第二章 地基中的应力计算

第二章地基中的应力计算

土像其他任何材料一样。受力后也要产生应力和变形。在地基上建造建筑物将使地基中原有的应力状态发生变化，引起地基变形。如果应力变化引起的变形量在允许范围以内，则不致对建筑物的使用和安全造成危害；当外荷载在土中引起的应力过大时，则不仅会使建筑物发生不能容许的过大沉降，甚至可能使土体发生整体破坏而失去稳定。因此，研究土中应力计算和分布规律是研究地基变形和稳定问题的依据。

土体中的应力按其产生的原因主要有两种：由土体本身重量引起的自重应力和由外荷载引起的附加应力。

第一节土体自重应力的计算

自重应力:未修建建筑物前,由土体本身自重引起的应力称土体自重应力.

说明：从结构分析：土为单粒、蜂窝、絮状结构，土为三相体；从构造分析：层状、节理、裂隙、软硬不均、断裂、层理等具有一定的构造，因此土是非均匀、非连续、各向异性体，很难用解析法或公式法进行计算，大型工程一般用计算机或实验分析。但为计算方便，常将其假定为弹性体、均匀、连续各项同性半无限体。这和实际情况会有的区别，但研究表明，当地基上均匀施加荷载，且在正常允许范围内时，其应力—应变如图示，且研究的是基础作用下的宏观应变而不是土粒之间微观应变，假设应力—应变为直线能够满足设计要求。当然对高层作用或构造非常明显的地基应根据情况分析。

半无限体如图：

σ

y

x

ε z

土应力应变半无限体

自重应力是指土体本身的有效重量产生的应力，在建筑物建造之前就存在于土中，使土体压密并且有一定的强度和刚度。研究地基自重应力的目的是为了确定土体的初始应力状态。

一、竖向自重应力

假定地表面是无限延伸的水平面，在深度Z处水平面上各点的自重应力相等且均匀地无限分布，任何竖直面和水平面上均无剪应力存在，故地基中任意深度Z处的竖向自重应力就等于单位面积上的土柱重量。

如图2-1（a）所示。若Z深度内的土层为均质土，天然重度γ不发生变化，则土柱的自身重力为W=γZA，而W必与Z深度处的竖向自重应力σCZ的合力σCZ A相平衡，故有：

σCZ =γZ（2-1）

当地基由多个不同重度的土层(成层土)组成时，则任意深度处的竖向自重应力可按竖向各分段土柱自重相加的方法求出，即：

（2-2）

对均质土，自重应力沿深度成直线分布，如图2-1(b)所示；对成层土，自重应力在土层界面处发生转折，沿深度成折线分布，如图2-2所示。

若计算应力点在地下水位以下，由于地下水位以下土体受到水的浮力作用，使土体的有效重量减少，故在计算土体的竖向自重应力时，对地下水位以下的土层应按土的有效重度计算。

在地下水位以下，如埋藏有不透水层(例如岩层或只含强结合水的竖硬黏土层)时，由于不透水层中不存在水的浮力，所以不透水层层面及层面以下的自重应力等于上覆土和水的总重。

自重应力随深度和层状变化情况用应力分布线表示：纵坐标表示计算点深度，横坐标表示自重应力值，计算出各土层分界处的自重应力，然后在所计算竖直线的左侧用水平线段按一定的比例表示各点的自重应力值，再用直线加以连结所得折线称为土的自重应力曲线。

必须指出，这里所讨论的土中自重应力是指土颗粒之间接触点传递的应力，故称有效自重应力。

图2-1 均质土竖向图2-2 成层土竖向自重应力分布自重应力分布

二、水平自重应力

地基中除了存在作用于水平面上的竖向自重应力外，还存在作用于竖直面上的水平自重应力σcx和σcy。把地基近似按弹性体分析，并将侧限条件代入，可推导得：

σcx = σcy =K0σcz（2-3）

式中K0称为土的静止侧压力系数，它是侧限条件下土中水平向应力与竖向应力之比，依土的种类、密度不向而异，可由试验确定。例如：软泥土就接近1，硬土岩就小。

三、地下水位变化对自重应力的影响

由于土的自重应力取决于土的有效重量，有效重量在地下水位以上用天然重度，在地下水位以下用浮重度。因此地下水位的升降变化会引起自重应力的变化。如图2-3(a)所示，由于大量抽取地下水等原因，造成地下水位大幅度下降，使地基中原水位以下土体的有效自重应力增加，会造成地表下沉的严重后果。如图2-3(b)所示，地下水位上升的情况一般发生在人工抬高蓄水水位的地区(如筑坝蓄水)或工业用水等大量渗入地下的地区。如果该地区土层具有遇水后土的性质发生变化(如湿陷性或膨胀性等)的特性，则地下水位的上升会导致一些工程问题，应引起足够的重视。

