土力學(xué)與地基基礎(chǔ)第03章土體中的應(yīng)力計(jì)算ppt課件

1,土體中的應(yīng)力計(jì)算,第三章,2,本章特點(diǎn) 學(xué)習(xí)要點(diǎn) 主要難點(diǎn),有較嚴(yán)格的理論 內(nèi)容較細(xì) 充分利用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的基本知識(shí) 緊密聯(lián)系土的特點(diǎn) 實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行合理假定 有效應(yīng)力原理 有滲流時(shí)土中應(yīng)力計(jì)算 孔壓系數(shù),§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,文獻(xiàn)推薦,李廣信，有效應(yīng)力原理能夠推翻嗎，巖土工程界，2007（7），22-26。,3,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,強(qiáng)度問題,變形問題,地基中的應(yīng)力狀態(tài),應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,土力學(xué)中應(yīng)力符號(hào)的規(guī)定,應(yīng)力狀態(tài),自重應(yīng)力,附加應(yīng)力,基底壓力計(jì)算,有效應(yīng)力原理,建筑物修建以后，建筑物重量等外荷載在地基中引起的應(yīng)力，所謂的“附加”是指在原來自重應(yīng)力基礎(chǔ)上增加的應(yīng)力。,建筑物修建以前，地基中由土體本身的重量所產(chǎn)生的應(yīng)力。,超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),4,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,§3.1 應(yīng)力狀態(tài),§3.4 基底壓力計(jì)算,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,§3.3 地基中自重應(yīng)力的計(jì)算,§3.2 有效應(yīng)力原理,§3.6 超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),5,y,z,x,o,一. 土力學(xué)中應(yīng)力符號(hào)的規(guī)定,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,§3.1 應(yīng)力狀態(tài),=,地基：半無限空間,6,一. 土力學(xué)中應(yīng)力符號(hào)的規(guī)定,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,§3.1 應(yīng)力狀態(tài),莫爾圓應(yīng)力分析,材料力學(xué),+,-,+,-,土力學(xué),正應(yīng)力,剪應(yīng)力,拉為正 壓為負(fù),順時(shí)針為正 逆時(shí)針為負(fù),壓為正 拉為負(fù),逆時(shí)針為正 順時(shí)針為負(fù),7,一. 土力學(xué)中應(yīng)力符號(hào)的規(guī)定,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,§3.1 應(yīng)力狀態(tài),彈性理論分析,彈性力學(xué),土力學(xué),正應(yīng)力、剪應(yīng)力,“正正”或“負(fù)負(fù)”為正 “正負(fù)”或“負(fù)正”為負(fù),“正負(fù)”或“負(fù)正”為正 “正正”或“負(fù)負(fù)”為負(fù),外法向與坐標(biāo)軸方向一致為正面 應(yīng)力方向與坐標(biāo)軸方向一致為正方向,8,二. 地基中常見的應(yīng)力狀態(tài),§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,§3.1 應(yīng)力狀態(tài),1. 一般應(yīng)力狀態(tài)三維問題,9,2. 三軸應(yīng)力狀態(tài),應(yīng)變條件,應(yīng)力條件,獨(dú)立變量：,二. 地基中常見的應(yīng)力狀態(tài),§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,§3.1 應(yīng)力狀態(tài),=,=,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,10,二. 地基中常見的應(yīng)力狀態(tài),§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,§3.1 應(yīng)力狀態(tài),2. 三軸應(yīng)力狀態(tài),一般三維應(yīng)力狀態(tài):,三軸應(yīng)力狀態(tài)：,忽略中主應(yīng)力的影響,理論研究和工程實(shí)踐中廣泛應(yīng)用,11,§3.1 應(yīng)力狀態(tài),§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,3. 