土中应力分布及计算.
4土中应力的计算
y x
) xz x (1 P(1 )P xz x 2 u ( 1 ) u (1 2 3 ) 3E 2 R ( R z ) R 2E R R( R z ) 1 ) yz y (yz P (1v )P y ( 1 2 ) 2 3 v ( 1 ) E R R ( R z ) 2 3 2E P R R ( R z ) 2 1 (1 2 ) z w 12 (1 ) 3 P (1 ) 2 z E R R ) w 3 2(1 2E R R
第4章
土中应力的计算
土体受到力的作用,以内力的形式作出响 应,即产生内力,内力的集度称为应力。 应力按起因可分为:自重应力和附加应力。
土中某点的总应力=
该点的自重应力与附加应力之和。
应力按分担作用可分为: 有效应力和孔隙应力(孔隙压力)。
土中某点的总应力=
该点的有效应力与孔隙应力之和。
均质土中的自重应力
关于基底压力简化计算的说明
基底压力的简化计算
(一) 中心荷载下的基底压力P(kPa)
室内设计地面 G
d d
F
+0.00
+0.00
G
F
室外设计地面
b
b
p (a) (b)
p
d — 基础埋 深(m);必 须从设计地 面或室内外 平均设计地 面算起。
F G p A
F — 作用任基础上的竖向力设计值(kN); G — 基础自重设计值及其上回填土总重 (kN);G=GAd , 其中G为基础及回填土之 平均重度,一般取20kN/m3。
单向偏心荷载下的基底压力
单向偏心荷载 下,设计时通常 取基底长边方向 与偏心方向一致, 此时两短边边缘 最大压力设计值 pmax 与最小压力设 计 值 pmin 按 材 料 力学短柱偏心受 压公式计算:
土中应力分布及计算
3.1 概述
1,土中应力的分类 按照应力产生的原因,土中应力分为自重应力和附加应力。自重应力是土体受到重力作用而产生
的应力;附加应力是由于外载荷(建筑荷载、车辆荷载、土中水的渗流力、地震力等)的作用,在土中 产生的应力增量。
按照应力分担角度来分,则土中应力还可分为有效应力和孔隙水压力。 2,土中应力计算的意义
1,集中力作用下土中应力的计算(地表)
这个问题,布西奈斯克(J.V.Boussinesq, 1885)解得,其中应力分量及应变分量分别为:z来自3p2z2cos5
3pz3
2R5
p(1)[ z2 2(1) 1]
2E R3
R
常将z方向正应力写成如下形式
式中:α--集中荷载作用下的地基竖向附加应力系数,有 α是(r/z)的函数,可制成表一供查用。 *集中力作用在土体内时由明德林解求得。
2,分布载荷作用下土中的附加应力
2.1 任意分布荷载作用下土中附加应力计算
对实际工程中普遍存在的分布荷载作用时的土中应力计 算,可用如下方法处理:a. 当基础底面的形状或基底下的 荷载分布不规则时,可以把分布荷载分割为许多集中力, 然后用布西奈斯克公式和叠加原理计算土中应力;b. 当基 础底面的形状及分布荷载都是有规律时,则可以通过积分 求解得相应的土中应力。
A 柔性基础 当基础为完全柔性时,基底压力的分布与作用在基础上的荷载分布完全一致,
如图所示。实际工程中并没有完全柔性的基础,常把土坝(堤)及用钢板做成的储油 罐底板等视为柔性基础。
3.3 基础底面压力的分布和计算
B 刚性基础 当基础具有刚性或为绝对刚性时,如箱形基础或高炉基础,在外荷载作用下,基础底
一句话,计算土中应力是对建筑物等地基基础进行沉降计算,强度与稳定性分析的基础。
土力学课件 第3章 土中应力分布及计算.