(a) (b)

图2-3 地下水位升降对自重应力的影响

(a)地下水位下降(b)地下水位上升

第二节基底压力的计算

建筑物荷裁通过基础传给地基，基础底面传递到地基表面的压力称为基底压力，而地基支撑基础的反力称为地基反力。基底压力与地基反力是大小相等、方向相反的作用力与反作用力。基底压力是分析地基中应力、变形及稳定性的外荷载，地基反力则是计算基础结构内力的外荷载。因此，研究基底压力的分布规律和计算方法具有重要的工程意义。

意义: 基底压力的计算的目的为计算地基中的附加应力和基础结构.因为建筑物的荷载是通过基础传给地基的,为计算上部荷载在地基土层中引起的附加应力,必须首先研究基础底面处与基础底面接触面上压力大小分布.

一、基底压力的分布规律

精确地确定基底压力的分布形式是—个相当复杂的问题，它涉及地基与基础的相对刚度、荷载大小及其分布情况、基础埋深和地基土的性质等多种因素。

绝对柔性基础(如土坝、路基、钢板做成的储油罐底板等)的抗弯刚度，在垂直荷载作用下没有抵抗弯曲变形的能力，基础随着地基一起变形，中部沉降大，两边沉降小，基底压力的分布与作用在基础上的荷载分布完全一致(图2-5a)。如果要使柔性基础的各点沉降相同，则作用在基础上的荷载应是两边大而中部小(图2-5b)。

(a) (b)

图2-5 柔性基础的基底压力分布

绝对刚性基础的抗弯刚度，在均布荷载作用下，基础只能保持平面下沉而不能弯曲，但对地基而言，均匀分布的基底压力将产生不均匀沉降，其结果是基础变形与地基变形不相适应(图2-6a)。为使地基与基础的变形协调一致，基底压力的分布必是两边大而中部小。如果地基是完全弹性体，由弹性理论解得基底压力分布如图2-6(b)所示，边缘处压力将为无穷大。

(a) (b)

图2-6 刚性基础的基地压力分布

有限刚度基础是工程中最常见的情况，具有较大的抗弯刚度，但不是绝对刚性，可以稍微弯曲。由于绝对刚性和绝对柔性基础只是假定的理想情况，地基也不是完全弹性体，当基底两端的压力足够大，超过土的极限强度后，土体就会形成塑性区，所承受的压力不再增大，自行调整向中间转移。实测资料表明，当荷载较小时，基底压力分布接近弹性理论解(如，粘性土，400Kpa图2-7a)；随着上部荷载的逐渐增大，基底压力转变为马鞍形分布(粘性土，500Kpa图2-7b)，抛物线形分布(沙土，500Kpa图2-7c)；当荷载接近地基的破坏荷载时，压力图形为钟形分布(沙土，600Kpa图2-7d)。

图2-7 荷载对基底压力的影响图2-8 轴心受压基础基底压力

二、基底压力的简化计算

从以上分析可见，基底压力分布形式是十分复杂的，但由于基底压力都是作用在地表面附近，其分布形式对地基应力的影响将随深度的增加而减少，而决定于荷载合力的大小和位置。因此，目前在工程实践中，对一般基础均采用简化方法，即：当基础宽度大于1M，荷载不大于300~500kPa，目前地基设计中允许使用简化方法，虽然有误差，但一般工程允许。基底压力按直线分布的材料力学公式计算。

(一)轴心荷载作用下的基底压力

如图2-8所示，作用在基础上的荷载，其合力通过基础底面形心时为轴心受压基础，基底压力均匀分布，数值按下式计算：

(2-4)

