清华大学土力学与地基基础第章土体中的应力计算PPT文件格式下载.ppt

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平面应变条件下，土体在x,z平面内可以变形，但在y方向没有变形。

二.地基中常见的应力状态,13,3.平面应变条件二维问题,应变条件,应力条件,独立变量,二.地基中常见的应力状态,3土体中的应力计算,3.1应力状态,=,=,0,0,0,0,0,0,0,0,0,14,4.侧限应力状态一维问题,水平地基半无限空间体；

半无限弹性地基内的自重应力只与Z有关；

土质点或土单元不可能有侧向位移侧限应变条件；

任何竖直面都是对称面,应变条件,A,B,3土体中的应力计算,3.1应力状态,二.地基中常见的应力状态,15,应变条件,应力条件,独立变量,4.侧限应力状态一维问题,3土体中的应力计算,3.1应力状态,二.地基中常见的应力状态,=,=,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,K0：

侧压力系数,理论研究和工程实践中广泛应用,16,均匀一致各向同性体（土层性质变化不大时）,线弹性体（应力较小时）,连续介质（宏观平均）,与（x,y,z）无关与方向无关,理论,方法,弹性力学解求解“弹性”土体中的应力,解析方法优点：

简单，易于绘成图表等,3土体中的应力计算,碎散体,非线性弹塑性,成层土各向异性,p,e,线弹性体,加载,卸载,3.1应力状态,三.土的应力-应变关系的假定,17,3土体中的应力计算,3.1应力状态,3.3地基中自重应力的计算,3.5地基中附加应力的计算,3.4基底压力计算,3.2有效应力原理,3.6超静孔隙水压力和孔压系数,18,1998年九江大堤决口,解放军报2000年08月14日,九江大堤今年又见“豆腐渣”,2000年双钟圩堤身滑坡,羊城晚报2000年07月31日,“豆腐渣”工程“三1八O”工程,30公里,“豆腐脑”,19,1999年下半年：

开工2000年1月16日：

圩堤出现局部滑坡2月11日：

混凝土墙齿槽滑动3月13日：

混凝土堤身变形加大4月9日：

堤身滑塌,鄱阳湖段的双钟圩：

全长1220米，总投资1550万元,最大移位：

60多米最大沉陷：

约10米滑塌面积：

7800多平方米塌方体积：

7.7万立方米完成投资：

1295万元圩堤高度：

18.6米,事故分析：

“是各种失误叠加造成的”,直接原因：

软粘土地基，初步设计方案需三年，实际期限半年且施工必须超速加载,教训：

“程序上经过科学决策的工程建设，如果作为一刀切的政治任务去完成，就容易让科学决策变形、变味。

”,需要的土力学知识：

有效应力原理渗流固结理论土的强度理论,20,本节内容是重点之一，并且有多处难点！

21,3.2有效应力原理,土,孔隙水,固体颗粒骨架,+,三相体系,对所受总应力，骨架和孔隙流体如何分担？

3土体中的应力计算,孔隙气体,+,总应力,总应力由土骨架和孔隙流体共同承受,它们如何传递和相互转化？

它们对土的变形和强度有何影响？

受外荷载作用,Terzaghi（1923）有效应力原理固结理论,土力学成为独立的学科,孔隙流体,李广信，有效应力原理能够推翻吗.岩土工程界，2007（7），22-26.,22,1.饱和土中的应力形态,PS,PSV,a,a,3.2有效应力原理,3土体中的应力计算,PS,A：

Aw：

As：

土单元的断面积,颗粒接触点的面积,孔隙水的断面积,a-a断面通过土颗粒的接触点,有效应力,a-a断面竖向力平衡：

u：

孔隙水压力,土骨架承担土骨架传递,（水平面上投影）,23,3.2有效应力原理,3土体中的应力计算,2.饱和土的有效应力原理,

（1）饱和土体内任一平面上受到的总应力可分为两部分和u，并且,

（2）土的变形与强度都只取决于有效应力,一般地，,有效应力,总应力已知或易知,孔隙水压测定或算定,通常,24,孔隙水压力的作用它在各个方向相等，只能使土颗粒本身受到等向压力，由于颗粒本身压缩模量很大，故土粒本身压缩变形极小。

因而孔隙水压力对变形也没有直接的影响，土体不会因为受到水压力的作用而变得密实；

对土颗粒间摩擦、凝聚力没有贡献，并且水不能承受剪应力，因而孔隙水压力对土的强度没有直接的影响。

变形的原因颗粒间克服摩擦相对滑移、滚动与有关；

接触点处应力过大而破碎与有关。

强度的成因凝聚力和摩擦由土骨架决定，与有关,3.2有效应力原理,3土体中的应力计算,2.饱和土的有效应力原理,

（2）,

（1）,土的变形与强度都只取决于有效应力,25,3土体中的应力计算,3.1应力状态,3.3地基中自重应力的计算,3.5地基中附加应力的计算,3.4基底压力计算,3.2有效应力原理,3.6超静孔隙水压力和孔压系数,26,3.3地基中自重应力的计算,水平地基中的自重应力,假定：