平面應(yīng)變條件二維問題,沿長度方向(y方向)有足夠長度，L/B10； 垂直于y軸切出的任意斷面的幾何形狀均相同，其地基內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)也相同； 平面應(yīng)變條件下，土體在x, z平面內(nèi)可以變形，但在y方向沒有變形。,二. 地基中常見的應(yīng)力狀態(tài),12,3. 平面應(yīng)變條件二維問題,應(yīng)變條件,應(yīng)力條件,獨(dú)立變量,二. 地基中常見的應(yīng)力狀態(tài),§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,§3.1 應(yīng)力狀態(tài),=,=,0,0,0,0,0,0,0,0,0,13,4. 側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)一維問題,水平地基半無限空間體； 半無限彈性地基內(nèi)的自重應(yīng)力只與Z有關(guān)； 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； 任何豎直面都是對(duì)稱面,應(yīng)變條件,A,B,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,§3.1 應(yīng)力狀態(tài),二. 地基中常見的應(yīng)力狀態(tài),14,應(yīng)變條件,應(yīng)力條件,獨(dú)立變量,4.側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)一維問題,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,§3.1 應(yīng)力狀態(tài),二. 地基中常見的應(yīng)力狀態(tài),=,=,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,K0：側(cè)壓力系數(shù),理論研究和工程實(shí)踐中廣泛應(yīng)用,15,均勻一致各向同性體 （土層性質(zhì)變化不大時(shí)）,線彈性體 （應(yīng)力較小時(shí)）,連續(xù)介質(zhì) （宏觀平均）,與(x, y, z)無關(guān) 與方向無關(guān),理論,方法,彈性力學(xué)解求解“彈性”土體中的應(yīng)力,解析方法優(yōu)點(diǎn)：簡單，易于繪成圖表等,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,碎散體,非線性 彈塑性,成層土 各向異性,p,e,線彈性體,加載,卸載,§3.1 應(yīng)力狀態(tài),三. 土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的假定,16,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,§3.1 應(yīng)力狀態(tài),§3.3 地基中自重應(yīng)力的計(jì)算,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,§3.4 基底壓力計(jì)算,§3.2 有效應(yīng)力原理,§3.6 超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),17,1998年 九江大堤決口,解放軍報(bào)2000年08月14日,九江大堤今年又見“豆腐渣”,2000年 雙鐘圩堤身滑坡,羊城晚報(bào)2000年07月31日,“豆腐渣”工程 “三1八O” 工程,30公里,“豆腐腦”,18,1999年下半年 ：開工 2000年1月16日：圩堤出現(xiàn)局部滑坡 2月11日：混凝土墻齒槽滑動(dòng) 3月13日：混凝土堤身變形加大 4月 9日：堤身滑塌,鄱陽湖段的雙鐘圩： 全長1220米，總投資1550萬元,最大移位：60多米 最大沉陷：約10米 滑塌面積：7800多平方米 塌方體積：7.7萬立方米 完成投資：1295萬元 圩堤高度：18.6米,事故分析：“是各種失誤疊加造成的”,直接原因： 軟粘土地基，初步設(shè)計(jì)方案需三年，實(shí)際期限半年且施工必須超速加載,教訓(xùn)：“程序上經(jīng)過科學(xué)決策的工程建設(shè)，如果作為一刀切的政治任務(wù)去完成，就容易讓科學(xué)決策變形、變味?！?需要的土力學(xué)知識(shí)： 有效應(yīng)力原理 滲流固結(jié)理論 土的強(qiáng)度理論,19,本節(jié)內(nèi)容是重點(diǎn)之一，并且有多處難點(diǎn)！,20,§3.2 有效應(yīng)力原理,土,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)？,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,孔隙氣體,+,總應(yīng)力,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？,它們對(duì)土的變形和強(qiáng)度有何影響？,受外荷載作用,Terzaghi （1923） 有效應(yīng)力原理 固結(jié)理論,土力學(xué)成為獨(dú)立的學(xué)科,孔隙流體,李廣信，有效應(yīng)力原理能夠推翻嗎. 巖土工程界 ，2007 (7)，22-26.,21,1. 