15性体理论计算的，土体压缩性是根据一维压缩试验测定的，并采用分层总和法来计算沉降。显然，沉降计算模型与地基沉降的真实性状存在不少差距。16土中应力计算方法—弹性理论公式①.基本假定：视地基土为均匀的、连续的、各向同性的半无限体；该假定与实际有差别，但计算结果能满足工程要求。②.假定与实际有差别：Ⅰ.土的分散性、土的三相体不是连续介质，土颗粒尺寸与基础尺寸比可忽略分散性的影响，认为是连续的；Ⅱ.土是非均质体和非理想弹性体。土不是均

7、质体、各向不完全同性，是弹塑性体。但土中应力较低，应力—应变近似直线关系，可按弹性体计算。Ⅲ.地基土可视为半无限体。17第2节土中自重应力在荷载作用之前，地基中存在初始应力场。初始应力场常与土体自重、地基土地质历史以及地下水位有关。在工程应用上，计算初始应力场时常假设天然地基为水平、均质、各向同性的半无限空间，土层界面为水平面。于是在任意竖直面和水平面上均无剪应力存在。18水平地基中的自重应力假定：水平地表半无限空间体半无限弹性体侧限应变条件一维问题§4土体中的应力计算定义：在修建建筑物以前，地基中由土体本身的有效重量而产生

8、的应力。目的：确定土体的初始应力状态计算：地下水位以上用天然容重，地下水位以下用浮容重19地基中的初始应力，即地基中任一点的自重应力，只需用竖向应力和水平向应力表示。天然地面下任意深度Z处水平面上的竖向自重应力为cz=zkN/m2竖直面上的水平