第四章土体中的应力计算课件.ppt
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1、土体中的应力计算,第四章,4 土体中的应力计算,强度问题,变形问题,地基中的应力状态,应力应变关系,土力学中应力符号的规定,应力状态及应力应变关系,自重应力,附加应力,基底压力计算,有效应力原理,建筑物修建以后,建筑物重量等外荷载在地基中引起的应力,所谓的“附加”是指在原来自重应力基础上增加的压力。,建筑物修建以前,地基中由土体本身的有效重量所产生的应力。,4 土体中的应力计算,4.1 应力状态及应力应变关系,4.2 自重应力,4.3 附加应力,4.4 基底压力计算,4.5 有效应力原理,y,z,x,o,一. 土力学中应力符号的规定,4 土体中的应力计算,4.1 应力状态及应力应变关系,地基:
2、半无限空间,一. 土力学中应力符号的规定,4 土体中的应力计算,4.1 应力状态及应力应变关系,摩尔圆应力分析,材料力学,+,-,+,-,土力学,正应力,剪应力,拉为正压为负,顺时针为正逆时针为负,压为正拉为负,逆时针为正顺时针为负,二. 地基中常见的应力状态,4 土体中的应力计算,4.1 应力状态及应力应变关系,1.一般应力状态三维问题,2. 轴对称三维问题,应变条件,应力条件,独立变量:,二. 地基中常见的应力状态,4 土体中的应力计算,4.1 应力状态及应力应变关系,=,=,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,4.1 应力状态及应力应变关系,4 土体中的应力计算,3. 平面应
3、变条件二维问题,垂直于y轴切出的任意断面的几何形状均相同,其地基内的应力状态也相同;沿长度方向有足够长度,L/B10;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,4. 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,4 土体中的应力计算,4.1 应力状态及应力应变关系,=,=,0,0,0,0,0,0,0,0,0,4.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,4 土体中的应力计算,4.1 应
4、力状态及应力应变关系,二. 地基中常见的应力状态,应变条件,应力条件,独立变量,4.侧限应力状态一维问题,4 土体中的应力计算,4.1 应力状态及应力应变关系,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,三. 土的应力-应变关系的假定,4 土体中的应力计算,4.1 应力状态及应力应变关系,1、室内测定方法及一般规律,2、应力计算时的基本假定,特殊应力状态,一维问题,侧限压缩试验,轴对称问题,常规三轴试验,三. 土的应力-应变关系的假定,4 土体中的应力计算,4.1 应力状态及应力应变关系,1、室内测定方法及一般规律,(1)常规三
5、轴试验,压力室,压力水,排水管,阀门,轴向加压杆,有机玻璃罩,橡皮膜,透水石,顶帽,施加围压,排水阀门始终打开,充分固结施加(1 -)时,排水阀门始终打开,速度慢足以使孔压消散,a) 固结排水试验,测定:轴向应变轴向应力体积应变,三. 土的应力-应变关系的假定,4 土体中的应力计算,4.1 应力状态及应力应变关系,1、室内测定方法及一般规律,(1)常规三轴试验,a) 固结排水试验,v,应力应变关系以某种粘土为例,与围压有关非线性剪胀性,三. 土的应力-应变关系的假定,4 土体中的应力计算,4.1 应力状态及应力应变关系,1、室内测定方法及一般规律,(1)常规三轴试验,a) 固结排水试验,应力应
6、变关系以某种粘土为例,变形模量:,弹性模量,泊松比:,弹塑性,三. 土的应力-应变关系的假定,4 土体中的应力计算,4.1 应力状态及应力应变关系,1、室内测定方法及一般规律,(1)常规三轴试验,b) 固结不排水试验,施加围压充分固结施加(1 -)时,阀门关闭,可连接孔压传感器,量测剪切过程中产生的超静孔隙水压力 u,量测孔隙水压力,测定:轴向应变轴向应力孔隙水压力,三. 土的应力-应变关系的假定,4 土体中的应力计算,4.1 应力状态及应力应变关系,1、室内测定方法及一般规律,(1)常规三轴试验,a) 固结不排水试验,应力应变关系以某种粘土为例,u,三. 土的应力-应变关系的假定,4 土体中
7、的应力计算,4.1 应力状态及应力应变关系,1、室内测定方法及一般规律,(2)侧限压缩试验,水槽,内环,环刀,透水石,试样,传压板,百分表,施加荷载,静置至变形稳定逐级加大荷载,测定:轴向应力轴向变形,试验结果:,三. 土的应力-应变关系的假定,4 土体中的应力计算,4.1 应力状态及应力应变关系,1、室内测定方法及一般规律,(2)侧限压缩试验,应力应变关系以某种粘土为例,非线性弹塑性,侧限变形模量:,三. 土的应力-应变关系的假定,4 土体中的应力计算,4.1 应力状态及应力应变关系,1、室内测定方法及一般规律,侧限压缩试验,常规三轴试验,常规三轴试验与侧限压缩试验应力应变关系曲线的比较,由
8、虎克定律:,侧限条件下:,则:,E Es,变形模量 E 与侧限变形模量 Es 之间的关系,三. 土的应力-应变关系的假定,4 土体中的应力计算,4.1 应力状态及应力应变关系,1、室内测定方法及一般规律,三. 土的应力-应变关系的假定, 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,4 土体中的应力计算,碎散体,非线性弹塑性,成层土各向异性,4.1 概述,p,e,线弹性体,加载,卸载,2、应力计算时的基本假定,4 土体中的应力计算
