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1、第第四四篇篇 土土力力学学第第四四章章 土土中中应应力力建建筑筑工工程程学学院院第第3 3章回顾章回顾v 1 1地下水在孔隙中渗流时直线渗透定律的表达式为地下水在孔隙中渗流时直线渗透定律的表达式为 ，但在粘性土中，只有当水头梯度，但在粘性土中，只有当水头梯度 起始梯度时才起始梯度时才开始渗流。开始渗流。v2 2渗透力渗透力(即动水压力即动水压力)是是 对对 的压力，渗透力的压力，渗透力的表达式是的表达式是 ，产生流砂的条件是，产生流砂的条件是 。v3.3.下述关于渗透力的描述正确的为：下述关于渗透力的描述正确的为：其方向与渗透方其方向与渗透方向一致；向一致；其数值与水头梯度成正比；其数值与水头
2、梯度成正比；是一种体积力。是一种体积力。v(A)(A)正确正确 (B)(B)正确正确 (C)(C)都正确都正确判断题判断题v4.4.土的渗透系数越大，土的透水性也越大，土中的土的渗透系数越大，土的透水性也越大，土中的水头梯度水头梯度i i也越大。也越大。()()v5 5任何一种土只要水头梯度足够大就可能发生流土任何一种土只要水头梯度足够大就可能发生流土和管涌。和管涌。()()v6 6反滤层的正确布置方式如图。反滤层的正确布置方式如图。()()第4章 土中应力4.1 概述4.2 土中自重应力4.3 基底压力4.4 地基附加应力一、地基中应力的种类（按起因分）一、地基中应力的种类（按起因分）v自重
3、应力自重应力v附加应力附加应力4.1 4.1 4.1 4.1 概述概述概述概述4.1 4.1 概述概述v自重应力：由于土体本身自重引起的应力确定土体初始确定土体初始应力状态应力状态 土体在自重作用下，在漫长的地质历史时期，土体在自重作用下，在漫长的地质历史时期，已经压缩稳定，因此，土的自重应力已经压缩稳定，因此，土的自重应力不再引起土不再引起土的变形。的变形。但对于新沉积土层或近期人工充填土应但对于新沉积土层或近期人工充填土应考虑自重应力引起的变形。考虑自重应力引起的变形。二、几个基本假定二、几个基本假定地基土是地基土是各向同性各向同性、均质均质、线性线性变形体变形体半无限空间半无限空间地基土
4、在深度和水平方向都是无地基土在深度和水平方向都是无限的限的4.1 4.1 概述概述4.24.2 土体的自重应力土体的自重应力一、均匀地基一、均匀地基天然地面11zzcz cz=z 土体中任意深度处的竖向自重应力等于单位面积上土柱土体中任意深度处的竖向自重应力等于单位面积上土柱的有效重量的有效重量竖向自重应力4.24.2 土体的自重应力土体的自重应力一、均匀地基一、均匀地基1、竖直向自重应力(kN/m2)2、水平向自重应力(4-1)二、成层地基（以天然土层界面与地下水位为界）说明：说明：1.非均质土中自重应非均质土中自重应力沿深度呈折线分布力沿深度呈折线分布2.地下水位以下透水地下水位以下透水土
5、层采用浮重度土层采用浮重度3.3.地下水位以下有不地下水位以下有不透水层时，在不透水透水层时，在不透水面上应加上水的重力面上应加上水的重力4.4.地下水位升降变化，地下水位升降变化，会引起地面下沉或土会引起地面下沉或土质软化质软化 天然地面天然地面h1h2h33 2 1 水位面水位面1 h1 1 h1+2h2 1 h1+2h2+3h3 v某工程地质勘察结果为：地表为素填土，重某工程地质勘察结果为：地表为素填土，重度度18.0 kN/m18.0 kN/m3 3，厚度，厚度h h1.50m1.50m；第二层为粉土，；第二层为粉土，饱和重度饱和重度19.4 kN/m19.4 kN/m3 3 ，厚度，
