土力学与地基基础 陈晋中地基课件1 第3章 土中应力与地基变形新.pptVIP

本章学习要求 3.1 概述 3.2 土中自重应力 3.3 基底压力 3.4 土中附加应力 3.5 土的压缩性 3.6 地基最终沉降量计算 3.7 地基沉降与时间的关系 3.8 地基变形特征与建筑物沉降观测 本章学习要求 本章是本课程学习的重点，是土力学基本内容之一。通过本章学习，要求掌握土中应力计算与地基变形的基本知识。 掌握土中自重应力、基底压力和土中附加应力的基本概念、分布规律及计算方法； 熟悉土的有关压缩性指标的概念，掌握地基最终沉降量的计算方法，能够熟练使用规范法计算地基的最终沉降量； 了解固结原理及固结随时间变化的关系，学会利用单向固结原理解决实际工程。 了解地基变形特征与建筑物沉降观测的基本知识。 3.1 概述 在建筑物荷载作用下，地基中原有的应力状态将发生变化，从而引起地基变形，建筑物地基亦随之沉降。地基变形控制是地基基础设计的主要原则之一。 地基土中的应力按产生的原因可分为自重应力和附加应力。附加应力是引起地基变形和破坏的主要原因。 地基变形除与附加应力有关外，还与土的压缩性直接有关，土的压缩性是引起地基变形的内因。 地基在建筑物荷载作用下由于压缩而引起的竖向位移称为沉降。  自重应力和附加应力 由上覆土体自重引起的应力称为土的自重应力，它是在建筑物建造之前就已存在土中。对于形成地质年代比较久远的土，由于在自重应力作用下，其变形已经稳定，因此土的自重应力不再引起地基的变形（新沉积土或近期人工充填土除外）。 由建筑物荷载作用引起的应力称为附加应力。附加应力由于是地基中新增加的应力，将引起地基的变形，所以附加应力是引起地基变形和破坏的主要原因。 【例3-1】 某地基土层剖面如图3-4所示，求各层土的自重应力并绘制其自重应力分布曲线。 自重应力分布曲线 3.3 基底压力 建筑物荷载通过基础传递给地基，在基础底面与地基之间便产生了接触压力。它既是基础作用于地基的基底压力，同时又是地基反作用于基础的基底反力。 基底压力的分布呈多种曲线形态，不仅与基础的刚度、尺寸大小和埋置深度有关，还与作用在基础上的荷载大小、分布情况和地基的性质等有关。计算基底压力时，如完全考虑这些因素，是十分复杂的。 简化计算：对于具有一定刚度且底面尺寸较小的基础（如柱下独立基础和墙下条形基础等），一般假定基底压力呈线性分布，按材料力学公式进行基底压力简化计算。实践证明，根据该假定计算所引起的误差在允许范围内。 【例3-2】某基础底面尺寸l=3m，b=2m，基础顶面作用轴心力Fk=450kN，弯矩M=150kN.m,基础埋深d=1.2m，试计算基底压力并绘出分布图。 地基附加应力是由新增加建筑物荷载在地基中产生的应力。是引起地基变形和破坏的主要原因。 土中附加应力计算目前主要采用弹性理论方法。假定地基土为均质、连续、各向同性的弹性半空间无限体 。 计算时，需根据基础底面的形状（矩形、条形、圆形等）和基底附加压力（均布、三角形等）的分布，按不同情况来分别考虑。 （2） 非角点下任意深度的附加应力 计算矩形均布荷载非角点0点下任意深度的附加应力时，可通过0点将荷载面积划分为几块小矩形面积，使每块小矩形面积都包含有角点0点，分别求角点0点下同一深度的应力，然后叠加求得，这种方法称为角点法。如图3-10所示。 角点法计算附加应力的要点： 划分的每一个矩形都要有一个角点位于公共角点下； 所有划分的矩形面积总和应等于原有的受荷面积； 查附加应力表时，所有矩形都是长边为l，短边为b。 【例】如图所示，荷载面积2m×1m，p=100kPa，求A，E，O，F，G各点下z=1m深度处的附加应力，并利用计算结果说明附加应力的扩展规律。 （1）A点下的应力 故F点下的竖向附加应力为： 【例3-4】试绘制出图3-13所示矩形面积Ⅰ上均布荷载中心点下的附加应力图，并考虑矩形面积Ⅱ上均布荷载的影响。 【解】 取矩形面积Ⅰ中心点下=0、b、2b、3b、4b、5b处的点计算附加应力,相邻荷载的影响可按应力叠加原理计算，计算过程见表3-2。 附加应力曲线绘于图3-13b，图中阴影部分表示相邻矩形面积Ⅱ上均布荷载对荷载面积Ⅰ中心点下附加应力的影响。 3.4.2 条形面积上均布荷载作用下地基中的附加应力 当条形基础在基底产生的条形荷载沿长度方向不变时，地基应力属平面问题，即垂直于长度方向的任一截面上的附加应力分布规律都是相同的(基础两端另行处理）。在条形均布荷载作用下，地基中任一点M处的附加应力（图3-14）为 3.4.3 矩形面积上三角形分布荷载作用下地基中的附加应力 当基底压力为梯形分布时，可视其为一个均布荷载和一个三角形荷载的迭加，即梯形分布荷载下的地基附加应力计算可通过均布荷载和三角形分布荷载的计算