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1、第第4章章土土 中中 应应 力力4 4 土中应力土中应力4.1 概述概述4.2 土中自重应力土中自重应力4.3 基底压力基底压力4.4 地基附加应力地基附加应力主要内容n研究土的变形、强度及稳定性问题时，都必须掌握土中原有的应力状态及其变化，土中应力的分布规律和计算方法是土力学的基本内容之一。n按起因可分为自重应力和附加应力n土中自重应力又可分为土体自身变形已经完成和尚未完成两种。主要内容n附加应力是产生地基变形的主要原因，计算地基附加应力时，基底压力的大小和分布是不可缺少的条件。土中应力按土骨架和土中空隙的分担，受力可分为有效应力和空隙应力两种。n在研究宏观的土体受力时，可以把土粒和土中空隙
2、合在一起考虑两者的平均受力。主要内容n在计算土体或地基的应力和变形时，可以把土体看成是线性变形体，从而简化计算，即可采用弹性理论和弹性力学公式。n土体的变形和强度不仅与受力大小有关，更重要的还与土的应力历史和应力路径有关。n土中渗流力（动水力）可引起土中应力的变化。详细介绍n土中自重应力、基底压力、地基附加应力。n地基附加应力主要由建筑物基础（或堤坝）底面的附加压力（包括桥台前后填土引起的基底附加压力）来计算。n基底附加压力为基底压力与基底处自重应力之差值。详细介绍n地基附加应力详细介绍 土中应力计算的目的及方法 土中应力增量将引起土的变形变形，从而使建筑物发生下沉、倾斜及水平位移等；土中应力
3、过大时，也会导致土的强度强度破坏，甚至使土体发生滑动而失稳失稳。因此，研究土体的变形、强度变形、强度及稳定性稳定性等力学问题时，都必须掌握先掌握土中应力状态。所以计算土中应力分布是土力学的重要内容。计算土中应力分布可利用弹性力学理论，因为：土的分散性分散性影响；土的非均质性非均质性和非理想弹性非理想弹性的影响；地基土可视为半无限体半无限体。4.1 概述概述4 4 土中应力土中应力地地地地基基基基中中中中的的的的应应应应力力力力自重应力自重应力由土体本身自重在土中产生的应力由土体本身自重在土中产生的应力基底压力基底压力基础与地基接触面上的应力基础与地基接触面上的应力附加应力附加应力外荷作用下，土
4、中各点产生的应力增量外荷作用下，土中各点产生的应力增量渗透力渗透力由地下水的渗流引起的作用于单位土体上由地下水的渗流引起的作用于单位土体上 的力的力地震力地震力地震作用在土体中产生的应力增量地震作用在土体中产生的应力增量4 4 土中应力土中应力yzxo一一.土力学中应力符号的规定土力学中应力符号的规定 应力状态及应力应变关系应力状态及应力应变关系=地基：地基：半无限空间半无限空间4 4 土中应力土中应力摩尔圆应力分析摩尔圆应力分析材料力学材料力学+-+-土力学土力学正应力正应力剪应力剪应力拉为正拉为正压为负压为负顺时针为正顺时针为正逆时针为负逆时针为负压为正压为正拉为负拉为负逆时针为正逆时针为
5、正顺时针为负顺时针为负4 4 土中应力土中应力二二.地基中常见的应力状态地基中常见的应力状态 yzxo1.1.一般应力状态一般应力状态三维问题三维问题=4 4 土中应力土中应力2.2.轴对称三维问题轴对称三维问题应变条件应力条件独立变量：=0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 04 4 土中应力土中应力yzxo3.3.平面应变条件平面应变条件二维问题二维问题l垂直于垂直于y轴切出的任意断面的几轴切出的任意断面的几何形状均相同，其地基内的应力何形状均相同，其地基内的应力状态也相同；状态也相同；l沿长度方向有足够长度，沿长度方向有足够长度，L/B10；l平面应变条件
