土中應(yīng)力分布及計算PPT課件_第1頁
土中應(yīng)力分布及計算PPT課件_第2頁
土中應(yīng)力分布及計算PPT課件_第3頁
土中應(yīng)力分布及計算PPT課件_第4頁
土中應(yīng)力分布及計算PPT課件_第5頁
已閱讀5頁,還剩36頁未讀 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認領(lǐng)

文檔簡介

.,1,3土中應(yīng)力分布及計算(Distributionandcalculationofstressinsoil),.,2,3土中應(yīng)力分布及計算(Distributionandcalculationofstressinsoil),3.1概述(Summary)3.2土的自重應(yīng)力計算(Calculationofself-weightstressinSoil)3.3基礎(chǔ)底面壓力分布和計算(Calculationanddistributionofnetfoundationpressure)3.4地基中附加應(yīng)力的計算(Calculationofsuperimposedstressinfoundation)3.5有效應(yīng)力原理(Principleofeffectivestress),.,3,3.1概述,1,土中應(yīng)力的分類按照應(yīng)力產(chǎn)生的原因,土中應(yīng)力分為自重應(yīng)力和附加應(yīng)力。自重應(yīng)力是土體受到重力作用而產(chǎn)生的應(yīng)力;附加應(yīng)力是由于外載荷(建筑荷載、車輛荷載、土中水的滲流力、地震力等)的作用,在土中產(chǎn)生的應(yīng)力增量。按照應(yīng)力分擔(dān)角度來分,則土中應(yīng)力還可分為有效應(yīng)力和孔隙水壓力。2,土中應(yīng)力計算的意義一句話,計算土中應(yīng)力是對建筑物等地基基礎(chǔ)進行沉降計算,強度與穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)。,.,4,,土中一點的應(yīng)力狀態(tài)3.1方向的定義3.2二向應(yīng)力狀態(tài)斜截面上的應(yīng)力與主應(yīng)力,土中應(yīng)力的計算模型土是三相體,但在實際應(yīng)用中,人們將天然土體簡化為線性彈性體,即假設(shè)地基土是均勻、連續(xù)、各向同性的半無限彈性體。在工程中需注意:1,土的分散性影響2,土的非理想彈性體影響3,土的非均質(zhì)性和各向異性影響,3.1概述,.,5,本章重點,1、掌握土中自重應(yīng)力計算2、掌握基底壓力和基底附加壓力分布與計算3、掌握矩形面積均布荷載、矩形面積三角形分布荷載以及條形荷載等條件下的土中豎向附加應(yīng)力計算方法,.,6,主要內(nèi)容,土中自重應(yīng)力的計算基礎(chǔ)底面壓力的分布和計算地基中附加應(yīng)力的計算有效應(yīng)力原理,go,go,go,go,.,7,3.2土中自重應(yīng)力的計算,本節(jié)重點1.均質(zhì)土自重應(yīng)力計算;2.成層土自重應(yīng)力計算;3.有地下水時土自重應(yīng)力計算;4.存在隔水層時水土自重應(yīng)力計算;5.土中水平自重應(yīng)力。,.,8,3.2土中自重應(yīng)力的計算,1.均質(zhì)土的自重應(yīng)力在深度z處平面上,土體因自身重力產(chǎn)生的豎向應(yīng)力(稱豎向自重應(yīng)力)等于單位面積上土柱體的重力G,如上圖所示。在深度z處土的自重應(yīng)力為:式中,為土的重度,KN/m3;A土柱體的截面積,m2。從上式可知,自重應(yīng)力隨深度z線性增加,呈三角形分布圖形。,.,9,3.2土中自重應(yīng)力的計算,2.成層土的壓力計算地基土通常為成層土。當(dāng)?shù)鼗鶠槌蓪油馏w時,設(shè)各土層的厚度為hi,重度為,則在深度z處土的自重應(yīng)力計算公式為:式中,n從地面到深度z處的土層數(shù);hi第i層土的厚度,m。成層土的自重應(yīng)力沿深度呈折線分布,轉(zhuǎn)折點位于值發(fā)生變化的土層界面上。,.,10,3.2土中自重應(yīng)力的計算,3.