飽和土中的應(yīng)力形態(tài),PS,PSV,a,a,§3.2 有效應(yīng)力原理,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,PS,A：,Aw：,As：,土單元的斷面積,顆粒接觸點(diǎn)的面積,孔隙水的斷面積,a-a斷面通過土顆粒的接觸點(diǎn),有效應(yīng)力,a-a斷面豎向力平衡：,u：孔隙水壓力,土骨架承擔(dān) 土骨架傳遞,(水平面上投影),22,§3.2 有效應(yīng)力原理,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,2. 飽和土的有效應(yīng)力原理,（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'和u，并且,（2）土的變形與強(qiáng)度都只取決于有效應(yīng)力,一般地，,有效應(yīng)力,總應(yīng)力已知或易知,孔隙水壓測(cè)定或算定,通常,23,孔隙水壓力的作用 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)變形也沒有直接的影響，土體不會(huì)因?yàn)槭艿剿畨毫Φ淖饔枚兊妹軐?shí)； 對(duì)土顆粒間摩擦、凝聚力沒有貢獻(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)度沒有直接的影響。,變形的原因 顆粒間克服摩擦相對(duì)滑移、滾動(dòng)與 有關(guān)； 接觸點(diǎn)處應(yīng)力過大而破碎與 有關(guān)。,強(qiáng)度的成因 凝聚力和摩擦由土骨架決定，與 有關(guān),§3.2 有效應(yīng)力原理,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,2. 飽和土的有效應(yīng)力原理,（2）,（1）,土的變形與強(qiáng)度都只取決于有效應(yīng)力,24,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,§3.1 應(yīng)力狀態(tài),§3.3 地基中自重應(yīng)力的計(jì)算,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,§3.4 基底壓力計(jì)算,§3.2 有效應(yīng)力原理,§3.6 超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),25,§3.3 地基中自重應(yīng)力的計(jì)算,水平地基中的自重應(yīng)力,假定：水平地基半無限空間體半無限彈性體 側(cè)限應(yīng)變條件一維問題,§3 土體中的應(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),計(jì)算：不同條件下采用不同的重度,26,成層地基,1. 計(jì)算公式,均質(zhì)地基,豎直向：,§3.3 地基中自重應(yīng)力的計(jì)算,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,水平向：,豎直向：,水平向：,注意：上述水平向應(yīng)力的計(jì)算僅適用于有效自重應(yīng)力,2,3,1,一. 基本計(jì)算方法,27,2. 分布規(guī)律,自重應(yīng)力分布線的斜率是重度； 自重應(yīng)力在等重度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； 在土層分界面處和地下水位處發(fā)生轉(zhuǎn)折。,均質(zhì)地基有效自重應(yīng)力,成層地基有效自重應(yīng)力,§3.3 地基中自重應(yīng)力的計(jì)算,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,一. 基本計(jì)算方法,28,二. 飽和土中孔隙水壓力和有效應(yīng)力的計(jì)算,1. 靜水條件,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,地下水位,水下土,毛細(xì)飽和區(qū),2. 穩(wěn)定滲流條件,§3.3 地基中自重應(yīng)力的計(jì)算,29,1. 靜水條件,二. 飽和土中孔隙水壓力和有效應(yīng)力的計(jì)算,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,地下水位,地下水位下降引起 增大的部分,=-u,u=wH2,u=wH2, =-u =H1+satH2-wH2 =H1+(sat-w)H2 =H1+H2,地下水位下降會(huì)引起 增大，土?xí)a(chǎn)生壓縮，這是城市抽水引起地面沉降的主要原因之一。,§3.3 地基中自重應(yīng)力的計(jì)算,30,來源：新民晚報(bào)·新民網(wǎng) 2011年10月23日15:49,本報(bào)訊 （記者 曹剛）據(jù)中央電視臺(tái)報(bào)道，因華北地區(qū)主要水源地下水的過度開采，華北平原已形成大面積地面沉降。 河北省滄州市人民醫(yī)院里有一座美麗的噴泉花園，而在兩年前，這個(gè)噴泉還是一棟樓。河北第四水文地質(zhì)大隊(duì)高級(jí)工程師杜興明介紹，醫(yī)院原先的婦產(chǎn)科病房是一棟三層樓，由于地面沉降，逐漸變成了兩層樓，本來的一樓降成了地下室。2009年，滄州市人民醫(yī)院婦產(chǎn)科因嚴(yán)重樓體沉降，不得不拆除重建，并在原址上建起了噴泉。 