6、下，土体在平面应变条件下，土体在x,z平平面内可以变形，但在面内可以变形，但在y方向没有方向没有变形。变形。4 4 土中应力土中应力应变条件应力条件独立变量=0 00 00 00 00 00 00 00 00 04 4 土中应力土中应力4.4.侧限应力状态侧限应力状态一维问题一维问题水平地基水平地基半无限空间体半无限空间体；半无限弹性地基内的自重应力只与半无限弹性地基内的自重应力只与Z Z有关；有关；土质点或土单元不可能有侧向位移土质点或土单元不可能有侧向位移侧限应变条件；侧限应变条件；任何竖直面都是对称面任何竖直面都是对称面应变条件AByzxo4 4 土中应力土中应力应变条件应变条件应力条件
7、应力条件独立变量独立变量=0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0K K0 0：侧压力系数：侧压力系数4 4 土中应力土中应力4.2 土中自重应力土中自重应力4.2.1 均质土中自重应力均质土中自重应力（cz、cx）1.定义：定义：自重应力自重应力由土体自重在土中产生的力。由土体自重在土中产生的力。它是单位土体截面积上的平均应力。它是单位土体截面积上的平均应力。2.计算计算:基本假定基本假定:地面水平地面水平,地基是均质的各向同性的半无地基是均质的各向同性的半无限的直线变形体。限的直线变形体。4 4 土中应力土中应力n由于土本身的有效重力有效重力引起
8、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。n 均质土自重应力计算；n 成层土自重应力计算；n 有地下水土时自重应力计算；n 存在隔水层时水土自重应力计算；n 土中水平自重应力。4 4 土中应力土中应力4.2 土中自重应力土中自重应力4 4 土中应力土中应力4.2.1 均质土中自重应力均质土中自重应力4.2 土中自重应力土中自重应力K0土的静止侧压力系数。可由实验实测，或用土的静止侧压力系数。可由实验实测，或用经验公式计算。经验公式计算。K0=1-sin;k0一般小于一般小于1自自重重应应力力大小等于该点以上单位面积的土柱重量大小等于该点以上单位面积的土柱重量.z分布类似于
9、静水压力分布分布类似于静水压力分布.是个主应力是个主应力.(=0)是个有效应力是个有效应力.(粒间力粒间力)czcx ；cx=k0cz4 4 土中应力土中应力4.2.1 均质土中自重应力均质土中自重应力4.2 土中自重应力土中自重应力4.2.2 成层土中自重应力成层土中自重应力不同即可视为不同的层，特别注意地下水位。不同即可视为不同的层，特别注意地下水位。成层土成层土c 计算：计算：土中某点的垂直自重应力土中某点的垂直自重应力c，等于该点以，等于该点以 上单位面积上各土层的土柱有效重量之和。上单位面积上各土层的土柱有效重量之和。4 4 土中应力土中应力4.2 土中自重应力土中自重应力2 23
10、31 14 4 土中应力土中应力4.2 土中自重应力土中自重应力4.2.2 成层土中自重应力成层土中自重应力关于重度的选取关于重度的选取:n一般用天然重度一般用天然重度n地下水位以下用浮重度地下水位以下用浮重度n毛细带内用饱和重度毛细带内用饱和重度satn不透水底板内用不透水底板内用饱和重度饱和重度sat 所以在不透水底面的上下可以有两个突变的自所以在不透水底面的上下可以有两个突变的自重应力值。重应力值。4 4 土中应力土中应力4.2 土中自重应力土中自重应力4.2.2 成层土中自重应力成层土中自重应力4 4 土中应力土中应力4.2 土中自重应力土中自重应力2.2.分布规律分布规律自重应力分布