计算如图所示水下地基土中的自重应力分布
水面 a 8m
粗砂 r=19KN/m3 rsat=19.5KN/m3
黏土r=19.3KN/m3 4m rsat=19.4KN/m3 W=20%,WL=55%,WP=24%
b 76KPa 176KPa c 253.2KPa
解:水下的粗砂层受到 水的浮力作用, 其有效重度: r , rsat rw 19.5 10 9.5 KN / m 3 粘土层因为W WP , 所以I L 0, 故认为土层 不受到水的浮力作用, 土层面上还受到 上面的静水压力作用。 a点:Z 0, CZ 0 KPa; b点:Z 8m, 该点位于粗砂层中,
应力符号规定
法向应力以压为正,剪应力方向的符号规定则与材料力 学相反。材料力学中规定剪应力以顺时针方向为正,土力学 中则规定剪应力以逆时针方向为正。
压为正,拉为负,剪应力以逆时针为正
土中的自重应力计算
土中应力按其起因可分为自重应力和附加应力两种。
自重应力是土受到重力作用产生的应力,自重应力一般是自 土体形成之日起就产生于土中。
二.成层土自重应力计算 地基土通常为成层土。当地基为成层土体时,设各土层 的厚度为hi,重度为ri,则在深度z处土的自重应力计算公 式为:
cz i hi
i 1
n
z hi
i 1
n
n—从地面到深度z处的土层数; hi—第i层土的厚度,m。 成层土的自重应力沿深度呈折线分布,转折点位于r值 发生变化的土层界面上。
◇若0<IL<1,土处于塑性状态,土颗粒是否受到水的 浮力作用就较难肯定,在工程实践中一般均按土体受 到水浮力作用来考虑。
四.存在隔水层时土的自重应力计算
当地基中存在隔水层时,隔水层面以下土的自重应力应 考虑其上的静水压力作用。
土体中的应力计算
土体中的应力计算在土体中,应力是指单位面积上的力的作用,可以分为垂直应力和水平应力。
垂直应力是指垂直于土体中其中一点的力的作用,通常用σ表示,单位为N/m²或Pa;水平应力是指与土体中其中一点切向的力的作用,通常用τ表示,单位为N/m²或Pa。
在计算土体中的应力时,需要先确定作用力的大小和方向。
作用力可以分为自重应力、表面荷载和边界条件所引起的应力。
自重应力是由土体自身的重力引起的应力,可以通过土体的密度和重力加速度来计算;表面荷载是由于外界施加在土体上的荷载,可以通过荷载的大小和分布情况来计算;边界条件所引起的应力是由于土体边界的约束而产生的应力,可以根据边界条件的空间限制来计算。
计算垂直应力时,需要将作用力作用在单位面积上,即垂直应力等于作用力的大小除以土体的面积。
例如,对于自重应力来说,垂直应力可以通过土体的密度乘以重力加速度来计算。
而对于表面荷载来说,垂直应力可以通过荷载的大小和分布情况来计算。
计算水平应力时,需要考虑土体的弹性特性。
根据弹性理论,水平应力的大小与垂直应力的大小和土体的弹性模量有关。
弹性模量是反映土体抵抗应力的能力的指标,可以通过试验或经验公式估算得到。
一般来说,弹性模量越大,土体的抵抗应力能力越强,水平应力的大小也越大。
在应力计算时,还需要考虑土体的变形特性。
土体的变形可以分为弹性变形和塑性变形两种。
弹性变形是指在荷载作用后,土体恢复到无荷载状态时的变形,是可逆的,可以通过应力和应变之间的线性关系进行计算。
而塑性变形是指在荷载作用后,土体不完全恢复到无荷载状态时的变形,是不可逆的,需要通过试验或经验公式来确定。
总之,土体中的应力计算是根据应力平衡原理和弹性力学原理进行的,需要考虑土体的类型、作用力的大小和方向以及土体的弹性和变形特性。
通过合理的应力计算,可以为土壤工程和土木工程的设计和施工提供基础数据。
第2章 土中应力分布及计算
第二章土中应力分布及计算一、思考题1、自重应力,附加应力的大小与地基土的性质是否相关?2、自重应力与附加应力在地基中的分布各有何特点?3、基底压力分布的主要影响因素有哪些?4、在基底总压力不变的前提下,增大基础埋深对土中应力分布有什么影响?5、宽度相同的矩形和条形基础,其基底压力相同,在同一深度处,哪一个基础下产生的附加应力大?6、地下水位升降,对土中应力分布有何影响?7、自重应力,附加应力计算时的起算点是否相同?二、选择题1、有两个不同的基础,其基础总压力相同,问在同一深度处,哪一个基础产生的附加应力大?