图2-9 偏心受压基础基底压力

（二）偏心荷载作用下的基底压力

如图2-9所示，常见的偏心荷载作用于矩形基础的一个主轴上，即单向偏心。设计时通常将基底长边L方向取为与偏心方向一致，则基底边缘压力为：

(2-6) 式中M—作用于基础底面的力矩值(K N·m)；

W—基础底面的抵抗矩，对矩形基础，将偏心矩

、、代入式（2-6），得：

（2-7）

式中:—基底最大、最小边缘压力（）由上式可见：

当时，基底压力呈梯形分布（图2-9a）；

当时，基底压力呈三角形分布（图2-9b）；

当时，上式计算结果，表示基底出现拉应力，如图2-9(c)中虚线所示。由于基底与地基之间不能承受拉力，故基底与地基之间将局部分开，导致基底压力重新分布。根据偏心荷载应与基底反力平衡的条件，合力F+G应通过三角形基底压力分布图的形心。由此可得基底边缘最大压力为：

（2-8）

式中a一单向偏心荷载作用点至基底最大压力边缘的距离(m)，；

b—基础底面宽度(m)。

为了避免因地基应力不均匀,引起过大不均匀沉降,通常要求Pmax/Pmin≦1.5~3,压缩性高粘性土取小值, 压缩性小无粘性土取大值.

对于偏心荷载沿长度方向均匀分布的条形基础，则偏心方向与基底短边b 方向一致，此时取长度方向L=1m为计算单位，基底边缘压力为：

(2-9)

三、基底附加压力

由于修造建筑物，在地基中增加的压力称为附加压力。

1.基础位于地面上,基底附加压力即为基底接触压力.既:P0=P

N

地面

P0=P

2基础位于地面下:

在基础建造前，基底处已存在土的自重应力，这部分自重应力引起的地基变形可以认为已经完成。由于基坑开挖使该自重应力卸荷，故引起地基附加应力和变形的压力应为基底压力扣除原先已存在的土的自重应力(图2-10)。即基底附加压力为：

轴心荷载时：（2-10）

偏心荷载时：（2-11）

式中—基底附加压力(kPa)；

—基底压力(kPa)；

—基底处土的自重应力(kPa)。

图2-10 基底附加压力图2-11 例题2-2附图上式为何要将基底压力P减去γd ?，因为未修建筑前，在土中早已存在土的自重应力γd，修建筑物时，将这部分土挖除后，再造建筑，因此土中某点实际增加的压力为P-γd，即：超过原有自重压力γd的压力为附加压力。

第三节竖向荷载作用下地基附加应力计算

地基附加应力是指由新增加建筑物荷载在地基中产生的应力。对一般天然土层来说，土的自重应力引起的压缩变形在地质历史上早已完成，不会再引起地基沉降，因此引起地基变形与破坏的主要原因是附加应力。目前采用的计算方法是根据弹性理论推导的（实践证明，地基上作用荷载不大，土中塑性变形小，荷载与变形间近似呈线形关系，弹性理论具有一定准确性）。

一、竖向集中荷载作用下附加应力计算

地表面上作用一个集中荷载，实践中虽然不存在，但集中荷载在地基中引起的应力解答却是求解地基内附加应力及其分布的基础。

图2-12 集中力作用土中M点的应力

1885年法国学者布辛内斯克(J·Boussinesp)用弹性理论推出了在半无限空间弹性体表面上作用有竖向集中力P时，在弹性体内任意点M所引起的应力解析解。如图2-12所示，以P作用点为原点，以P作用线为z轴，建立坐标系，则M点坐标为(x，y，z)，W点为M点在弹性体表面上的投影。布辛内斯克得出点M的六个应力分量和三个位移分量（σx、σy、σz、τxy、τyz、τxz；Ux、Uy、Uz），其中对地基沉降计算有关的是竖向正应力σz，下面将主要介绍其计算及分布规律。

地基中任一点M的竖向正应力表达式为：

（2-12）

利用图2-12中的几何关系，式(2-12)可改写为：

（2-13）式中K—集中力作用下坚向附加应力系数，为r/z函数，可由表2-1查得。

集中力作用下的竖向附加应力系数表2-1

集中荷载产生的竖向附加应力σz在地基中的分布存在如下规律(图2-13)：

1.在集中力P作用线上

在P作用线上，r=0，当z=0时， =∞；当z=∞时，σz =0。可见，沿P作用线上的σz分布随深度增加而递减。

2．在r >0的竖直线上

在r >0的竖直线上，当z=0时，σz =0；随着z的增加，σz从零逐渐增大，至一定深度后又随着z的增加逐渐变小。

3．在z为常数的水平面上

在z为常数的水平面上，σz在集中力作用线上最大，并随着r的增大而逐渐减小。随着z深度的增加，集中力作用线上的σz减小，但随r增加而降低的速率变缓。

若在空间将σz相同的点连接成曲面，可以得到如图2-14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。