11、线的斜率是重度；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；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在土层分界面处和地下水位处发生转折。4 4 土中应力土中应力4.2 土中自重应力土中自重应力4.2.3 地下水位升降时土中自重应力地下水位升降时土中自重应力地面沉降使基岩标上升，周围水泥地面开裂地面沉降使基岩标上升，周围水泥地面开裂 常州市清凉小学校办纸厂仓库常州市清凉小学校办纸厂仓库地面沉降使房屋地面开裂地面沉降使房屋地面开裂 常州武进县横林红联永利表玻璃厂常州武进县横林红
12、联永利表玻璃厂地面沉降使房屋墙体开裂地面沉降使房屋墙体开裂 常州武进县横林红联永利表玻璃厂常州武进县横林红联永利表玻璃厂地面沉降使房屋墙面开裂地面沉降使房屋墙面开裂 常州武进县横林红联永利表玻璃厂常州武进县横林红联永利表玻璃厂地面沉降使围墙、地坪开裂地面沉降使围墙、地坪开裂 常州武进县红联小学常州武进县红联小学地面沉降使石阶多处开裂地面沉降使石阶多处开裂 常州武进县红联小学常州武进县红联小学吴门桥距今吴门桥距今800多年，地面沉降使昔日桥下的纤道沉入水多年，地面沉降使昔日桥下的纤道沉入水下下50公分。公分。苏州苏州 沧浪亭河通往外城河，地面沉降使河面变宽，丰水期沧浪亭河通往外城河，地面沉降使河
13、面变宽，丰水期河水溢上路面，使路面被迫加高。图中沧浪亭桥，原河水溢上路面，使路面被迫加高。图中沧浪亭桥，原净空米，现不足净空米，现不足1米，下沉米，米，下沉米，n地面沉降使汛期河水外溢，全镇四周筑堤围堰形成地面沉降使汛期河水外溢，全镇四周筑堤围堰形成“大包围大包围”，每年有半年时间靠排水站开泵排水，才能，每年有半年时间靠排水站开泵排水，才能保证镇上不被淹。保证镇上不被淹。苏州东吴市盛泽镇苏州东吴市盛泽镇4 4 土中应力土中应力4.2 土中自重应力土中自重应力4.2.4 土质堤坝自身的自重应力土质堤坝自身的自重应力(有限构筑物的自重应力有限构筑物的自重应力)地面地面HH1H1HH00计算计算面面
14、计算计算面面计算计算面面4.3 基底压力基底压力(接触应力接触应力)n基底压力：基底压力：是建筑总荷载是建筑总荷载(包括基础自重包括基础自重)作用在基础与地基接触面上的压力。作用在基础与地基接触面上的压力。它既是基础作用地基的基底压力它既是基础作用地基的基底压力,也是地基也是地基反作用于基础的基底反力。反作用于基础的基底反力。4 4 土中应力土中应力4.3.1 4.3.1 基底压力的分布规律基底压力的分布规律基底压力的分布相当复杂基底压力的分布相当复杂基底基底压力压力的分的分布取布取决于决于基础条件：形状、大小、刚度基础条件：形状、大小、刚度 荷载条件：大小、分布、作用时间、荷载条件：大小、分
15、布、作用时间、作用方向、基础埋深等作用方向、基础埋深等地基条件：基土性质地基条件：基土性质4 4 土中应力土中应力4.3 基底压力基底压力4.3.1 基底压力的分布规律基底压力的分布规律基底压力基底压力：基础底面传递基础底面传递给地基表面的压力，也称给地基表面的压力，也称基底接触压力基底接触压力。基底压力基底压力附加应力附加应力地基沉降变形地基沉降变形基底反力基底反力基础结构的外荷载基础结构的外荷载上部结构的自重及各上部结构的自重及各种荷载都是通过基础种荷载都是通过基础传到地基中的。传到地基中的。影响因素影响因素计算方法计算方法分布规律分布规律上部结构上部结构基础基础地基地基建筑物设计建筑物设
16、计暂不考虑上部结构的影暂不考虑上部结构的影响，使问题得以简化；响，使问题得以简化；用荷载代替上部结构。用荷载代替上部结构。4.3 基底压力基底压力4.3.1 基底压力的分布规律基底压力的分布规律4 4 土中应力土中应力基底压力基底压力基础条件基础条件刚度刚度形状形状大小大小埋深埋深大小大小方向方向分布分布土类土类密度密度土层结构等土层结构等荷载条件荷载条件地基条件地基条件4.3 基底压力基底压力4.3.1 基底压力的分布规律基底压力的分布规律4 4 土中应力土中应力抗弯刚度抗弯刚度EI=M0EI=M0；反证法反证法:假设基底压力与荷载分布相同，假设基底压力与荷载分布相同，则地基变形与柔性基础情