()A、宽度小的基础产生的附加应力大B、宽度小的基础产生的附加应力小C、宽度大的基础产生的附加应力小D、两个基础产生的附加应力相等2、某场地自上而下的土层分布为:第一层粉土,厚3m,重度γ=18kN/m3;第二层粘土,厚5m,重度γ=18.4kN/m3,饱和重度γsat =19kN/m3,地下水位距地表5m,试求地表下6m处土的竖向自重应力()A、99.8kPaB、109.8kPaC、111kPaD、109.2kPa3、成层地基土中的自重应力()A、均匀分布B、直线分布C、曲线分布D、折线分布4、有一基础埋置深度d=1.5m,建筑物荷载及基础和台阶土重传至基底总压力为100KN/m2,若基底以上土的重度为18 KN/m2,基底以下土的重度为17 KN/m2,地下水位在地表处,则基底竖向附加压力为多少()A、85 KN/m2B、73 KN/m2C、88 KN/m25、一矩形基础,短边b=3m,长边l=4m,在长边方向作用一偏心荷载F+G=1200KN,偏心距为多少时,基底不会出现拉应力()A、0.5mB、0.57mC、0.67m6、由建筑物荷载或其它外载在地基内产生的应力称为()A、自重应力B、附加应力C、基底压力D、基底附加压力7、土的自重应力计算中假定的应力状态为()A、σz ≠0、σx≠0、τxz≠0 B、σz≠0、σx≠0、τxz=0C、σz ≠0、σx=0、τxz=08、当上部结构荷载的合力不变时,荷载偏心距越大,则基底压力平均值()A、越大B、越小C、不变9、基底总压力与基底附加压力哪一个大?()A、基底附加压力B、基底总压力C、二者相等10、地下水位下降,则土中自重应力()A、不变B、减小C、增大答案:B、A、D、C、C、B、B、C、B、C三、计算题1、某工程地基勘查结果:地表为杂填土,31/0.18mkN=γ,厚度mh50.11=;第二层土为粉土,32/0.19mkN=γ,厚度mh6.32=;第三层为中砂,33/5.19mkN=γ,厚度mh80.13=;第四层为坚硬岩石,地下水位1.5m。
土力学与地基基础土中应力分布与计算
【例4-1】某建筑物场地的土层及其物理性质指标如图4-5所示,试计算土中自重应力,并绘制出分布图。
第17页/共79页
第三节 基底压力的计算
1 基本概念(1)基底接触压力的产生 建筑物荷重 基础 地基在地基与基础的接触面上产生的压力(地基作用于基础底面的反力)(2)接触压力的大小影响因素 地基土和基础的刚度 荷载 基础埋深 地基土性质
第38页/共79页
若在空间将 相同的点连接成曲面,可以得到如图4-13所示的等值线,其空间曲面的形状如泡状,所以也称为应力泡。规律:即集中力P在地基中引起的附加应力的分布是向下、向四周无限扩散。
第39页/共79页
在工程实践中,建筑物荷载都是通过一定尺寸的基础传递给地基的。对于不同的基础形状和基础地面的压力分布,均可利用上述集中荷载引起的附加应力的计算方法和应力叠加原理,计算地基中任意点的附加应力。具体求解时,常按应力状态的特性划分为空间问题和平面问题。
第4页/共79页
土中附加应力是指由土体受外荷载(包括建筑物荷载、交通荷载、堤坝荷载等)以及地下渗流、地震等作用下附加产生的应力增量,它是产生地基变形的主要原因,也是导致地基土的强度破坏和失稳的重要原因。
第5页/共79页
第二节 地基中的自重应力
一、土中竖向自重应力(一)单层土的竖向自重应力 在计算土中自重应力时,假设天然地面是一个无限大的水平面,因而在任意竖直面和 水平面上均无剪应力存在。可取作用于该水平面上任一单位面积的土柱体自重计算(图),即:
第44页/共79页
(1)o点在荷载面边缘 σz=(αcⅠ+αcⅡ)p0(2)o点在荷载面内σz=(αcⅠ+αcⅡ+αcⅢ+αcⅣ)p0 o点位于荷载面中心,因αcⅠ=αcⅡ=αcⅢ=αcⅣσz=4αp0
土中的应力计算
e x
e xL
Ke
L x K=B/2-
L
压力调整 基底压
y
y
e
3K
y
pmin 0
力合力 与总荷
载相等
pmax
pmin
0 pmax
pmin 0
e<B/6: 梯形
pmax
e=B/6: 三角形
e>B/6: 出现拉应力区
2N
2N
pmax 3KL 3(B 2 e)L
12
2.2.3基底附加压力
H 成层
E1 均匀
E2<E1
25
无限均布荷载作用下的附加应力
当条形荷载在宽度方向增加 到无穷时,此时地基中附加应力 分布仍可按均布条形荷载下土中 应力的公式计算,查表2-10。
相当于薄压缩层:h 0.5b
b,z/b 0, αsz=1.0
基础中点处,任意深度处的附加
应力均等于p0,即在大面积荷载
作用下,地基中附加应力分布与 深度无关。
成层 H
均匀 E1
E2>E1
23
2.变薄交互层地基(各向异性地基) • 当Ex/Ez<1 时,应力集中——Ex相对较小,不利于应力扩散 • 当Ex/Ez>1 时,应力扩散——Ex相对较大,有利于应力扩散
24
3.双层地基(非均质地基)
(1)上层软弱,下层坚硬的成层地基 ▪ 中轴线附近σz比均质时明显增大的现象
21
条形荷载与矩形荷载的附加应力对比图
表明荷载作 用面积越大 附加应力传 递的越深。
22