在滄州市中心，沉降特征清晰可見沉降前后的兩段地面，高度相差約30厘米。中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院地質(zhì)調(diào)查與科技外事處處長吳愛民介紹，從上世紀(jì)70年代至今，滄州大約沉降了2.4米。,31,水下土,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,二. 飽和土中孔隙水壓力和有效應(yīng)力的計(jì)算,wH1,wH1,=-u =wH1+satH2-wH =satH2-w(H-H1) =(sat-w)H2 =H2,1. 靜水條件,§3.3 地基中自重應(yīng)力的計(jì)算,32,毛細(xì)飽和區(qū),§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,二. 飽和土中孔隙水壓力和有效應(yīng)力的計(jì)算,毛細(xì)飽和區(qū),總應(yīng)力,孔隙水壓力,有效應(yīng)力,+,-,1. 靜水條件,§3.3 地基中自重應(yīng)力的計(jì)算,33,話說從前有甲乙兩頭驢，抓鬮選擇馱運(yùn)貨物。甲選馱鹽，郁悶；乙選馱棉花，大喜。甲邊走邊埋怨馱的太重，羨慕和嫉妒乙驢的輕載。前面遇到一條很寬的深水河，需游過去。二驢入水以后，甲驢越走越輕，乙驢簡直浮了起來。過河以后，背部露出水面時(shí)，甲驢高興得唱起來而乙驢出水后艱難的站起后，已爬不上河岸。何故？,34,從上面的故事你可得到什么啟示？（可多選） a、在水中時(shí)，計(jì)算乙驢的有效荷載應(yīng)采用棉花的浮重度 b、剛上岸時(shí)，計(jì)算乙驢的有效荷載應(yīng)采用棉花的飽和重度 c、應(yīng)該用變化的觀點(diǎn)看待問題 d、寧馱鹽不馱棉花,35,H,h,砂層，承壓水,粘土層 sat,H,h,砂層，排水,sat,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,二. 飽和土中孔隙水壓力和有效應(yīng)力的計(jì)算,向上滲流,向下滲流,2. 穩(wěn)定滲流條件,§3.3 地基中自重應(yīng)力的計(jì)算,36,土水整體分析,A,向上滲流:,向下滲流:,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,二. 飽和土中孔隙水壓力和有效應(yīng)力的計(jì)算,滲流壓密,滲透壓力:,2. 穩(wěn)定滲流條件,§3.3 地基中自重應(yīng)力的計(jì)算,37,取土骨架為隔離體,A,向上滲流:,向下滲流:,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,二. 飽和土中孔隙水壓力和有效應(yīng)力的計(jì)算,靜水有效自重應(yīng)力:,滲透力:,滲透力引起的有效應(yīng)力減少:,2. 穩(wěn)定滲流條件,§3.3 地基中自重應(yīng)力的計(jì)算,38,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,§3.1 應(yīng)力狀態(tài),§3.2有效應(yīng)力原理,§3.3 地基中自重應(yīng)力的計(jì)算,§3.4 基底壓力計(jì)算,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,§3.6 超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),39,§3.4 基底壓力計(jì)算,基底壓力：基礎(chǔ)底面?zhèn)鬟f給地基表面的壓力，也稱基底接觸壓力。,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,基底壓力,附加應(yīng)力,地基沉降變形,基底反力,基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的外荷載,上部結(jié)構(gòu)的自重及各種荷載都是通過基礎(chǔ)傳到地基中的。,影響因素 計(jì)算方法 分布規(guī)律,上部結(jié)構(gòu),基礎(chǔ),地基,建筑物設(shè)計(jì),暫不考慮上部結(jié)構(gòu)的影響，使問題得以簡化； 用荷載代替上部結(jié)構(gòu)。,40,一. 影響因素,基底壓力,基礎(chǔ)條件,剛度 形狀 大小 埋深,大小 方向 分布,土類 密度 土層結(jié)構(gòu)等,§3.4 基底壓力計(jì)算,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,荷載條件,地基條件,41,抗彎剛度EI= M0； 反證法：假設(shè)基底壓力與荷載分布相同，則地基變形與柔性基礎(chǔ)情況必然一致； 分布：中間小，兩端無窮大。,二. 基底壓力分布,彈性地基，絕對(duì)剛性基礎(chǔ),基礎(chǔ)抗彎剛度EI=0 M=0； 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，若不同將會(huì)產(chǎn)生彎矩。,§3.4 基底壓力計(jì)算,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,條形基礎(chǔ)，豎直均布荷載,彈性地基，完全柔性基礎(chǔ),42,彈塑性地基，有限剛度基礎(chǔ),§3.4 基底壓力計(jì)算,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,二. 