17、况必然一致；则地基变形与柔性基础情况必然一致；分布分布:中间小中间小,两端无穷大。两端无穷大。弹性地基，绝对刚性基础弹性地基，绝对刚性基础基础抗弯刚度基础抗弯刚度EI=0 M=0EI=0 M=0；基础变形能完全适应地基表面的变形基础变形能完全适应地基表面的变形;基础上下压力分布必须完全相同，若不基础上下压力分布必须完全相同，若不同将会产生弯矩。同将会产生弯矩。条形基础，竖直均布荷载条形基础，竖直均布荷载4.3 基底压力基底压力4.3.1 基底压力的分布规律基底压力的分布规律4 4 土中应力土中应力受铅直均布荷载的基础，基底压力分布图形受铅直均布荷载的基础，基底压力分布图形受铅直均布荷载的基础，
18、基底压力分布图形受铅直均布荷载的基础，基底压力分布图形 4 4 土中应力土中应力4.3 基底压力基底压力4.3.1 基底压力的分布规律基底压力的分布规律弹塑性地基，有限刚度基础弹塑性地基，有限刚度基础 荷载较小荷载较小 荷载较大荷载较大砂性土地基砂性土地基粘性土地基粘性土地基 接近弹性解接近弹性解 马鞍型马鞍型 抛物线型抛物线型 倒钟型倒钟型4 4 土中应力土中应力4.3 基底压力基底压力4.3.1 基底压力的分布规律基底压力的分布规律根据圣维南原理，基底压力的具体分布形式对地基应根据圣维南原理，基底压力的具体分布形式对地基应力计算的影响仅局限于一定深度范围；超出此范围以力计算的影响仅局限于一
19、定深度范围；超出此范围以后，地基中附加应力的分布将与基底压力的分布关系后，地基中附加应力的分布将与基底压力的分布关系不大，而只取决于荷载的大小、方向和合力的位置。不大，而只取决于荷载的大小、方向和合力的位置。基底压力的基底压力的分布形式十分布形式十分复杂分复杂简化计算方法：简化计算方法：假定假定基底压力按基底压力按直线分布的材料力学方法直线分布的材料力学方法基础尺寸较小基础尺寸较小荷载不是很大荷载不是很大4.3.2 基底压力的简化计算基底压力的简化计算n中心荷载下的基底压力中心荷载下的基底压力n偏心荷载下的基底压力偏心荷载下的基底压力4 4 土中应力土中应力4.3 基底压力基底压力1.1.中心
20、荷载下的基底压力中心荷载下的基底压力对于荷载沿长度方向均布的对于荷载沿长度方向均布的条形基础条形基础，应视为平面问题，沿，应视为平面问题，沿长度方向截取一单位长度，计算平均基底压力。长度方向截取一单位长度，计算平均基底压力。F F4 4 土中应力土中应力4.3 基底压力基底压力4.3.2 基底压力的简化计算基底压力的简化计算2.2.偏心荷载下的基底压力偏心荷载下的基底压力矩形基础：矩形基础：(l/b10)条形基础：条形基础：(l/b10)kN/m4 4 土中应力土中应力4.3 基底压力基底压力4.3.2 基底压力的简化计算基底压力的简化计算4 4 土中应力土中应力4.3.2 基底压力的简化计算
21、基底压力的简化计算4.3 基底压力基底压力eL/6:出现拉应力区出现拉应力区x xy yL Lb be ee ex xy yL Lb be ex xy yL Lb bK K3K3KF+GF+GF+G高耸结构物下可高耸结构物下可能的基底压力能的基底压力基底基底压力压力合力合力与总与总荷载荷载相等相等土不能承受拉力土不能承受拉力压力调整压力调整K=L/2-eK=L/2-e矩形面积单向偏心荷载矩形面积单向偏心荷载该式只有当该式只有当el/6 时适时适用用n双向偏心荷载作用的双向偏心荷载作用的矩形基底的基础矩形基底的基础n按材料力学双向偏心按材料力学双向偏心受压公式受压公式4 4 土中应力土中应力4.
