[高等教育]工程地质与地基基础 03土中应力和沉降.ppt
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1、1/32,第三章 地基应力和沉降,3.1 土中自重应力 3.2 基底压力 3.3 地基附加应力 3.4 土的压缩性 3.5 地基最终沉降量,主要内容,2/32,3.1 土中自重应力,自重应力:由于土体本身自重引起的应力,确定土体初始应力状态,3/32,一、竖向自重应力,土体中任意深度处的竖向自重应力等于单位面积上土柱的有效重量,4/32,二、成层土的自重应力计算,说明: 1.非均质土中自重应力沿深度呈折线分布 2.地下水位以下透水土层采用浮重度 3.地下水位以下有不透水层时,在不透水面上应加上水的重力 4.地下水位升降变化,会引起地面下沉或土质软化,1 h1,1 h1 + 2h2,1 h1 +
2、 2h2 + 3h3,5/32,三、例题分析,【例】一地基由多层土组成,地质剖面如下图所示,试计算并绘制自重应力cz沿深度的分布图,解:,6/32,基底压力:建筑物上部结构荷载和基础自重通过基础传递给地基,作用于基础底面传至地基的单位面积压力,3.2 基底压力,7/32,影响基底压力的因素:基础的形状、大小、刚度,埋置深度,基础上作用荷载的性质(中心、偏心、倾斜等)及大小、地基土性质,8/32,一、中心荷载作用下的基底压力,若是条形基础,F,G取单位长度基底面积计算,G= GAd,取室内外平均埋深计算,9/32,二、偏心荷载作用下的基底压力,作用于基础底面形心上的力矩 M=(F+G)e,基础底
3、面的抵抗矩;矩形截面W=bl2/6,10/32,讨论:,当e0,基底压力呈梯形分布,当e=l/6时,pmax0,pmin=0,基底压力呈三角形分布,当el/6时,pmax0,pmin0,基底出现拉应力,基底压力重分布,11/32,基底压力重分布,偏心荷载作用在基底压力分布图形的形心上,12/32,基底附加压力:作用于地基表面,由于建造建筑物而新增加的压力称为基底附加压力,即导致地基中产生附加应力的那部分基底压力,三、基底附加压力,基底附加压力在数值上等于基底压力扣除基底标高处原有土体的自重应力,13/32,基底压力呈梯形分布时,基底附加压力,基底附加压力,自重应力,14/32,附加应力:新增外
4、加荷载在地基土体中引起的应力,计算基本假定:,地基土是连续、均匀、各向同性的半无限完全弹性体,不同地基中应力分布各有其特点,平面问题,空间问题,3.3 地基附加应力,15/32,一、竖向集中荷载作用下的地基附加应力,1885年法国学者布辛涅斯克解,M(x,y,z),M(x,y,0),q,附加应力系数,16/32,附加应力分布规律,距离地面越深,附加应力的分布范围越广 在集中力作用线上的附加应力最大,向两侧逐渐减小 同一竖向线上的附加应力随深度而变化 在集中力作用线上,当z0时,z,随着深度增加,z逐渐减小 竖向集中力作用引起的附加应力向深部向四周无限传播,在传播过程中,应力强度不断降低(应力扩
5、散),17/32,附加应力分布规律,18/32,叠加原理,由几个外力共同作用时所引起的某一参数(内力、应力或位移),等于每个外力单独作用时所引起的该参数值的代数和,两个集中力作用下z的叠加,19/32,二、矩形基础地基中的附加应力计算,dp布辛涅斯克解,矩形基础角点下的竖向附加应力系数,b为基础短边,20/32,角点法计算地基附加应力,I,II,III,IV,21/32,角点法计算地基附加应力,计算点在基底边缘,计算点在基底边缘外,22/32,角点法计算地基附加应力,计算点在基底角点外,I,23/32,【例题分析】,有两相邻基础A和B,其尺寸、相对位置及基底附加压力分布见右图,若考虑相邻荷载的
6、影响,试求A基础底面中心点o下2m处的竖向附加应力,24/32,分析,o点的附加应力应该是两个基础共同产生的附加应力之和,根据叠加原理可以分别进行计算,A基础引起的附加应力,zA=4Kc pA,zB=(Kc1- Kc2- Kc3+ Kc4)pB,B基础引起的附加应力,25/32,垂直三角形分布荷载,dp布辛涅斯克解,矩形基础角点下的竖向附加应力系数,均为m,n的函数,b为荷载变化的一边,26/32,三、条形基础地基中的附加应力计算,条形基础,理想情况,实际情况,pdy布辛涅斯克解,27/32,几种不同分布荷载计算,均布荷载情况,三角形荷载情况,28/32,【例题分析】,【例】某条形地基,如下图
7、所示。基础上作用荷载F=400kN/m,M=20kNm,试求基础中点下的附加应力,并绘制附加应力分布图,29/32,分析步骤I:,1.基底压力计算,基础及上覆土重G= GAd,荷载偏心距e=M/(F+G),条形基础取单位长度计算,30/32,分析步骤:,2.基底附加压力计算,基底标高以上天然土层的加权平均重度,基础埋置深度,31/32,分析步骤:,3.基底中点下附加压力计算,32/32,分析步骤:,地基附加应力分布曲线,33/32,土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性。,压缩量的组成: 固体颗粒的压缩 土中水的压缩 空气的排出 水的排出,占总压缩量的1/400不到,忽略不计,压缩量主要组
8、成部分,说明:土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果,透水性好,水易于排出,压缩稳定很快完成,透水性差,水不易排出,压缩稳定需要很长一段时间,土的固结:土体在压力作用下,压缩量随时间增长的过程,3.4土的压缩性,34/32,一、压缩试验,研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法,亦称固结试验,三联固结仪,35/32,注意:土样在竖直压力作用下,由于环刀和刚性护环的限制,只产生竖向压缩,不产生侧向变形,1.压缩仪示意图,36/32,2.e-p曲线,研究土在不同压力作用下,孔隙比变化规律,Vve0,Vs1,Vve,Vs1,土样在压缩前后变形量为s,整个过程中土粒体积和底面积不变,土粒高度在受压前
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