水平地基半无限空间体半无限弹性体侧限应变条件一维问题,3土体中的应力计算,定义：

在修建建筑物以前，地基中由土体本身的重量而产生的应力。

目的：

确定土体的初始应力状态,计算：

不同条件下采用不同的重度,27,成层地基,1.计算公式,均质地基,竖直向：

3.3地基中自重应力的计算,3土体中的应力计算,水平向：

竖直向：

水平向：

注意：

上述水平向应力的计算仅适用于有效自重应力,2,3,1,一.基本计算方法,28,2.分布规律,自重应力分布线的斜率是重度；

自重应力在等重度地基中随深度呈直线分布；

自重应力在成层地基中呈折线分布；

在土层分界面处和地下水位处发生转折。

均质地基有效自重应力,成层地基有效自重应力,3.3地基中自重应力的计算,3土体中的应力计算,一.基本计算方法,29,二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算,1.静水条件,3土体中的应力计算,地下水位,水下土,毛细饱和区,2.稳定渗流条件,3.3地基中自重应力的计算,30,1.静水条件,二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算,3土体中的应力计算,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,地下水位下降会引起增大，土会产生压缩，这是城市抽水引起地面沉降的主要原因之一。

3.3地基中自重应力的计算,31,来源：

新民晚报新民网2011年10月23日15:

49,本报讯（记者曹刚）据中央电视台报道，因华北地区主要水源地下水的过度开采，华北平原已形成大面积地面沉降。

河北省沧州市人民医院里有一座美丽的喷泉花园，而在两年前，这个喷泉还是一栋楼。

河北第四水文地质大队高级工程师杜兴明介绍，医院原先的妇产科病房是一栋三层楼，由于地面沉降，逐渐变成了两层楼，本来的一楼降成了地下室。

2009年，沧州市人民医院妇产科因严重楼体沉降，不得不拆除重建，并在原址上建起了喷泉。

在沧州市中心，沉降特征清晰可见沉降前后的两段地面，高度相差约30厘米。

中国地质环境监测院地质调查与科技外事处处长吴爱民介绍，从上世纪70年代至今，沧州大约沉降了2.4米。

32,水下土,3土体中的应力计算,二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算,wH1,wH1,=-u=wH1+satH2-wH=satH2-w（H-H1）=（sat-w）H2=H2,1.静水条件,3.3地基中自重应力的计算,33,毛细饱和区,3土体中的应力计算,二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算,毛细饱和区,总应力,孔隙水压力,有效应力,+,-,1.静水条件,3.3地基中自重应力的计算,34,话说从前有甲乙两头驴，抓阄选择驮运货物。

甲选驮盐，郁闷；

乙选驮棉花，大喜。

甲边走边埋怨驮的太重，羡慕和嫉妒乙驴的轻载。

前面遇到一条很宽的深水河，需游过去。

二驴入水以后，甲驴越走越轻，乙驴简直浮了起来。

过河以后，背部露出水面时，甲驴高兴得唱起来而乙驴出水后艰难的站起后，已爬不上河岸。

何故？

35,从上面的故事你可得到什么启示？

（可多选）a、在水中时，计算乙驴的有效荷载应采用棉花的浮重度b、刚上岸时，计算乙驴的有效荷载应采用棉花的饱和重度c、应该用变化的观点看待问题d、宁驮盐不驮棉花,36,H,h,砂层，承压水,粘土层sat,H,h,砂层，排水,sat,3土体中的应力计算,二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算,向上渗流,向下渗流,2.稳定渗流条件,3.3地基中自重应力的计算,37,土水整体分析,A,向上渗流:

向下渗流:

3土体中的应力计算,二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算,渗流压密,渗透压力:

2.稳定渗流条件,3.3地基中自重应力的计算,38,取土骨架为隔离体,A,向上渗流:

3土体中的应力计算,二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算,静水有效自重应力:

渗透力:

渗透力引起的有效应力减少:

2.稳定渗流条件,3.3地基中自重应力的计算,39,3土体中的应力计算,3.1应力状态,3.2有效应力原理,3.3地基中自重应力的计算,3.4基底压力计算,3.5地基中附加应力的计算,3.6超静孔隙水压力和孔压系数,40,3.4基底压力计算,基底压力：

基础底面传递给地基表面的压力，也称基底接触压力。

3土体中的应力计算,基底压力,附加应力,地基沉降变形,基底反力,基础结构的外荷载,上部结构的自重及各种荷载都是通过基础传到地基中的。

影响因素计算方法分布规律,上部结构,基础,地基,建筑物设计,暂不考虑上部结构的影响，使问题得以简化；

用荷载代替上部结构。

41,一.影响因素,基底压力,基础条件,刚度形状大小埋深,大小方向分布,土类密度土层结构等,3.4基底压力计算,3土体中的应力计算,荷载条件,地基条件,42,抗弯刚度EI=M0；

反证法：

假设基底压力与荷载分布相同，则地基变形