有地下水時土自重應(yīng)力計算當(dāng)計算地下水位以下土的自重應(yīng)力時,應(yīng)根據(jù)土的性質(zhì)確定是否需要考慮水的浮力作用。通常認為水下的砂性土是應(yīng)該考慮浮力作用的。粘性土則視其物理狀態(tài)而定,一般認為:1,若水下的粘性土其液性指數(shù)IL1,則土處于流動狀態(tài),土顆粒之間存在著大量自由水,可認為土體受到水浮力作用;2,若IL0,則土處于固體狀態(tài),土中自由水受到土顆粒間結(jié)合水膜的阻礙不能傳遞靜水壓力,故認為土體不受水的浮力作用;3,若0IL1,土處于塑性狀態(tài),土顆粒是否受到水的浮力作用就較難肯定,在工程實踐中一般均按土體受到水浮力作用來考慮。若地下水位以下的土受到水的浮力作用,則水下部分土的重度按有效重度計算,其計算方法同成層土體情況。,.,11,4.存在隔水層時水土自重應(yīng)力計算當(dāng)?shù)鼗写嬖诟羲畬訒r,隔水層面以下土的自重應(yīng)考慮其上的靜水壓力作用。式中,第i層土的天然重度,對地下水位以下的土取有效重度;hw地下水到隔水層的距離(m)。在地下水位以下,如埋藏有不透水層,由于不透水層中不存在水的浮力,所以層面及層面以下的自重應(yīng)力應(yīng)按上覆土層的水土總重計。,3.2土中自重應(yīng)力的計算,.,12,3.2土中自重應(yīng)力的計算,5.土中水平自重應(yīng)力式中K。側(cè)壓力系數(shù)(靜止土壓力系數(shù))6.成層土中自重應(yīng)力計算過程參見下面動畫。Question何謂土中應(yīng)力,計算它有何意義?怎樣簡化土中應(yīng)力的計算模型?在工程應(yīng)用中應(yīng)該注意哪些問題?,BACK,.,13,3.3基礎(chǔ)底面壓力的分布和計算,建筑物荷載通過基礎(chǔ)傳遞給地基的壓力稱基底壓力(地基反力)。也就是作用于基礎(chǔ)底面土層單位面積的壓力,單位為kPa。本節(jié)內(nèi)容1,基礎(chǔ)底面地基反力分布2,地基反力的簡化計算方法3,基底附加壓力的計算,.,14,3.3基礎(chǔ)底面壓力的分布和計算,1,基礎(chǔ)底面地基反力分布基底地基反力的分布規(guī)律主要取決于基礎(chǔ)的剛度和地基的變形條件。基礎(chǔ)剛度的影響A柔性基礎(chǔ)當(dāng)基礎(chǔ)為完全柔性時,基底壓力的分布與作用在基礎(chǔ)上的荷載分布完全一致,如圖所示。實際工程中并沒有完全柔性的基礎(chǔ),常把土壩(堤)及用鋼板做成的儲油罐底板等視為柔性基礎(chǔ)。,.,15,3.3基礎(chǔ)底面壓力的分布和計算,B剛性基礎(chǔ)當(dāng)基礎(chǔ)具有剛性或為絕對剛性時,如箱形基礎(chǔ)或高爐基礎(chǔ),在外荷載作用下,基礎(chǔ)底面保待平面,即基礎(chǔ)各點的沉降幾乎是相同的。絕對剛性基礎(chǔ)的分市情況與基礎(chǔ)的剛度、地基土的性質(zhì)、荷載的作用情況、相鄰建筑的位置以及基礎(chǔ)的大小、形狀、埋置深度等因素有關(guān)。剛性基礎(chǔ)在中心載荷作用下,地基反力呈馬鞍形,隨著外力的增大,其形狀相應(yīng)改變。如下圖,.,16,3.3基礎(chǔ)底面壓力的分布和計算,.,17,3.3基礎(chǔ)底面壓力的分布和計算,2,地基反力的簡化計算方法根據(jù)彈性理論的圣維南原理及土中實測結(jié)果,當(dāng)作用在基礎(chǔ)上的總載荷為定值時,地基反力分布的形狀對土中應(yīng)力分布的影響,只在一定深度范圍內(nèi),當(dāng)基底的深度超過基礎(chǔ)寬度的1.5-2.0倍時,它的影響已不顯著。因此,在實用上采用材料力學(xué)方法,即將地基反力分布認為是線性分布的簡化計算方法。,.,18,2.1豎直中心荷載作用下當(dāng)豎直荷載作用于基礎(chǔ)中軸線時,基底壓力呈均勻分布(右圖),其值按下式計算:,3.3基礎(chǔ)底面壓力的分布和計算,.,19,2.2單向偏心荷載作用下2.2.1載荷單向偏心時,基礎(chǔ)設(shè)計時通常將基底長邊方向取與偏心方向一致,而地基邊緣反力可按材料力學(xué)短柱偏心受壓公式計算。式中:e-豎直荷載的偏心矩(m);其余意義同上。按上式計算,基底壓力分布有下列三種情況:(1)當(dāng)eB/6時,pmin為負值,表示基礎(chǔ)底面與地基之間一部分出現(xiàn)拉應(yīng)力。