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地基基础单元辅导2 本单元提要：本章包括地基应力、抗剪强度、挡土墙土压力等方面的内容。 主要学习要求：掌握土中应力、基底压力概念及计算；理解地基变形；掌握土的抗剪强度及测定方法；挡土墙土压力概念和计算。掌握土的极限平衡条件、地基承载力。 本单元重点：土中应力、基底压力、抗剪强度、土压力 一、自重应力的计算 计算土的自重应力时，将地基视为在水平方向及地面以下都是无限延伸的半无限弹性体。对于均质土，由于天然地面是一个无限大的水平面，所以在白重应力作用下地基土只产生竖向变形，而无侧向位移和剪切变形，故可认为土中任何垂直面及水平面上不产生剪应力。取横截面为单位面积 1 rn2 的土柱计算，设土的重度为，地面以下z处的自重应力即土柱的重力为×l，即： 二、中心荷载下的基底压力 中心荷载下的基础，可假设其基底压力是均匀分布的。计算公式为： 3—3 式中：p——基底压力，kPa； F——作用在基础上的竖向荷载，kN，有时F也可用N表示； A——基底面积，m2； G——基础及回填土总重量，kN，计算时基础及回填土的平均重度可近似地取为20 kN／m3。 三、矩形荷载下土中附加应力 在中心荷载下，矩形基础基底压力分布均匀。土中任一点的附加应力可用角点法求得。 设矩形基础长边为l，短边为b，受竖向均布荷载p作用，欲求基础任一角点下深度z处的M点的附加应力，即得： 3—10 式中：——M点的附加应力； p——竖向均布荷载； ——均布矩形荷载下的竖向附加应力系数，无因次。 值可采用下式计算： 一般可由m l／b，n z／b查表得到。 根据叠加原理，可用上式计算矩形荷载面内外任一点M以下任何深度处的附加应力。具体做法是，通过M点将荷载面图形划分为几个小矩形，使M点成为各小矩形的公共角点，分别计算小矩形角点的应力，并叠加起来即可 1 计算矩形荷载面内点M之下的附加应力时，其附加应力系数为： 2 计算矩形荷载面边上点M之下的附加应力 四、地基最终沉降量计算 地基最终沉降量是指地基土层在荷载作用下，压缩变形稳定时的总变形量。对于重要建筑物或软弱地基上的建筑物设计，需要计算地基最终沉降量。 地基最终沉降量的计算，常采用分层总和法和《建筑地基基础设计规范》 GB 50007—2002 推荐的方法 以下简称规范法 。 分层总和法 分层总和法是在地基压缩层深度范围内，分层计算竖向压缩量，然后相加即得地基的最终沉降量。一般是以基底中心点的沉降代表基础的最终沉降量，欲计算沉降差或基础倾斜度，则需计算出有关点的沉降量。 五、土的抗剪强度的构成及影响因素 1 土的抗剪强度的构成 土的抗剪能力是由于砂土有摩阻力和黏性土有黏聚力、摩阻力所致。 1 黏聚力 原始黏聚力：系土粒间的分子吸力和公共结合水膜的作用，当土被扰动后，该黏聚力即被破坏，但能缓慢恢复。 加固黏聚力：系土中胶结物质的胶结作用，当土扰动后，该黏聚力被破坏，且不能恢复，只能由另外胶结物再形成。 2 摩阻力 摩擦力：指土粒表面问的摩擦阻力。 咬合力：由于颗粒问的嵌入和联锁作用，在产生相对滑动时须克服的力称为咬合力。 2 抗剪强度的影响因素 1 土粒的矿物成分、形状、大小及颗粒级配：矿物成分不同，土粒表面薄膜水和电分子吸力不同，则原始黏聚力也不同。另外胶结物质可使加固黏聚力增大。土粒形状不规则的比圆卵形的摩阻力大；土粒愈细小，表面积愈大，与水的作用愈强烈，黏聚力愈大；颗粒粗大且形状多不规则，摩阻力大；颗粒级配愈好，愈易压密，黏聚力和摩阻力均增大。 2 原始密实度：原始密实度愈密实，其黏聚力和摩阻力愈大。 3 含水量：含水量愈高则黏粒表面薄膜水愈厚，粒问甚至被自由水分离，胶结力及粒间吸力减小，因而黏聚力小。对无黏性土来说，水可起润滑作用，因而摩阻力减小。 4 土的结构扰动：受扰动的土结构被破坏，土体变得疏松，黏粒问胶结物质以及土粒、离子、水分子所组成的平衡体系受到破坏，因而摩阻力和黏聚力均下降。 5 有效法向压力：有效法向压力愈大，即粒问传递的应力愈大，土体愈易挤紧压密，其黏聚力和摩阻力也愈大。当然，不能大到使土体剪切破坏。 6 土体的应力历史：超固结土的值比正常固结土的大，而正常固结土的又比欠固结土的大，这是因为前者的密实度高于后者。 土的抗剪强度指标的测试方法有原状土室内试验和现场原位试验两大类。室内试验有直剪试验、三轴剪切试验及无侧限抗压强度试验等。现场原位试验有十字板剪切试验和原位直剪试验等。 六、土压力 1． 土压力的定义 挡土墙墙背受到墙后填土的自身重力或外荷载的作用，该作用称为土压力。 土压力的单位是kN／m，指的是挡土墙后每延米范围内墙后填土等作用在墙背上产生的侧向梁中力，其要素包括大小、方向和作用点。 我们学过其他压力指的是单位面积上的力 单位：kN／m2 ，