基底壓力分布, 荷載較小 荷載較大,砂性土地基,粘性土地基, 接近彈性解 馬鞍型 拋物線型 倒鐘型,43,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)系不大，而只取決于荷載合力的大小、方向和位置。,§3.4 基底壓力計(jì)算,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,三. 實(shí)用簡化計(jì)算,基底壓力的分布形式十分復(fù)雜,簡化計(jì)算方法： 假定基底壓力按直線分布的材料力學(xué)方法,基礎(chǔ)尺寸較小 荷載不是很大,44,荷載條件,豎直中心,豎直偏心,傾斜偏心,基礎(chǔ)形狀,矩形,條形,P單位長 度上的荷載,§3.4 基底壓力計(jì)算,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,三. 實(shí)用簡化計(jì)算,基礎(chǔ)形狀與荷載條件的組合,45,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,§3.4 基底壓力計(jì)算,三. 實(shí)用簡化計(jì)算,P,P,矩形面積中心荷載,矩形面積偏心荷載,46,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,eB/6: 梯形,e=B/6: 三角形,eB/6: 出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū),§3.4基底壓力計(jì)算,三. 實(shí)用簡化計(jì)算,e,e,K,3K,P,P,P,土不能承受拉應(yīng)力,基底壓力合力與總荷載相等,壓力調(diào)整,K=B/2-e,矩形面積單向偏心荷載,47,B,e,P,P,Pv,Ph,傾斜偏心荷載,分解為豎直向和水平向荷載，水平荷載引起的基底水平應(yīng)力視為均勻分布。,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,§3.4基底壓力計(jì)算,三. 實(shí)用簡化計(jì)算,條形基礎(chǔ)豎直偏心荷載,48,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,§3.1 應(yīng)力狀態(tài),§3.2 地基中自重應(yīng)力的計(jì)算,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,§3.4 基底壓力計(jì)算,§3.2 有效應(yīng)力原理,§3.6 超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),49,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,豎直 集中力,矩形面積豎直均布荷載,矩形面積豎直三角形荷載,水平 集中力,矩形面積水平均布荷載,豎直線布荷載,條形面積豎直均布荷載,圓形面積豎直均布荷載,特殊面積、特殊荷載,主要討論豎直應(yīng)力,荷載方向 荷載分布 作用面,50,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,豎直 集中力,矩形內(nèi)積分,矩形面積豎直均布荷載,矩形面積豎直三角形荷載,水平集中力,矩形內(nèi)積分,矩形面積水平均布荷載,線積分,豎直線布荷載,寬度積分,條形面積豎直均布荷載,圓內(nèi)積分,圓形面積豎直均布荷載,L/B10,其他：表39,特殊荷載：將荷載和面積進(jìn)行分解，利用已知解和疊加原理求解,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,51,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,一. 豎直集中力作用下的附加應(yīng)力計(jì)算布辛內(nèi)斯克課題,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,P,M,x,y,z,r,R,M,（P；x,y,z；R, , ）,52,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,一. 豎直集中力作用下的附加應(yīng)力計(jì)算布辛內(nèi)斯克課題,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,查圖323,集中力作用下的 應(yīng)力分布系數(shù),53,0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 r/z,0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0,K,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,豎直集中力作用下的附加應(yīng)力計(jì)算 布辛內(nèi)斯克課題,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,特點(diǎn),1.z與無關(guān)，應(yīng)力呈軸對(duì)稱分布,2.z:zy:zx= z:y:x, 豎直面上合力過原點(diǎn)，與R同向,54,特點(diǎn),3.P作用線上，r=0, K=3/(2）。z=0,z；z，z=0,4.在某一水平面上，z=const。r=0, K最大；r，K減小，z減小,5.