图2-13 σz的分布图2-14σz的等值线通过上述分析，可以建立起土中应力分布的概念：即集中力P在地基中引起的附加应力，在地基中向下、向四周无限扩散，并在扩散的过程中应力逐渐降低。此即应力扩散的概念，与杆件中应力的传递完全不同。

当地基表面作用几个集中力时，可分别算出各集中力在地基中引起的附加应力(图2-15中的a、b线)，然后根据弹性体应力叠加原理求出附加应力的总和，如图2-15中C线所示。

图2-15 两个集中力作用下地基中的叠加

二、竖向矩形均布荷载作用下附加应力计算

矩形面积在建筑工程中最为常见，如房屋建筑采用筐架结构，立柱下面的独立基础底面通常为矩形面积。

基础传给地基表面的压应力都是面荷载，设长度为L，宽度为b的矩形面积上作用竖向均布荷载P。若要求地基内各点的附加应力，应先求出矩形面积角点下的应力σz，再利用“角点法”求任意点的应力。

(一)矩形均布荷载角点下的应力

角点下的应力是指图2-16中O、A、C、D四个角点下任意深度处的应力。将坐标原点取在角点O上，在荷载面积内任意取微分面积，其上荷载的合力以集中力代替，，利用式（2-12）可求得该集中力在角点O下深度Z处M点的竖向附加应力。

（2-14）

图2-16 矩形均布荷载角点下的附加应力

将式(2-14)沿整个矩形面积OACD积分，即可得矩形均布荷载P在点M处的附加应力。

（2-15）

式中

为计算方便，可将式(2-15)简写为：

(2-16)

式中Kc—竖向矩形均布荷载角点下的竖向附加应力分布系数，可按公式计算，Kc=f（L/b，Z/b）或由表2-2查取；

P—均布荷载强度，求地基中附加应力时，用前述基底附加压力P0。

竖向均布荷载角点下附加应力系数Kc表2-2

(二)矩形均布荷载任意点下的应力—角点法

矩形均布荷载作用下地基内任意点的附加应力，可利用角点下的应力计算式（2-6）和应力叠加原理求得。即通过需要计算的一点作几条辅助线，将矩形面积划分为几个矩形，按照公式分别计算各个矩形公共点上的附加应力，进行叠加求得。此方法称为角点法。

如图2-17所示的荷载平面，求O点下任意深度的应力时，可过O点将荷载面积划分为几个小矩形，使O点为每个小矩形的共同角点，利用角点下的应力计算式(2-16)分别求出每个小矩形O点下同一深度的附加应力，然后利用叠加原理得总的附加应力。角点法的应用可分为下列三种情况。

图2-17 角点法的应用

第一种情况 计算矩形面积边缘上任意点O 下的附加应力(图2-17a ）：

第二种情况 计算矩形面积内任意点O 下的附加应力(图2-17b ）：

第三种情况 计算矩形面积外任意点O 下的附加应力(图2-17c)：

图2-17(c)中I 为ogbf 、Ⅱ为ofch 、Ⅲ为ogae 、Ⅳ为oedh 。

第四种情况O 点在基底面外侧.设想将基础底面扩大,使O 点位于基础底面的角点上. I(ohce)扣除Ⅱ(ohbf)和Ⅲ(ogde)之后再加上Ⅳ(ogaf).

σz=(K c I - K c Ⅱ- K c Ⅲ+ K c Ⅳ)

e d c

f a b

O g h

必须注意：(1)查表(或公式)确定时矩形小面积的长边取L ，短边取b ；(2)所有划分的矩形小面积总和应等于原有矩形荷载面积。

三、竖向条形均布荷载作用下附加应力计算

当矩形底面长宽比很大，L/b ≥10时，称为条形基础。如：砖混结构墙基、挡土墙基础等。当宽度为b 的条形基础上作用均布荷载P 时，取宽度b 的中点作为坐标原点(图2-18)，采用积分法计算出来。地基内任意点M(x ，y)的竖向附加应力为：