2.3.4 地基附加应力的应用讨论
1.变形模量随深度增大的地基(非均质地基)
B
土力学与地基基础-第三章.土中应力分布及计算解析
从上式可知,自重应力随深度z线性增
加,呈三角形分布图形。
2019/8/25
土中自重应力的计算
8
3.2 土中自重应力的计算
2. 成层土的压力计算
地基土通常为成层土。当地基为成层土体时,设各土层
的厚度为hi,重度为 ,则在i 深度z处土的自重应力计算公式 为:
n
cz ihi i 1
剪应力
xy
yx
3Q xyz
2
R5
1 2 3
xy(2R z)
R3
(
R
z)2
yz
zy
3Q 2
yz 2 R5
ZX
XZ
3Q 2
xz 2 R5
3.4 集中力作用下土中应力计算
X、Y、Z轴方向的位移
分别为:
刚性基础在中心载荷作用下,地基反力呈马鞍形,随着外 力的增大,其形状相应改变。如下图
2019/8/25
基础底面压力的分布和计算
15
3.3 基础底面压力的分布和计算
2019/8/25
基础底面压力的分布和计算
16
3.3 基础底面压力的分布和计算
2. 地基反力的简化计算方法
根据弹性理论的圣维南原理及土中实测结果,当作用在 基础上的总载荷为定值时,地基反力分布的形状对土中 应力分布的影响,只在一定深度范围内,当基底的深度 超过基础宽度的1.5-2.0倍时,它的影响已不显著。因此, 在实用上采用材料力学方法,即将地基反力分布认为是 线性分布的简化计算方法。
因此,基底附加压力p0是上部结构和基础传到基底的地基反力 与基底处原先存在于土中的自重应力之差(新增加的应力)(如图)
土中应力计算概述
1、弹性力学法 2、数值计算方法,比如差分法、有限元法等。
第二节 土中自重应力计算
自重应力(geostatic stress)是由土体自重产生的
应力。
一、假定
1、土体表面为无限大的水平面。 2、土体在自重的作用下已压缩稳定。
二、竖向自重应力计算
1、成层土
n
cz ihi
式中
i1
1、假设:基底压力为线性分布。
2、轴心荷载作用
F G
p A
GGAd
式中:
F:上部结构传至基础顶面上的轴向力,kN; G:基础和其上覆土的总重量,kN;
G:基础及其上覆土的平均重度,初步设计时可取
20kN/m3;
d:基础埋深,从设计地面或室内外平均设计地面起算;
A:基础底面积,m2。
第三节 基底压力计算
二、习题
4.1,4.4,4.5,4.7
人有了知识,就会具备各种分析能力, 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书,广泛阅读, 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍,我们能丰富知识, 培养逻辑思维能力; 通过阅读文学作品,我们能提高文学鉴赏水平, 培养文学情趣; 通过阅读报刊,我们能增长见识,扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操, 给我们巨大的精神力量, 鼓舞我们前进。
谢谢
基底压力(contact pressure of foundation base):作用 于基础底面处土层单位面积上的压力。
一、影响基底压力分布的因素
1、荷载大小和分布。 2、地基土的性质和分布。 3、基础和上部结构与地基的相对刚度。 3、基础大小、形状和埋深。
第三节 基底压力计算
二、基底压力简化计算
式中: p0 pcd
土中应力和地基应力分布详解
影响基底压力的因素很多,实际基底的接触应力分布复杂。 1.影响因素:
基础的刚柔度(刚性基础、柔性基础)、基础埋深、基础面积; 荷载大小、分布; 地基土种类等
砂土
硬粘土
刚性基础基底压力简化算法
计算基底压力若考虑所有影响因素,那太复杂,实际也不可能办到。目前在进行地基基 础设计中,常采用简化计算法。 假定刚性基础基底压力总是成直线分布
p0 0
z
p0 =200kPa
1.4 x
2.1 N
条形三角形分布荷载
b
0 z
p0 x
积分结果:
x N
z
zp 0[b x(
x/b
x/b 1 z x/b 1
arz/c b taarn cz/tba) n b(x/b 1 )2 (z/b )2]
K stp 0
(应力系数,与x, z, b有关, 可查表) 注意:坐标原点在三角形顶点上,x 轴的方向 以荷载增长的方向为正
(1)在荷载面以下同一深度的水平面上,沿荷载轴线上的附加应力最大,向两边逐渐减小
(2)在荷载轴线上(荷载作用面以内的竖直剖面上),离荷载面愈远,附加应力愈小
(3)在荷载作用面以外的竖直剖面上,z=0处附加应力为0,随深度增加,附加应力先逐渐增加然后又逐 渐下降。
N
结语
谢谢大家!