22、3.2 基底压力的简化计算基底压力的简化计算4.3 基底压力基底压力2.2.偏心荷载下的基底压力偏心荷载下的基底压力n将倾斜偏心荷载的合力分解成将倾斜偏心荷载的合力分解成竖向分量和水平分量。竖向分量和水平分量。n竖向分量引起的基底压力按竖竖向分量引起的基底压力按竖直偏心荷载的计算公式计算直偏心荷载的计算公式计算n水平分量引起的基底压力按下水平分量引起的基底压力按下式计算式计算矩形基础矩形基础:条形基础条形基础:4 4 土中应力土中应力4.3.2 基底压力的简化计算基底压力的简化计算4.3 基底压力基底压力3.3.斜向偏心荷载下的基底压力斜向偏心荷载下的基底压力(参考其他土力学书籍参考其他土力学
23、书籍参考其他土力学书籍参考其他土力学书籍)PPvPhn基底附加压（应）力是建筑物对基底下地基底附加压（应）力是建筑物对基底下地基产生的应力基产生的应力增量增量，是引起地基压缩变形，是引起地基压缩变形的应力，是计算地基中附加应力的依据。的应力，是计算地基中附加应力的依据。P基底压力；基底压力；ch基底处土中自重应力，基底处土中自重应力，kPa；m基底标高以上天然土层的加权平均值；基底标高以上天然土层的加权平均值；H从天然地面算起的基础埋深。从天然地面算起的基础埋深。4 4 土中应力土中应力4.3.3 基底附加压力基底附加压力4.3 基底压力基底压力参考参考:1、教材、教材P94 2、公路桥涵地基
24、与基础设计规范、公路桥涵地基与基础设计规范 （JTJ 02485）4 4 土中应力土中应力4.3.4 桥台前后填土引起的基底附加应力桥台前后填土引起的基底附加应力4.3 基底压力基底压力4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力附加应力：附加应力：是建筑荷载在地基中产生的应力是建筑荷载在地基中产生的应力 增量。增量。基本假定基本假定:地基土是均质、各向同性、半无限的直线变形体。地基土是均质、各向同性、半无限的直线变形体。计算理论：计算理论：以线弹性理论为基础。以线弹性理论为基础。布辛奈斯克解（布辛奈斯克解（1885）4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力竖向集中
25、力作用时的地基附加应力竖向集中力作用时的地基附加应力yzxoPMxyzrRM教材教材教材教材:P:P9696PP9797竖向集中力作用竖向附加应力系数（4-14 a、b）z=f(P，位置，位置)4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力竖向集中力作用时的地基附加应力竖向集中力作用时的地基附加应力4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力竖向集中力作用时的地基附加应力竖向集中力作用时的地基附加应力特点特点1.1.P P作用线上，作用线上，r=0,=3/(2r=0,=3/(2）;z=0,;z=0,z;z,z;z，z=02.2.在某一水平面上在某一水平面上z=constz
26、=const，r=0,r=0,z最大，最大，rr，z减小减小3.3.在某一圆柱面上在某一圆柱面上r=constr=const，z=0,z=0,z=0;z;z，z 先先后后5.5.z 等值线应力泡等值线应力泡PPz4.4.当当r/z时时,很小很小,该边界上的该边界上的z为同深度最大为同深度最大z的的1.8%,故可忽略不计故可忽略不计.rr应力忽略不计应力忽略不计r/z=2.0=2.0应力忽略不计应力忽略不计应应力力边边界界(奇异点奇异点)4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力竖向集中力作用时的地基附加应力竖向集中力作用时的地基附加应力附加附加应力扩散应力扩散示意图示意图应力积聚