但實際上,在地基土與基礎(chǔ)之間不可能存在拉力,因此基礎(chǔ)底面下的壓力將重新分布(下圖c)。,3.3基礎(chǔ)底面壓力的分布和計算,.,20,3.3基礎(chǔ)底面壓力的分布和計算,.,21,2.2.2載荷雙向偏心時,算法同上式中,ex、ey分別為荷載對y軸和x軸的偏心距。,3.3基礎(chǔ)底面壓力的分布和計算,.,22,3,基底附加壓力的計算基礎(chǔ)通常是埋置在天然地面下一定深度的,這個深度就是基礎(chǔ)埋置深度。由于天然土層在自重作用下的變形已經(jīng)完成,故只有超出基底處原有自重應(yīng)力的那部分應(yīng)力才使地基產(chǎn)生附加變形。因此,基底附加壓力p0是上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)傳到基底的地基反力與基底處原先存在于土中的自重應(yīng)力之差(新增加的應(yīng)力)(如圖),3.3基礎(chǔ)底面壓力的分布和計算,.,23,基底附加壓力可按照下式計算Question如何計算基底壓力和基底附加壓力?兩者概念有何不同?,3.3基礎(chǔ)底面壓力的分布和計算,BACK,.,24,3.4地基中附加應(yīng)力的計算,地基附加應(yīng)力是指外荷載作用下地基中增加的應(yīng)力。地基中的附加應(yīng)力是地基發(fā)生變形,引起建筑物沉降的主要原因。在計算地基中的附加應(yīng)力時,把地基看成是均質(zhì)的彈性半空間,應(yīng)用彈性力學(xué)理論求解。本節(jié)是本章重要內(nèi)容,要求掌握以下內(nèi)容:1.垂直集中力作用下土中的附加應(yīng)力;2.分布荷載作用下土中的附加應(yīng)力;3.條形荷載作用下土中的附加應(yīng)力。,.,25,,集中力作用下土中應(yīng)力的計算(地表),.,26,這個問題,布西奈斯克(J.V.Boussinesq,1885)解得,其中應(yīng)力分量及應(yīng)變分量分別為:,.,27,常將z方向正應(yīng)力寫成如下形式式中:-集中荷載作用下的地基豎向附加應(yīng)力系數(shù),有是(r/z)的函數(shù),可制成表一供查用。*集中力作用在土體內(nèi)時由明德林解求得。,.,28,2,分布載荷作用下土中的附加應(yīng)力,2.1任意分布荷載作用下土中附加應(yīng)力計算對實際工程中普遍存在的分布荷載作用時的土中應(yīng)力計算,可用如下方法處理:a.當(dāng)基礎(chǔ)底面的形狀或基底下的荷載分布不規(guī)則時,可以把分布荷載分割為許多集中力,然后用布西奈斯克公式和疊加原理計算土中應(yīng)力;b.當(dāng)基礎(chǔ)底面的形狀及分布荷載都是有規(guī)律時,則可以通過積分求解得相應(yīng)的土中應(yīng)力。,.,29,2.2矩形面積承受豎直均布荷載作用時的附加應(yīng)力地基表面有一矩形面積,寬度為B,長度為L,其上作用著豎直均布荷載,荷載強度為p,求地基內(nèi)各點的附加應(yīng)力z。這類問題的求解方法是:先求出矩形面積角點下的附加應(yīng)力,再利用角點法求出任意點下的附加應(yīng)力。(一)角點下的附加應(yīng)力角點下的附加應(yīng)力是指右圖中O、A、C、D四個角點下任意深度z處的附加應(yīng)力。通過應(yīng)力疊加原理,可計算出均布荷載作用在角點O以下深度z處M點所引起的豎直向附加應(yīng)力,有,.,30,式中:c為矩形豎直向均布荷載角點下的應(yīng)力分布系數(shù),它是n=L/B和m=z/B的函數(shù),可從表2中查得。(二)任意點的附加應(yīng)力-角點法利用矩形面積角點下的附加應(yīng)力計算公式(上式)和應(yīng)力疊加原理,推求地基中任意點的附加應(yīng)力的方法稱為角點法。角點法的應(yīng)用分下列兩種情況1.計算矩形面積內(nèi)任一點M深度為z的附加應(yīng)力。2.計算矩形面積外任意點M深度為z的附加應(yīng)力。,.,31,計算方法對第一種情況,過M點將矩形abcd分成4個小矩形(如圖),M點為4個小矩形的公共角點,則M點下任意z深度處的附加應(yīng)力為(演示)對第二種情況,仍然設(shè)法使M點成為幾個小矩形面積的公共角點,(如圖)所示。然后將其應(yīng)力進行代數(shù)疊加。