谢谢!
Y p0
l X
Kc t1t m 2n
1
m 2n2 (1n2)
n2
m 2n21
m=l/b和n=z/b
(角点2)
b是沿三角形分布荷载方向的边长。
z K ct 2t p0
e ×
2(F G) 3(b 2e)l
pmax
b
矩形面积梯形分布荷载 pmin
《土力学》教程 3 土应力分布及计算
土力学教程(同济大学土木工程学院编制)目录土的应力分布及计算学习指导土的自重应力基础底面压力集中力作用下土中应力计算分布荷载作用时的土中应力计算本章小结学习指导学习目标掌握土中自重应力计算、基底压力计算以及各种荷载条件下的土中附加应力计算方法。
学习基本要求1.掌握土中自重应力计算2.掌握基底压力和基底附加压力分布与计算3.掌握圆形面积均布荷载、矩形面积均布荷载、矩形面积三角形分布荷载以及条形荷载等条件下的土中竖向附加应力计算方法4.了解地基中其他应力分量的计算公式主要基础知识材料应力应变基本概念参阅:孙训方等编著,《材料力学》,高等教育出版社,1987。
弹性力学基础知识参阅:(1)徐芝伦著,《弹性力学》,高等教育出版社,1990。
(2)吴家龙编著,《弹性力学》,同济大学出版社,1993。
一、土的自重应力由土体重力引起的应力称为自重应力。
自重应力一般是自土体形成之日起就产生于土中。
1.均质地基土的自重应力土体在自身重力作用下任一竖直切面均是对称面,切面上都不存在切应力。
因此,在深度z处平面上,土体因自身重力产生的竖向应力σc z(称竖向自重应力)等于单位面积上土柱体的重力W,如图3-1所示。
在深度z处土的自重应力为:(3-1)式中γ 为土的重度,κN/μ3 ;F为土柱体的截面积,m2。
从公式(3-1)可知,自重应力随深度z线性增加,呈三角形分布图形。
图3-1 均质土的自重应力2.成层地基土的自重应力地基土通常为成层土。
当地基为成层土体时,设各土层的厚度为h i,重度为γi,则在深度z处土的自重应力计算公式为: (3-2)式中n为从天然地面到深度z处的土层数。
有关土中自重应力计算及其分布图绘制的具体方法可参见例题3-1某土层及其物理性质指标如图3-2所示,地下水位在地表下1.0 m,计算土中自重应力并绘出分布图。
【解】第1层:a点:z=0 m,b点:z=1m,c点:z=2m,第2层:d点:z=5m,土层中的自重应力σc z分布,如图3-2所示。
第3章 土体中的应力计算
3
土体中的应力计算
概
述
研究土中的应力和分布规律是研究地基和土工建筑物变形
和稳定问题的依据
自重应力 附加应力 惯性力 渗透力
: 由土体自身重量所产生的应力 :由外荷载引起的土中应力
1 地基中的几种应力状态 a、三维(空间)应力状态
xy xy xz ij yz yy yz zx zy zz
zz (OXAY ) zz (OYBZ) zz (OZCT) zz (OTDX )
A
Y O
B
Z
Point of interest
zo ( KsI KsII KsIII KsIV ) p
(b)O 在荷载面外部
O D C X D Z O
(q)
C
(q)
影响因素 (1) 分布荷载p(x,y)的分布规律及其大小 (2) 分布荷载作用面积 A 的几何形状及大小
(3) 应力计算点的坐标值
z p0
3.3.2.1 空间问题的附加应力计算 (一) 矩形面积竖直均布荷载 1. 角点下应力
B
dP dA
x
p
x L y x
R z
R
z
集中荷载 dP = dxdyp0, M点处 dz 为
基压缩变形的主要原因。因为一般基础都埋臵于地面下一定深度,因此在计
算由建筑物造成的基底附加压力时,应扣除基底标高处土中原有的自重应力
p0 p cd p 0 d
cd
cd
p
cd
p0
3.3 地基中的附加应力
附加应力:指建筑物荷重在土体中引起的附加于原有应力之上 的应力。
土中应力的计算
第三节 基础底面压力
建筑物荷载通过基础传递给地基的压力称为 基底压力,与此相对应的地基土对基础底面的 反作用力称为地基反力。 基础
F G
地基
第三节 基础底面压力
建筑物荷载通过基础传递给地基的压力称为 基底压力,与此相对应的地基土对基础底面的 反作用力称为地基反力。