9、,4.1 应力状态及应力应变关系,4.2 自重应力,4.3 附加应力,4.4 基底压力计算,4.5 有效应力原理,4.2 土体自重应力的计算,一. 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 有侧限应变条件一维问题,4 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有效重量而产生的应力。,目的:确定土体的初始应力状态,计算:地下水位以上用天然容重,地下水位以下用浮容重,成层地基,一. 水平地基中的自重应力,1.计算公式,均质地基,竖直向:,思考题:水位骤降后,原水位到现水位之间 的饱和土层用什么容重?,4.2 土体自重应力的计算,4 土体中的应力计算,水平向:,
10、竖直向:,水平向:,容重:地下水位以上用天然容重 地下水位以下用浮容重,2,3,1,2. 分布规律,自重应力分布线的斜率是容重;自重应力在等容重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,成层地基,一. 水平地基中的自重应力,4.2 土体自重应力的计算,4 土体中的应力计算,4 土体中的应力计算,4.1 应力状态及应力应变关系,4.2 自重应力,4.3 附加应力,4.4 基底压力计算,4.5 有效应力原理,4.3 地基中附加应力的计算,4 土体中的应力计算,竖直集中力,矩形面积竖直均布荷载,矩形面积竖直三角形荷载,水平集中力,矩形面积
11、水平均布荷载,圆形面积竖直均布荷载,竖直线布荷载,条形面积竖直均布荷载,特殊面积、特殊荷载,4 土体中的应力计算,竖直集中力,矩形内积分,矩形面积竖直均布荷载,矩形面积竖直三角形荷载,水平集中力,矩形内积分,矩形面积水平均布荷载,线积分,竖直线布荷载,宽度积分,条形面积竖直均布荷载,圆内积分,圆形面积竖直均布荷载,L/B10,特殊荷载:将荷载和面积进行分解,利用已知解和叠加原理求解,4.3 地基中附加应力的计算,4.3 地基中附加应力的计算,一. 竖直集中力作用下的附加应力计算布辛内斯克课题,4 土体中的应力计算,P,M,x,y,z,r,R,M,(P;x,y,z;R, , ),4.3 地基中附
12、加应力的计算,一. 竖直集中力作用下的附加应力计算布辛内斯克课题,4 土体中的应力计算,查表42,集中力作用下的应力分布系数,0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 4.0r/z,0.50.40.40.20.10,K,4.3 地基中附加应力的计算,竖直集中力作用下的附加应力计算 布辛内斯克课题,4 土体中的应力计算,特点,1.z与无关,应力呈轴对称分布,2.z:zy:zx= z:y:x, 合力过原点,与R同向,特点,4.P作用线上,r=0, K=4/(2),z=0, z,z,z=0,4.在某一水平面上z=const,r=0, K最大,r,K减小,z减小,5.在某一圆柱面上r=const,z=0
13、, z=0,z,z先增加后减小,6.z 等值线应力泡,4.3 地基中附加应力的计算,一. 竖直集中力作用下的附加应力计算布辛内斯克课题,4 土体中的应力计算,应力球根,球根,P,P,0.1P,0.05P,0.02P,0.01P,4.3 地基中附加应力的计算,二. 水平集中力作用下的附加应力计算西罗提(Cemuti)课题(80页),4 土体中的应力计算,Ph,4.3 地基中附加应力的计算,三. 矩形面积竖直均布荷载作用下的附加应力计算,4 土体中的应力计算,1. 角点下的垂直附加应力,矩形竖直向均布荷载角点下的应力分布系数Ks,查表4-9,p,(427)68页,M,n=L/B, m=z/B,2.
14、 任意点的垂直附加应力角点法,a.矩形面积内,b.矩形面积外,4.3 地基中附加应力的计算,4 土体中的应力计算,两种情况:,荷载与应力间满足线性关系,叠加原理,角点下垂直附加应力的计算公式,地基中任意点的附加应力,角点法,三. 矩形面积竖直均布荷载作用下的附加应力计算,4.3 地基中附加应力的计算,四. 矩形面积三角形分布荷载作用下的附加应力计算,4 土体中的应力计算,矩形面积竖直三角分布荷载角点下的应力分布系数,查表4-11,pt,M,4.3 地基中附加应力的计算,4 土体中的应力计算,五. 圆形面积均布荷载作用时圆心下的附加应力计算,查表4-6,R-圆形面积的半径,4.3 地基中附加应力
15、的计算,六. 竖直线布荷载作用下的附加应力计算弗拉曼解(74页),4 土体中的应力计算,-B氏解的应用,M,4.3 地基中附加应力的计算,七. 条形面积竖直均布荷载作用下的附加应力计算(74页),4 土体中的应力计算,任意点下的附加应力F氏解的应用,条形面积竖直均布荷载作用时的应力分布系数,p,M,查表4-14,4.3 地基中附加应力的计算,八. 条形面积三角形分布荷载作用下的附加应力计算(76页),4 土体中的应力计算,表4-15,小结,K 竖直集中荷载作用下 (表4-2)Ks 矩形面积竖直均布荷载作用角点下 (表4-9)Kt 矩形面积三角形分布荷载作用角点下 (表4-11)Kzs条形面积竖
16、直均布荷载作用时 (表4-14)Kzt条形面积三角形分布荷载作用时 (表4-15)K0 圆形面积均布荷载作用时园心点下 (表4-6),4.3 地基中附加应力的计算,4 土体中的应力计算,K=F(底面形状;荷载分布;计算点位置),九. 影响土中应力分布的因素,(1)上层软弱,下层坚硬的成层地基,2. 非均匀性成层地基,中轴线附近z比均质时明显增大的现象 应力集中;应力集中程度与土层刚度和厚度有关; 随H/B增大,应力集中现象逐渐减弱。,(2)上层坚硬,下层软弱的成层地基,中轴线附近z比均质时明显减小的现象 应力扩散; 应力扩散程度,与土层刚度和厚度有关; 随H/B的增大,应力扩散现象逐渐减弱。,
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