σz = K sz P （2-17）

式中 K sz —条形均布荷载作用下竖向附加应力分布系数，由表2-3查取。

条形均布荷载作用下竖向附加应力分布系数 表2-3

四圆形基础底面均布荷载作用下中心点、边沿附加应力，矩形基底铅直三角形等都可以用积分法并查表计算。

【例2-4】如图2-19所示，荷载面积2m×1m，p=100KPa，求A、E、O、F、G各点下z=1m深度处的附加应力，并利用计算结果说明附加应力扩散规律。

图2-18 条形均布荷载作用图2-19 例题2-4附图

下地基内某点附加应力

将计算结果绘成图2-20(a)；将点O和点F下不同深度的求出并绘成图2-20(b)，可以形象地表现出附加应力的分布规律，请同学们自行总结。

(a) (b)

图2-20 例题2-4计算结果

复习思考题

第三章 土中应力计算习题与答案

第三章土中应力计算 一、填空题 1、由土筑成得梯形断面路堤,因自重引起得基底压力分布图形就是梯形,桥梁墩台等刚性基础在中心荷载作用下,基底得沉降就是相同得。 2、地基中附加应力分布随深度增加呈曲线减小,同一深度处,在基底中心点下,附加应力最大。 3、单向偏心荷载作用下得矩形基础,当偏心距e > l/6时,基底与地基局部脱开,产生应力重分部。 4、在地基中,矩形荷载所引起得附加应力,其影响深度比相同宽度得条形基础浅,比相同宽度得方形基础深。 5、上层坚硬、下层软弱得双层地基,在荷载作用下,将发生应力扩散现象,反之,将发生应力集中现象。 6、土中应力按成因可分为自重应力与附加应力。 7、计算土得自重应力时,地下水位以下得重度应取有效重度(浮重度) 。 8、长期抽取地下水位,导致地下水位大幅度下降,从而使原水位以下土得有效自重应力增加,而造成地基沉降得严重后果。 9、饱与土体所受到得总应力为有效应力与孔隙水压力之与。 二、名词解释 1、基底附加应力:基底压应力与基底标高处原土层自重应力之差。 2、自重应力:由土层自身重力引起得土中应力。 3、基底压力:建筑物荷载通过基础传给地基,在基础底面与地基之间得接触应力。 三、选择题 1、成层土中竖向自重应力沿深度得增大而发生得变化为:( B ) (A)折线减小(B)折线增大(C)斜线减小(D)斜线增大 2、宽度均为b,基底附加应力均为P0得基础,同一深度处,附加应力数值最大得就是:( C ) (A)方形基础(B)矩形基础(C)条形基础(D)圆形基础(b为直径) 3、可按平面问题求解地基中附加应力得基础就是:( B ) (A)柱下独立基础(B)墙下条形基础(C)片筏基础(D)箱形基础 4、基底附加应力P0作用下,地基中附加应力随深度Z增大而减小,Z得起算点为:( A ) (A)基础底面(B)天然地面(C)室内设计地面(D)室外设计地面 5、土中自重应力起算点位置为:( B ) (A)基础底面(B)天然地面(C)室内设计地面(D)室外设计地面 6、地下水位下降,土中有效自重应力发生得变化就是:( A ) (A)原水位以上不变,原水位以下增大(B)原水位以上不变,原水位以下减小 (C)变动后水位以上不变,变动后水位以下减小 (D)变动后水位以上不变,变动后水位以下增大 7、深度相同时,随着离基础中心点距离得增大,地基中竖向附加应力:( D ) (A)斜线增大(B)斜线减小(C)曲线增大(D)曲线减小 8、单向偏心得矩形基础,当偏心距e < l/6(l为偏心一侧基底边长)时,基底压应力分布图简化为:( B ) (A)矩形(B)梯形(C)三角形(D)抛物线形 9、宽度为3m得条形基础,作用在基础底面得竖向荷载N＝1000kN/m ,偏心距e＝0、7m,基底最大压应力为:( C ) (A)800 kPa (B)417 kPa (C)833 kPa (D)400 kPa