F
基础 基础
基底压 力
G
p
地基
第三节 基础底面压力
ZF
F
Z
s
cz
1 h1 2 h 2 3 h 3
i
hi
s
cz
i
hi w h
w
例题 2-1
某土层及其物理性质指标如图所示,地下水位 在地表下1.0 m,计算土中自重应力并绘出分布
a 点: s cz h 0 b 点:
s
cz
1 h1
s
W F
ZF
F
cz
Z
式中 为土的重度,kN/m3 ; F 为土柱体的截面积m2。
自重应力σcz的分布:
随深度z线性增加,呈三角形分布。
s
cz
Z
均质土的自重应力
二、 成层地基土的自重应力
地基土通常为成层土。当地基为成层土体 时,设各土层的厚度为hi,重度为i,则在深 度z处土的自重应力计算公式
2、偏心荷载作用下基底压力:
p max p min F G A M W F G lb (1
p
F G A
6e b
)
Fk—作用在基础顶面形心的竖向力值. Gk-基础自重及台阶回填土总重,
Gk
G
Ad
土体中的应力计算
土体中的应力计算土体中的应力计算是土力学中的重要内容之一,应力是描述土体内部单元之间相互作用的物理量,应力计算可以帮助工程师了解土体行为,并为工程设计和分析提供依据。
本文将从应力的概念、计算方法和应力分析的应用等方面进行详细探讨。
一、应力的概念应力是描述物体内部受力情况的物理量,是单位面积上的力,通常用σ表示。
根据应力的作用方向,可以将应力分为正应力和剪应力两种类型。
正应力是指与应力面垂直的力,剪应力是指与应力面平行的力。
在土体中,通常将正应力分为垂直应力(垂直于土体中心轴线的应力)和水平应力(与土体中心轴线平行的应力)。
二、应力的计算方法土体中应力的计算可以通过静力平衡方程、弹性理论以及实验和数值模拟等方法进行。
1.静力平衡方程法:利用牛顿第二定律和力学平衡原理,根据土体受力平衡的条件来计算应力。
对于均匀土体来说,可以根据土体所受垂直和水平外荷载以及土体自重的大小来计算应力。
2.弹性理论:应力与应变之间的关系可以用弹性理论来描述。
在土壤力学中,常用的是弹性模量和泊松比来表示土体的弹性性质。
通过应变测量和加载试验,可以计算得到土体的应力应变关系。
3.实验和数值模拟法:通过设计合适的实验和进行数值模拟,可以直接或间接地测量土体中的应力。
例如,可以通过土钉或应变计等仪器来测量土体中的应力分布情况。
同时,通过数值模拟方法如有限元分析等,可以模拟土体中复杂的应力场分布。
三、应力分析的应用应力分析是土力学中的关键研究内容,它可以应用于工程设计和分析等方面。
1.基础工程设计:在土力学中,应力分析是基础工程设计的基础。
通过计算土体中的应力分布情况,可以确定土体中的强度和稳定性,从而指导基础工程的设计和施工。
2.土体力学性质研究:通过对土体中应力的分析,可以研究土体的力学性质和变形规律。
这对于土壤改良和地震灾害分析等方面具有重要意义。
3.岩土工程应用:应力分析可以应用于岩土工程相关的设计和分析。
例如,通过分析土体中的应力分布,可以确定边坡的稳定性和墙体结构的受力情况,从而指导工程设计和施工。
土中应力计算
基底压力旳简化计算
1. 中心荷载下旳基底压力
F G p
A A l b
2.偏心荷载下旳基底压力
三角形形心点 三角形形心点
pk max Fk Gk M k
pk min
lb
W
M k (Fk Gk )e
W bl 2 6
pk max Fk Gk (1 6e )
pk min
lb
l
e Mk Fk Gk
d z
3
2
b(x 2
p0 xz 3 y 2 z 2)5/2
dxdy
z1 t1 p0
z2 t2 p0 (c t1) p0
t1
mn 2
[
1
m2 n2 (1 n2 )
n2 ]
m2 n2 1
3. 均布旳圆形荷载
z
d z
A
3 p0 z 3
2
2
0
r0 rddr
0 (r 2 z 2 )5 / 2
z
p0 [arctan 1 2n
2m
arctan
1
2n 2m
4m(4n2 4m2 1) (4n2 4m2 1)2 16m
2
]
sz
p0
均布条形荷载下地基中附加应力旳分布规律:
(1) 地基附加应力旳扩散分布性; (2) 在离基底不同深度处各个水平面上,以基底中心点下轴
线处最大,伴随距离中轴线愈远愈小; (3) 在荷载分布范围内之下沿垂线方向旳任意点,随深度愈
e>L/6, 应力重新分布
pk max
2(Fk Gk ) 3bk
k l e 2
3.2.4 基底附加压力
p0 p ch p 0h
土体中的应力计算
土体中的应力计算1.格令法格令法是土力学中常用的一种计算土体中应力的方法,它基于土体中的格令应力体系。
格令应力体系是指土体中各个方向上的应力分量。
常见的格令应力体系包括水平应力(σ_h),垂直应力(σ_v)和剪应力(τ)。
格令法计算土体中应力的基本过程如下:(1)确定水平应力(σ_h):水平应力是以土体排列方向为基准的应力分量,通过土体中的外加荷载和支持条件来计算。
常见的计算方法有:a.一维法:当土体受到轴对称荷载时,可以使用一维法计算水平应力。
其中σ_h=P/A,其中P为荷载大小,A为土体的横截面积。
b.二维法:当土体受到平面荷载时,可以使用二维法计算水平应力。
其中σ_h=P/A,P为荷载大小,A为土体的接触面积。
c.三维法:当土体受到体力荷载时,可以使用三维法计算水平应力。
其中σ_h=F/A,F为荷载大小,A为土体的接触面积。
(2)确定垂直应力(σ_v):垂直应力是指土体中垂直于排列方向的应力分量。
垂直应力的计算方法如下:a.压力传递原理:假设土体为均质、无阻性及无滑动的情况下,垂直应力可通过压力传递原理计算。
垂直应力由上层土体通过土粒间的压缩传递给下层土体,下层土体又继续传递给更下层土体,以此类推。
b.常用公式:经验公式计算垂直应力可使用τ=kσ_v,其中k为土体的地层系数,可以根据实际情况选择合适的数值。
(3)确定剪应力(τ):剪应力是土体中沿一定面域内的剪力分量。
剪应力的计算方法如下:a.剪切试验:通过进行剪切试验,可以直接测得土体中的剪应力。
b.运动原理:当土体处于平衡状态时,土粒间的剪应力满足平衡条件。
可以根据平衡条件求解土体中剪应力的大小和方向。
2.应变法应变法是另一种常用的计算土体中应力的方法,它基于土体中的应变体系。
应变是指在外力作用下,土体中产生的形变量。
常见的应变体系包括线性应变和体积应变。
应变法计算土体中应力的基本过程如下:(1)确定线性应变(ε):线性应变是土体中只考虑线性部分的应变。
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3.1 概述
1,土中应力的分类
按照应力产生的原因,土中应力分为自重应力和附加应力。 自重应力是土体受到重力作用而产生的应力;附加应力是由于外 载荷(建筑荷载、车辆荷载、土中水的渗流力、地震力等)的作 用,在土中产生的应力增量。 按照应力分担角度来分,则土中应力还可分为有效应力和 孔隙水压力。 2,土中应力计算的意义 一句话,计算土中应力是对建筑物等地基基础进行沉降计 算,强度与稳定性分析的基础。
2018/12/10 土中自重应力的计算 12
3.3 基础底面压力的分布和计算
建筑物荷载通过基础传递给地基的压力称基底压力(地 基反力)。也就是作用于基础底面土层单位面积的压力, 单位为kPa。
本节内容 1,基础底面地基反力分布 2,地基反力的简化计算方法
3,基底附加压力的计算
2018/12/10
2018/12/10 土中自重应力的计算 8
3.2 土中自重应力的计算
2. 成层土的压力计算
地基土通常为成层土。当地基为成层土体时,设各 土层的厚度为hi,重度为 i ,则在深度z处土的自重应力计 算公式为:
cz i hi
i 1
n
z hi
i 1
n
式中, n—从地面到深度z处的土层数; hi—第i层 土的厚度,m。成层土的自重应力沿深度呈折线分布,转折点 位于 i 值发生变化的土层界面上。
2018/12/10 土中自重应力的计算 11
3.2 土中自重应力的计算
5. 土中水平自重应力
cx cy K0 cz
式中K。——侧压力系数(静止土压力系数) 6.成层土中自重应力计算过程参见下面动画。 Question
何谓土中应力,计算它有Байду номын сангаас意义?