在某一圓柱面上，r=const。z=0, z=0；z，z先增加后減小,6.z 等值線應(yīng)力泡,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,一. 豎直集中力作用下的附加應(yīng)力計(jì)算布辛內(nèi)斯克課題,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,應(yīng)力 球根,球根,P,P,0.1P,0.05P,0.02P,0.01P,55,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,二. 水平集中力作用下的附加應(yīng)力計(jì)算西羅提課題,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,Ph,56,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,三. 矩形面積豎直均布荷載作用下的附加應(yīng)力計(jì)算,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,1. 角點(diǎn)下的豎直附加應(yīng)力 B氏解的應(yīng)用,矩形豎直向均布荷載角點(diǎn)下的應(yīng)力分布系數(shù)Ks,查表3-5,p,（324）101頁,M,m=L/B, n=z/B,57,2. 任意點(diǎn)的豎直附加應(yīng)力角點(diǎn)法,a.矩形面積內(nèi),b.矩形面積外,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,兩種情況：,荷載與應(yīng)力間 滿足線性關(guān)系,疊加原理,角點(diǎn)下豎直附加 應(yīng)力的計(jì)算公式,地基中任意點(diǎn)的附加應(yīng)力,角點(diǎn)法,三. 矩形面積豎直均布荷載作用下的附加應(yīng)力計(jì)算,58,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,四. 矩形面積三角形分布荷載作用下的附加應(yīng)力計(jì)算,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,矩形面積豎直三角分布荷載角點(diǎn)下的應(yīng)力分布系數(shù),查表3-6,pt,M,59,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,五. 矩形面積水平均布荷載作用下的附加應(yīng)力計(jì)算,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,角點(diǎn)下的豎直附加應(yīng)力 C氏解的應(yīng)用,矩形面積作用水平均布荷載時(shí)角點(diǎn)下的應(yīng)力分布系數(shù),ph,查表3-7,60,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,六. 豎直線布荷載作用下的附加應(yīng)力計(jì)算弗拉曼解,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,B氏解的應(yīng)用,M,61,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,七. 條形面積豎直均布荷載作用下的附加應(yīng)力計(jì)算,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,任意點(diǎn)下的附加應(yīng)力F氏解的應(yīng)用,條形面積豎直均布荷載作用時(shí)的應(yīng)力分布系數(shù),p,M,查表3-8,62,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,八. 條形面積其它分布荷載作用下的附加應(yīng)力計(jì)算,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,表3-9,九. 圓形面積均布荷載作用時(shí)圓心下的附加應(yīng)力計(jì)算,查表3-13,r - 圓形面積的半徑,63,小結(jié),K 豎直集中荷載作用下 Ks 矩形面積豎直均布荷載作用角點(diǎn)下 Kt 矩形面積三角形分布荷載作用角點(diǎn)下 Kh 矩形面積水平均布荷載作用角點(diǎn)下 Kzs條形面積豎直均布荷載作用時(shí) Kzt條形面積三角形分布荷載作用時(shí) Kzh條形面積水平均布荷載作用時(shí) K0 圓形面積均布荷載作用時(shí)園心點(diǎn)下 Kzl條形面積梯形分布荷載作用時(shí),§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,K = F（底面形狀；荷載分布；計(jì)算點(diǎn)位置）,查表或利用軟件,64,十. 影響土中應(yīng)力分布的因素,(1)上層軟弱，下層堅(jiān)硬的成層地基,2. 非均勻性成層地基,中軸線附近z比均質(zhì)時(shí)明顯增大的現(xiàn)象 應(yīng)力集中； 應(yīng)力集中程度與土層剛度和厚度有關(guān)； 隨H/B增大，應(yīng)力集中現(xiàn)象逐漸減弱。