6、厚度h h3.60m3.60m；第三；第三层为中砂，饱和重度层为中砂，饱和重度19.8 kN/m19.8 kN/m3 3 ，厚度，厚度h h1.80m1.80m；第四层为坚硬整体岩石。地下水位埋；第四层为坚硬整体岩石。地下水位埋深深1.50m1.50m。计算基岩顶面处土的自重应力。计算基岩顶面处土的自重应力。课堂练习题解：解：图4-3下一段文字四、例题分析四、例题分析v【例】【例】一地基由多层土组成，地质剖面如下图所示，试一地基由多层土组成，地质剖面如下图所示，试计算并绘制自重应力计算并绘制自重应力cz沿深度的分布图沿深度的分布图 解：57.0kPa80.1kPa103.1kPa150.1kP
7、a194.1kPa成层土的自重应力分布规律 v（1）土的自重应力分布曲线是一条折线，拐点在土层交界处和地下水位处；v（2）同一层土的自重应力按直线变化；v（3）自重应力随深度的增加而增大。地下水位降低引起地面大面积沉降地下水位降低引起地面大面积沉降地下水位上升引起地基承载力降低地下水位上升引起地基承载力降低三、地下水位对土中自重应力的影响冀东地面沉降严重冀东地面沉降严重据河北省地质勘探局的地质专家介绍，河北省东部平原由于长期大量超采地下水，这些地区的地下水位普遍下降 40 至 60 米，致使河北省东部平原地面沉降大于 200 毫米的面积达到 48550 平方公里，大于 500 毫米的面积达到
8、6430 平方公里，大于 1000 毫米的面积达到 755 平方公里，沉降量大于 2000 毫米的范围已经覆盖了整个沧州市区。沧州地面沉降中心沉降量达 2236 毫米。4.3 4.3 基底压力基底压力 v基底压力：建筑物上部结构荷载和基础自重通过基础传递给地基，作用于基础底面传至地基的单位面积压力Fv影响基底压力的因素影响基底压力的因素:基础的形状、大小、刚度，埋置深基础的形状、大小、刚度，埋置深度，基础上作用荷载的性质（中心、偏心、倾斜等）及大小、度，基础上作用荷载的性质（中心、偏心、倾斜等）及大小、地基土性质地基土性质 4.3 4.3 基底压力基底压力 4.3.1 4.3.1 基底压力的分
9、布规律基底压力的分布规律v（一）基底压力的量测土压力盒（一）基底压力的量测土压力盒v基底压力：建筑物上部结构荷载和基础自重通过基础传递给地基，作用于基础底面传至地基的单位面积压力（二）基底压力分布规律（二）基底压力分布规律v砂土砂土抛物线型抛物线型v黏性土马鞍型黏性土马鞍型v简化为直线简化为直线4.3.2 4.3.2 基底压力的简化计算基底压力的简化计算（一）中心荷载作用（一）中心荷载作用外（二）偏心荷载作用（二）偏心荷载作用（1）单向偏心荷载F+G eelbpmaxpmin作用于基础底面作用于基础底面形心上的力矩形心上的力矩M=(F+G)e 基基础础底底面面的的抵抵抗抗矩矩；矩矩形形截截面面
10、W=bl2/6 讨论：讨论：当当e0，基底压力呈梯形分布基底压力呈梯形分布 当当e=l/6时，时，pmax0，pmin=0，基底压力呈三角形分布基底压力呈三角形分布 当当el/6时，时，pmax0，pmin0，基底出现拉应力，基底压力重分布基底出现拉应力，基底压力重分布 pmaxpminel/6pmaxpmin0pmaxpmin=0基底压力重分布基底压力重分布基底压力重分布基底压力重分布偏心荷载作用在偏心荷载作用在基底压力分布图基底压力分布图形的形心上形的形心上（2 2）双向偏心荷载）双向偏心荷载4-8a课堂练习题课堂练习题v1.1.已知条形基础宽度已知条形基础宽度b b2m2m，基础底面压力