27、应力积聚应力积聚应力积聚(应力集中应力集中应力集中应力集中)叠加后的z4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力竖向集中力作用时的地基附加应力竖向集中力作用时的地基附加应力4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力竖向集中力作用时的地基附加应力竖向集中力作用时的地基附加应力布氏解的应用布氏解的应用l1、桩基下的附加应力求解。、桩基下的附加应力求解。l2、不规则形状或任意形状基底面时地基中附加应力的求解。、不规则形状或任意形状基底面时地基中附加应力的求解。将荷载面分成若干面积规则的面积单元。将荷载面分成若干面积规则的面积单元。将面积单元上作用的荷载简化为集中力。将面积
28、单元上作用的荷载简化为集中力。用布氏解分别计算各荷载对地基中用布氏解分别计算各荷载对地基中M点的点的z，最后叠加，最后叠加之。之。问题类型问题类型有限面积荷载作用下地基中的附加应力有限面积荷载作用下地基中的附加应力有限面积荷载作用下地基中的附加应力有限面积荷载作用下地基中的附加应力n空间问题空间问题n平面问题平面问题基础底面形状基础底面形状基础底面形状基础底面形状荷载分布荷载分布荷载分布荷载分布矩形基础矩形基础圆形基础圆形基础均布荷载均布荷载三角形、梯形荷载三角形、梯形荷载水平荷载水平荷载条形基础条形基础4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力4.4.2 4.4.2 矩形荷载和
29、圆形荷载作用时的地基附加应力矩形荷载和圆形荷载作用时的地基附加应力1、均布的矩形荷载、均布的矩形荷载矩形面积垂直均布荷载角点下的应力分布系数矩形面积垂直均布荷载角点下的应力分布系数c c 查表查表4-5p p（4 41818）100100页页M Mm=L/B,n=z/Bm=L/B,n=z/B4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力4.4.2 4.4.2 矩形荷载和圆形荷载作用时的地基附加应力矩形荷载和圆形荷载作用时的地基附加应力1、均布的矩形荷载、均布的矩形荷载所求点不在角点下时附加应力的计算所求点不在角点下时附加应力的计算角点法角点法n n将所求点划在荷载面的公共角点上，先求
30、各矩将所求点划在荷载面的公共角点上，先求各矩将所求点划在荷载面的公共角点上，先求各矩将所求点划在荷载面的公共角点上，先求各矩形荷载下的形荷载下的形荷载下的形荷载下的z z z z，最后叠加之。，最后叠加之。，最后叠加之。，最后叠加之。n一般有以下三种情况：一般有以下三种情况：（1）矩形荷载面边缘上一点的）矩形荷载面边缘上一点的z12b1L1L2b2M（2）矩形荷载面边缘内一点的）矩形荷载面边缘内一点的zM（3）矩形荷载面边缘外一点的）矩形荷载面边缘外一点的zM2.矩形面积三角形分布荷载矩形面积三角形分布荷载角点下角点下的附加应力的附加应力4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力
31、4.4.2 4.4.2 矩形荷载和圆形荷载作用时的地基附加应力矩形荷载和圆形荷载作用时的地基附加应力t0t1p同理可得：同理可得：t1（零荷载角点下）零荷载角点下）、t2（最大荷载角点下）的（最大荷载角点下）的附加应力系数附加应力系数均为均为m，n的函数。的函数。（m=l/b；n=z/b）查表查表4-8b三角形分布荷载的一边为三角形分布荷载的一边为b。p三角形分布荷载的最大值（三角形分布荷载的最大值（基底附加应力基底附加应力）。）。2.矩形面积三角形分布荷载角点下的附加应力矩形面积三角形分布荷载角点下的附加应力4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力4.4.2 4.4.2 矩形
32、荷载和圆形荷载作用时的地基附加应力矩形荷载和圆形荷载作用时的地基附加应力对于矩形面积三角形分布荷载对于矩形面积三角形分布荷载不在不在角点下角点下的附加应力计算：的附加应力计算：n（1）仍然要使用）仍然要使用“角点法角点法”。n（2）对基础中心点下的附加应力，可分为相）对基础中心点下的附加应力，可分为相等的四块，按均布荷载情况一次算出。等的四块，按均布荷载情况一次算出。n（3）对梯形荷载情况，按同样方法解决。）对梯形荷载情况，按同样方法解决。2.矩形面积三角形分布荷载角点下的附加应力矩形面积三角形分布荷载角点下的附加应力4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力4.4.2 4.4.