怎样简化土中应力的计算模型?在工程应用中应该注 意哪些问题? BACK
2018/12/10 土中自重应力的计算 10
3.2 土中自重应力的计算
4. 存在隔水层时水土自重应力计算 当地基中存在隔水层时,隔水层面以下土的自重 应考虑其上的静水压力作用。
cz i hi whw
i 1
n
式中, i —第i层土的天然重度,对地下水 ' 位以下的土取有效重度 i ;hw— 地下水到隔水层 的距离(m)。 在地下水位以下,如埋藏有不透水层, 由于不透水层中不存在水的浮力,所以层面及层面以 下的自重应力应按上覆土层的水土总重计。
2018/12/10 概述 3
3.1 概述
3,土中一点的应力状态
3.1 方向的定义 3.2 二向应力状态斜截面上的应力与主应力 4,土中应力的计算模型 土是三相体,但在实际应用中,人们将天然土体简化为线性弹性体, 即假设地基土是均匀、连续、各向同性的半无限弹性体。 在工程中需注意: 1,土的分散性影响 2,土的非理想弹性体影响 3,土的非均质性和各向异性影响
go go
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主要内容
6
3.2 土中自重应力的计算
本节重点
1. 均质土自重应力计算; 2. 成层土自重应力计算;
3. 有地下水时土自重应力计算;
4. 存在隔水层时水土自重应力计算; 5. 土中水平自重应力。
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土中自重应力的计算
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3.2 土中自重应力的计算
1. 均质土的自重应力
net foundation pressure )
Soil )
3.3 基础底面压力分布和计算(Calculation and distribution of
3.4 地基中附加应力的计算(Calculation of superimposed stress in
foundation )
3.5 有效应力原理(Principle of effective stress)
2018/12/10 概述 4
本章重点
1、掌握土中自重应力计算
2、掌握基底压力和基底附加压力分布与计算
3、掌握矩形面积均布荷载、矩形面积三角形分布荷载以 及条形荷载等条件下的土中竖向附加应力计算方法
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概述
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主要内容
土中自重应力的计算
go go
基础底面压力的分布和计算 地基中附加应力的计算 有效应力原理
2018/12/10 土中自重应力的计算 9
3.2 土中自重应力的计算
3. 有地下水时土自重应力计算 当计算地下水位以下土的自重应力时,应根据土的性质确定是否需要考虑水的浮 力作用。 通常认为水下的砂性土是应该考虑浮力作用的。粘性土则视其物理状态而定,一 般认为: 1,若水下的粘性土其液性指数IL>1,则土处于流动状态,土颗粒之间存在着 大量自由水,可认为土体受到水浮力作用; 2,若IL ≤0,则土处于固体状态,土中自由水受到土颗粒间结合水膜的阻碍不 能传递静水压力,故认为土体不受水的浮力作用; 3,若0<IL<1,土处于塑性状态,土颗粒是否受到水的浮力作用就较难肯定, 在工程实践中一般均按土体受到水浮力作用来考虑。若地下水位以下的土受到水的 浮力作用,则水下部分土的重度按有效重度 ' 计算,其计算方法同成层土体情况。
在深度z处平面上,土体因自身重 力产生的竖向应力 cz(称竖向自重应 力)等于单位面积上土柱体的重力G, 如上图所示。在深度z处土的自重应力 为: G zA
cz
cz
A A 式中, —为土的重度,
z
KN/m3; A —土柱体的截面积,m2。 从上式可知,自重应力随深度z线性增 加,呈三角形分布图形。
基础底面压力的分布和计算
13
3.3 基础底面压力的分布和计算
1,基础底面地基反力分布 基底地基反力的分布规律主要取决于基础的刚度和 地基的变形条件。 基础刚度的影响
A 柔性基础
当基础为完全柔性时,基底压力的分布与作用 在基础上的荷载分布完全一致,如图所示。实际工程中 并没有完全柔性的基础,常把土坝(堤)及用钢板做成的 储油罐底板等视为柔性基础。
3 土中应力分布及计算
( Distribution and calculation of stress in soil )
3 土中应力分布及计算
( Distribution and calculation of stress in soil )
3.1 概 述(Summary)
3.2 土的自重应力计算(Calculation of self-weight stress in