,(2)上層堅(jiān)硬，下層軟弱的成層地基,中軸線附近z比均質(zhì)時(shí)明顯減小的現(xiàn)象 應(yīng)力擴(kuò)散； 應(yīng)力擴(kuò)散程度，與土層剛度和厚度有關(guān)； 隨H/B的增大，應(yīng)力擴(kuò)散現(xiàn)象逐漸減弱。,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,1. 非線性和彈塑性,應(yīng)力水平較高時(shí)影響較大,(3)土的變形模量隨深度增大的地基 應(yīng)力集中現(xiàn)象,H,均勻,成層,E1,E2E1,H,均勻,成層,E1,E2E1,65,3. 各向異性地基,當(dāng)Ex/Ez1 時(shí)，應(yīng)力擴(kuò)散Ex相對(duì)較大，有利于應(yīng)力擴(kuò)散,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,十. 影響土中應(yīng)力分布的因素,66,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,§3.1 應(yīng)力狀態(tài),§3.3 地基中自重應(yīng)力的計(jì)算,§3.5 地基中附加應(yīng)力的計(jì)算,§3.4 基底壓力計(jì)算,§3.2 有效應(yīng)力原理,§3.6 超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),67,?,幾種簡單的情形：,§3.6 超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,飽和土中孔隙水壓力和有效應(yīng)力的計(jì)算：附加應(yīng)力情況,外荷載,附加應(yīng)力,土骨架：有效應(yīng)力,(2) 三軸應(yīng)力狀態(tài),(1) 側(cè)限應(yīng)力狀態(tài),孔隙水：孔隙水壓力,超靜孔隙水壓力: 相對(duì)于靜水條件或穩(wěn)定滲流條件 消散后可引起有效應(yīng)力和體積的變化,等向壓縮應(yīng)力狀態(tài),偏差應(yīng)力狀態(tài),68,1. 側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)及一維滲流固結(jié),實(shí)踐背景：大面積均布荷載,p,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,不透水巖層,飽和壓縮層,z=p,p,側(cè)限應(yīng)力狀態(tài),§3.6 超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),69,物理模型：,光滑鋼筒 側(cè)限條件 彈 簧 土骨架 水 體 孔隙水 帶孔活塞 排水頂面(無厚度) 活塞小孔 滲透性大小,初始狀態(tài),邊界條件,滲流固結(jié)過程,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,p,一般方程,§3.6 超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),1. 側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)及一維滲流固結(jié),70,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,p,p,附加應(yīng)力: z=p 超靜孔壓: u = z=p 有效應(yīng)力: z=0,滲流固結(jié)過程,附加應(yīng)力: z=p 超靜孔壓: u 0,附加應(yīng)力: z=p 超靜孔壓: u =0 有效應(yīng)力: z=p,§3.6 超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),1. 側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)及一維滲流固結(jié),71,孔壓系數(shù)：,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,滲流固結(jié)過程,產(chǎn)生超靜孔隙水壓力 u, 隨時(shí)間在變化 不排水條件下相當(dāng)于t=0時(shí)刻:,§3.6 超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),1. 側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)及一維滲流固結(jié),72,73,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,三軸應(yīng)力狀態(tài),=,+,等向壓縮應(yīng)力狀態(tài),偏差應(yīng)力狀態(tài),封閉土樣,§3.6 超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),2. 三軸應(yīng)力狀態(tài)及孔壓系數(shù),74,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,土體的體積 土骨架的體積 土顆粒的體積 孔隙流體的體積,有何關(guān)系？,土體的體積變化 土骨架的體積變化 土顆粒的體積變化 孔隙流體的體積變化,有何關(guān)系？,孔隙流體的體積壓縮系數(shù)為Cf ：單位孔隙壓力作用引起的孔隙體應(yīng)變,設(shè)土骨架的體積壓縮系數(shù)為Cs ：單位有效壓力作用引起的骨架體應(yīng)變,暫且假定非飽和土,§3.6 超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),2. 