33、2 矩形荷载和圆形荷载作用时的地基附加应力矩形荷载和圆形荷载作用时的地基附加应力3 圆形面积均布圆形面积均布荷载荷载中点下中点下的附加应力的附加应力4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力4.4.2 4.4.2 矩形荷和圆形荷载作用时的地基附加应力矩形荷和圆形荷载作用时的地基附加应力自学4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力4.4.3 4.4.3 线荷载和条形荷载作用时的地基附加应力线荷载和条形荷载作用时的地基附加应力n理论上，当条形基础的长度理论上，当条形基础的长度l/b/b趋向于无趋向于无穷大时，地基中的应力状态属于平面问穷大时，地基中的应力状态属于平面问
34、题题n实际工程中，当实际工程中，当l/b10/b10视为平面问题视为平面问题n有时当有时当l/b5/b5时，按平面问题计算，也能时，按平面问题计算，也能保证足够的精度。保证足够的精度。n线荷载是作用于半无限空间表面宽度趋线荷载是作用于半无限空间表面宽度趋近于零沿无限长直线均布的荷载近于零沿无限长直线均布的荷载n著名的著名的FlamantFlamant解解4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力4.4.3 4.4.3 线荷载和条形荷载作用时的地基附加应力线荷载和条形荷载作用时的地基附加应力1、线荷载、线荷载作用时的地基附加应力作用时的地基附加应力弗拉曼解弗拉曼解由于线荷载沿由于线
35、荷载沿y坐标无限延伸，坐标无限延伸，因此与因此与y轴垂直，平行于轴垂直，平行于xoz任任何平面上的应力状态完全相同。何平面上的应力状态完全相同。这种情况属于弹性力学平面问这种情况属于弹性力学平面问题。题。平面问题只有三个独立的应平面问题只有三个独立的应力分量力分量 P P107 107 式（式（4-23a4-23a4-23c4-23c）4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力4.4.3 4.4.3 线荷载和条形荷载作用时的地基附加应力线荷载和条形荷载作用时的地基附加应力1、线荷载、线荷载作用时的地基附加应力作用时的地基附加应力弗拉曼解弗拉曼解同理得：同理得：弗拉曼解弗拉曼解同理
36、得：同理得：2.均布条形荷载作用下的地基附加应力均布条形荷载作用下的地基附加应力将 Flamant 解在宽为b范围内积分，其结果用极坐标的形式表示为：4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力4.4.3 4.4.3 线荷载和条形荷载作用时的地基附加应力线荷载和条形荷载作用时的地基附加应力4-26a4-26b4126c用直角坐标表示为：2.均布条形荷载作用下的地基附加应力均布条形荷载作用下的地基附加应力4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力4.4.3 4.4.3 线荷载和条形荷载作用时的地基附加应力线荷载和条形荷载作用时的地基附加应力（4-29a）（4-29b）（
37、4-29c）nsz、sx、sxz分别为均布条形荷载下相应的三分别为均布条形荷载下相应的三个附加应力系数。个附加应力系数。nsznsxnsxz=f（m，n）m=z/b ；n=x/b可由可由表表4-10查得查得x投影点距投影点距O点的距离；点的距离；O点位于条形荷载中点位于条形荷载中点。点。2.均布条形荷载作用下的地基附加应力均布条形荷载作用下的地基附加应力4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力4.4.3 4.4.3 线荷载和条形荷载作用时的地基附加应力线荷载和条形荷载作用时的地基附加应力均布条形荷载作用下的地基中的大小主应力均布条形荷载作用下的地基中的大小主应力将均布条形荷载下