11、最，基础底面压力最小值小值P Pminmin50kPa50kPa，最大值，最大值P Pmaxmax150 kPa150 kPa，指出，指出作用于基础底面上的轴向压力及力矩最接近以作用于基础底面上的轴向压力及力矩最接近以下哪一种组合下哪一种组合?v(A)(A)轴向压力轴向压力230kN/m230kN/m，力矩，力矩40kN40kNm/mm/mv(B)(B)轴向压力轴向压力150kN/m150kN/m，力矩，力矩32kN32kNm/mm/mv(C)(C)轴向压力轴向压力200 kN/m200 kN/m，力矩，力矩33kN33kNm/mm/mv(D)(D)轴向压力轴向压力200 kN/m200 kN
12、/m，力矩，力矩50 kN50 kNm/mm/m v(2002(2002注册岩土工程师考试题案例注册岩土工程师考试题案例)解：解：答案：C课堂练习题课堂练习题v 2 2某建筑物基础宽度某建筑物基础宽度l l=4.2m(=4.2m(l l为偏心方向为偏心方向)，b b=2.0m=2.0m，相应于荷载标准组合时的偏心荷载值，相应于荷载标准组合时的偏心荷载值F F600KN600KN，偏心距，偏心距e e0 01.4m1.4m，基础埋深，基础埋深2.2m2.2m，求最大，求最大基底压力。基底压力。解：解：el/64.3.34.3.3、基底附加压力、基底附加压力v基底附加压力：基底附加压力：作用于地基
13、表面，由于建造建筑物而作用于地基表面，由于建造建筑物而新增加新增加的压力称为基底附加压力，即导致地基中产生附的压力称为基底附加压力，即导致地基中产生附加应力的那部分基底压力加应力的那部分基底压力FFd实际情况实际情况基底附加压力在数基底附加压力在数值上等于基底压力值上等于基底压力扣除基底标高处原扣除基底标高处原有土体的自重应力有土体的自重应力dpp00-=基底压力呈梯形分布时，基底压力呈梯形分布时，基底附加压力基底附加压力基底附加压力基底附加压力自重应力自重应力1 1、有一箱形基础，上部结构和基础自重传至基、有一箱形基础，上部结构和基础自重传至基底的压力底的压力p p80kPa80kPa，若地
14、基土的天然重度为，若地基土的天然重度为18kN/m18kN/m3 3，地下水位在地表下，地下水位在地表下l0ml0m处，当基础埋置处，当基础埋置在下列哪一个深度时，基底附加压力正好为零在下列哪一个深度时，基底附加压力正好为零?(A)4.4m (B)8.3m (C)10m (D)3m(A)4.4m (B)8.3m (C)10m (D)3m (2002(2002注册岩土工程师考试题案例注册岩土工程师考试题案例)课堂练习题v2.2.下列说法不正确的是（下列说法不正确的是（）。）。v（A A）建筑物的沉降是由附加应力引起的）建筑物的沉降是由附加应力引起的v（B B）地下水位下降时，自重应力增大，）地下水位下降时，自重应力增大，附加应力不变，所以不会引起建筑物的沉附加应力不变，所以不会引起建筑物的沉降降v（C C）地下水位上升，土中自重应力减小）地下水位上升，土中自重应力减小小小 结结v掌握自重应力的概念和计算方法掌握自重应力的概念和计算方法v掌握基底压力的计算方法掌握基底压力的计算方法 v重点重点:成层土的自重应力计算，偏心荷载下基成层土的自重应力计算，偏心荷载下基底压力的计算方法底压力的计算方法下一讲内容下一讲内容v4.4 4.4 地基附加应力地基附加应力 作作 业业v4-3v4-8v4-9