三軸應(yīng)力狀態(tài)及孔壓系數(shù),75,(1) 等向壓縮應(yīng)力狀態(tài),孔隙流體產(chǎn)生了超靜孔隙壓力uB,土骨架的有效附加應(yīng)力,孔隙流體的體積變化,孔隙流體的體積壓縮系數(shù),土骨架的體積變化,土骨架的體積壓縮系數(shù),體積V,土骨架的體變等于孔隙流體的體變V1=V2,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,孔壓系數(shù)B,暫且假定土骨架為 線彈性體,§3.6 超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),2. 三軸應(yīng)力狀態(tài)及孔壓系數(shù),76,飽和土： 干 土： 非飽和土：,B可反映土的飽和程度,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,孔隙流體的體積壓縮系數(shù)為Cf ：單位孔隙壓力作用引起的體應(yīng)變,土骨架的體積壓縮系數(shù)為Cs,孔壓系數(shù)B,§3.6 超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),2. 三軸應(yīng)力狀態(tài)及孔壓系數(shù),(1) 等向壓縮應(yīng)力狀態(tài),77,孔隙流體產(chǎn)生了超靜孔隙壓力uA,有效附加應(yīng)力,孔隙流體的體積變化,土骨架的體積變化,土骨架的體變等于孔隙流體的體變V1=V2,孔壓系數(shù)A,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,(2) 偏差應(yīng)力狀態(tài),體積V,暫時(shí)假定土骨架為線彈性體,軸向,側(cè)向,總應(yīng)力增量,應(yīng)變?cè)隽?0,§3.6 超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),2. 三軸應(yīng)力狀態(tài)及孔壓系數(shù),78,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,剪脹性：剪應(yīng)力引起土的體積變化的特性，包括剪脹和剪縮,§3.6 超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),2. 三軸應(yīng)力狀態(tài)及孔壓系數(shù),(2) 偏差應(yīng)力狀態(tài),(a)(b)表示密砂的剪脹； (c)表示松砂的剪縮； 實(shí)線表示剪切前的位置，虛線表示剪切后的位置。,79,孔壓系數(shù)A,對(duì)飽和土:,反映剪切作用引起的孔壓響應(yīng),對(duì)于線彈性體:,A=1/3,A不是常數(shù)，隨加載過程而變化,A1/3,A1/3,剪脹：,剪縮：,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,A 可反映土的剪脹性，其大小與土性有關(guān),剪脹性：剪應(yīng)力引起土的體積變化的特性,§3.6 超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),2. 三軸應(yīng)力狀態(tài)及孔壓系數(shù),(2) 偏差應(yīng)力狀態(tài),80,81,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,三軸應(yīng)力狀態(tài)：,等向壓縮應(yīng)力狀態(tài)：,偏差應(yīng)力狀態(tài)：,§3.6 超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),2. 三軸應(yīng)力狀態(tài)及孔壓系數(shù),81,問題: 能否對(duì)孔壓系數(shù) A 作進(jìn)一步的解釋？,82,問題: 能否對(duì)孔壓系數(shù) A 作進(jìn)一步的解釋？,回答：,83,偏差應(yīng)力狀態(tài),等向壓縮應(yīng)力狀態(tài),純剪應(yīng)力狀態(tài),純剪應(yīng)力狀態(tài),84,應(yīng)力狀態(tài),自重應(yīng)力 的計(jì)算,附加應(yīng)力 的計(jì)算,基底壓力計(jì)算,有效應(yīng)力原理,§3 土體中的應(yīng)力計(jì)算,小結(jié),地基中的應(yīng)力狀態(tài),應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的假定,土力學(xué)中應(yīng)力符號(hào)的規(guī)定,水平地基中的自重應(yīng)力,因素：底面形狀；荷載分布；計(jì)算點(diǎn)位置,影響因素,基底壓力分布,實(shí)用簡化計(jì)算,飽和土中應(yīng)力形態(tài),飽和土有效應(yīng)力原理,超靜孔隙水壓力和孔壓系數(shù),超靜孔隙水壓力,側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)及一維滲流固結(jié),三軸應(yīng)力狀態(tài)及孔壓系數(shù),85,第三章結(jié)束,作業(yè)：3-1、2、3、4、6、7 本課程中所有計(jì)算均可取g=10m/s2,86,