38、附加应力的极坐标表达式（3-30）代入下式（3-31）（3-32）视角地基中某点至基础两边缘连线的夹角2.均布条形荷载作用下的地基附加应力均布条形荷载作用下的地基附加应力4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力4.4.3 4.4.3 线荷载和条形荷载作用时的地基附加应力线荷载和条形荷载作用时的地基附加应力（4-27）（4-28）n由由（4-28）式看出，均布条形荷载作用下的地基中的大小式看出，均布条形荷载作用下的地基中的大小主应力是通过基础两边缘的一系列圆。主应力是通过基础两边缘的一系列圆。n一般一般1z，只有在基础的中轴线上才相等。，只有在基础的中轴线上才相等。均布条形荷载作
39、用下的地基中的大小主应力均布条形荷载作用下的地基中的大小主应力2.均布条形荷载作用下的地基附加应力均布条形荷载作用下的地基附加应力4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力4.4.3 4.4.3 线荷载和条形荷载作用时的地基附加应力线荷载和条形荷载作用时的地基附加应力例题例题例题例题4-44-4均布条形荷载作用下的地基中附加应力分布规律均布条形荷载作用下的地基中附加应力分布规律2.均布条形荷载作用下的地基附加应力均布条形荷载作用下的地基附加应力4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力4.4.3 4.4.3 线荷载和条形荷载作用时的地基附加应力线荷载和条形荷载作用时
40、的地基附加应力均布条形荷均布条形荷载和方形荷和方形荷载下的附加下的附加应力力 z、x和和 xz比比较(a)(a)(a)(a)均布条形荷载下均布条形荷载下均布条形荷载下均布条形荷载下 z z z z 等值线图等值线图等值线图等值线图 (b)(b)(b)(b)均布方形荷载下均布方形荷载下均布方形荷载下均布方形荷载下 z z z z 等值线图等值线图等值线图等值线图 (c)(c)(c)(c)条形荷载下的条形荷载下的条形荷载下的条形荷载下的 x x x x 的等值线图的等值线图的等值线图的等值线图 (d)(d)(d)(d)条形荷载下的条形荷载下的条形荷载下的条形荷载下的 xz xz xz xz 的等值
41、线图的等值线图的等值线图的等值线图1、变形模量随深度增大的地基、变形模量随深度增大的地基(非均质地基非均质地基)4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力4.4.4 4.4.4 非均质和各项异性地基中的附加应力非均质和各项异性地基中的附加应力(1)(1)上层软弱，下层坚硬的成层地基上层软弱，下层坚硬的成层地基 中轴线附近中轴线附近z z比均质时明显增大的现象比均质时明显增大的现象 应力集中；应力集中；应力集中程度与土层刚度和厚度有关；应力集中程度与土层刚度和厚度有关；随随H/BH/B增大，应力集中现象逐渐减弱。增大，应力集中现象逐渐减弱。(2)(2)上层坚硬，下层软弱的成层地基上
42、层坚硬，下层软弱的成层地基 中轴线附近中轴线附近z z比均质时明显减小的现象比均质时明显减小的现象 应力扩散；应力扩散；应力扩散程度，与土层刚度和厚度有关；应力扩散程度，与土层刚度和厚度有关；随随H H/B/B的增大，应力扩散现象逐渐减弱。的增大，应力扩散现象逐渐减弱。(3)(3)土的变形模量随深度增大的地基土的变形模量随深度增大的地基 应力集中现象应力集中现象H均匀均匀成层成层E1E2E1H均匀均匀成层成层E1E2E12、薄层交互地基（各向异性地基）、薄层交互地基（各向异性地基）4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力4.4.4 4.4.4 非均质和各项异性地基中的附加应力非均质和各项异性地基中的附加应力当当Ex/Ez1 时，应力扩散时，应力扩散Ex相对较大，有利于应力扩散相对较大，有利于应力扩散岩层位于不同深岩层位于不同深度时基础中点下度时基础中点下z分布分布4 4 土中应力土中应力4.4 地基附加应力地基附加应力4.4.4 4.4.4 非均质和各项异性地基中的附加应力非均质和各项异性地基中的附加应力作业作业4-8 4-11 4-12选做选做