(演示),.,32,2.3均布條形荷載下地基中的附加應(yīng)力條形分布荷載下土中應(yīng)力計算屬于平面應(yīng)變問題,對路堤、堤壩以及長寬比lb10的條形基礎(chǔ)均可視作平面應(yīng)變問題進行處理。如右圖所示,在土體表面作用分布寬度為B的均布條形荷載q時,土中任一點的豎向應(yīng)力z可用下式求解,.,33,式中應(yīng)力系數(shù)s是n=x/B及m=z/B的函數(shù),可由表查得。注意:此時坐標軸x的原點是在均布荷載的中點處。2.4矩形面積上作用三角形分布載荷時,土中應(yīng)力計算。,.,34,2.5影響土中應(yīng)力分布的因素(一)非線性材料的影響土體是非線性材料,非線性對于土體的豎直附加應(yīng)力z計算值有一定的影響,最大誤差可達到25-30%。(二)成層地基的影響地基土往往是由軟硬不一的多種土層所組成,其變形特性在豎直方向差異較大,應(yīng)屬于雙層地基的應(yīng)力分布問題。對雙層地基的應(yīng)力分布問題,有兩種情況值得研究:一種是可壓縮土層覆蓋于剛性巖層上;另一種是硬土層覆蓋于軟土層上。對于第一種情況,上層土的壓縮性比下層土的壓縮性高,即E1E2時,則土中附加應(yīng)力分布將發(fā)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象,如下圖(a)所示。對于第二種情況,上層土的壓縮性比下層土的壓縮性低,即E1E2,則土中附加應(yīng)力將發(fā)生擴散現(xiàn)象,如下圖(b)所示。,.,35,在實際地基中,下臥剛性巖層將引起應(yīng)力集中的現(xiàn)象,若巖層埋藏越淺,應(yīng)力集中愈顯著。在堅硬土層下存在軟弱下臥層時,土中應(yīng)力擴散的現(xiàn)象將隨上層堅硬土層厚度的增大而更加顯著。雙層地基中應(yīng)力集中和擴散的概率十分重要,特別是軟土地區(qū),表面有一層硬殼層,由于應(yīng)力擴散作用,可以減少地基的沉降,故在實際中基礎(chǔ)應(yīng)盡量淺埋,以免淺層土的結(jié)構(gòu)遭受破壞。,.,36,(三)變形模量隨深度增大的影響地基土的另一種非均質(zhì)性表現(xiàn)為變形模量E隨深度而逐漸增大,在砂土地基中尤為常見。這種土的非均質(zhì)現(xiàn)象也會使地基中的應(yīng)力向力的作用線附近集中。(四)各向異性的影響當(dāng)土的泊松比相同時,若ExEz,則在各向異性地基中將出現(xiàn)應(yīng)力擴散現(xiàn)象;若ExEz,地基中將出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。,2.6空間問題和平面問題應(yīng)力的比較由圖3.23可知,平面問題的應(yīng)力影響范圍比空間問題大很多。若用平面問題來替代空間問題,不但計算簡化,而且從工程角度來說,平面問題的計算結(jié)果是偏安全的。,.,37,BACK,Question如何計算土中附加應(yīng)力?在工程實際中應(yīng)該如何考慮?,.,38,3.5有效應(yīng)力原理,太沙基(K.Terzaghi)早在1923年就提出了有效應(yīng)力原理的基本概念,闡明了碎散顆粒材料與連續(xù)固體材料在應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系上的重大區(qū)別,從而使土力學(xué)成為一門獨立學(xué)科的重要標志。一、飽和土體的有效應(yīng)力原理三個基本概念有效應(yīng)力(effectivestress)是由顆粒間接觸點傳遞的應(yīng)力,會使土的顆粒產(chǎn)生位移,引起土體的變形和強度的變化的應(yīng)力,用表示。孔隙水壓力(porewaterpressure)由孔隙水傳遞的應(yīng)力,它不能直接引起土體的變形和強度變化,又稱為中性壓力,不隨時間而變化,用u表示。超靜孔隙水壓力(excessporewaterpressure)由外荷引起的超出靜水位以上的那部分孔隙水壓力。它在固結(jié)過程中不斷變化,固結(jié)終了時應(yīng)等于零,用u表示。,.,39,3.5有效應(yīng)力原理,有效應(yīng)力原理:作用于飽和土體內(nèi)某截面上總的正應(yīng)力由

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論