第三章土中应力计算习题与答案

第三章土中应力计算 一.填空题 1.由土筑成的梯形断面路堤，因自讯引起的基底压力分布图形是_ 梯形,桥梁墩台等刚性基础在中心荷载作用下，基底的沉降是_和同的。 2地基中附加应力分布随深度增加呈曲线减小,同一深度处，在基底中心点 下，附加应力最大。 3?单向偏心荷载作用卜的矩形基础，当偏心距e>V6时，基底与地基局部脱开，产生应力重分部。 4?在地基中，矩形荷我所引起的附加应力，其影响深度比相同宽度的条形基础浅，比相同宽度的方形基础深。 5?上层坚硬、下层软弱的双层地基，在荷载作用卜，将发生应力扩散现象,反之，将发生应力集中现象。 6?土中应力按成因可分为自重应力和附加应力。 7?计算土的自重应力时，地卜水位以下的重度应取有效亜度（浮朿度）。 8-长期抽取地下水位，导致地卞水位人幅度卜降，从而使原水位以卜?土的有效自重应力_1 迦］__ ,而造成地基沉降的严重后果。 9?饱和土体所受到的总应力为冇效应力与孔隙水压力之和。 二.名词解释 1?基底附加应力：基底压应力与基底标高处原土层自重应力之差。 2?自觅应力：由土层自身重力引起的土中应力。 3?基底压力：建筑物荷栽通过基础传给地基，在基础底面与地基Z间的接触应力。 三.选择题 1.成层土中竖向自重应力沿深度的增大而发生的变化为：（B ） （A）折线减小（B）折线增人（C）斜线减小（D）斜线增大2?宽度均为b,基底附加应力均为Po的基础，同一深度处，附加应力数值诫人的是：（C ）（A）方形基础（B）矩形基础（C）条形基础（D）洌形基础（b为直径〉 3?可按平面问题求解地基中附加应力的基础是：（B ） （A）柱卞独立基础（B）墙卜?条形基础（C）片筏基础（D）箱形基础 4?基底附加应力Po作用下，地基中附加应力随深度Z增大而减小，Z的起算点为：（A ）（A）基础底面（B）天然地面（C）室内设计地面（D）室外设计地面5?土中自重应力起算点位置为：（B ） （A）基础底面（B）天然地面（C）室内设计地面（D）室外设计地面6?地下水位下降，土中有效自重应力发生的变化是：（A ） （A）原水位以上不变，原水位以下增大（B）原水位以上不变，原水位以下减 小 （C）变动后水位以上不变，变动后水位以下减小 （D）变动后水位以上不变，变动后水位以下增人 7?深度相同时，随着离基础中心点距离的增人，地基中竖向附加应力：（D ） （A）斜线增大（B）斜线减小（C）曲线增大（D）曲线减小 &单向偏心的矩形基础，当偏心距e

第二章 土体中的应力

第二章 土体中的应力 土中自重应力——土体自身的重量在土中引起的应力称为土的自重应力。又称常驻应力，自重应力不会使土体产生变形。在应力计算中，一般均采用半空间应力模型；即认为土体是均质、连续各向同性的弹性半空间体。 1.单一土层条件下自重应力的计算 设所切取的土柱体总重为P ，根据竖向力之和为零有： 则有： cz σ——土中某点的竖向自重应力，kPa ；γ——土的容重， kN/m 3 Z ——考查点至天然地面的距离，m 该点处的水平向自重应力，根据广义虎克定律： =? -? -= E E E cz cy x x σμσμσε且 y x σσ=则有： cz cz cx K σσμ μ σ?=?-= 01其中：Ko 为土的侧向压力系数；μ为泊松比。 也就是说，竖向应力乘以水平向应力系数Ko 即为水平向应力，土体一定，水平向应力系数为常数，竖向应力已知 时，水平应力即确定。在今后的应用中，水平向应力应用的数量较少，一般情况下，有了竖向应力之后，不作特殊说明；经常用到的是竖向自重应力，为简单起见，一律简写成c σ，即z c σσ=。 2.成层土条件下自重应力 设各层土的土层厚度分别为h 1、h 2、h 3,容重分别为γ1、γ2、γ3，如图。分层不影响对称性，仍用前述的方法截取土柱体，分段求合力，得P=P 1+P 2+P 3 即：332211h F h F h F P ??+??+??=γγγ由此得：3 32211h h h c ?+?+?=γγγσ简写成：i n i i c h ?= ∑=1 γ σ 3.当土层中有地下水时自重应力 自重应力是指有效应力,即土体通过土粒间接触点传递的接触压力。浸水后，土颗颗粒受到水浮力，土颗粒间的接触压力减少，1m 3土体扣除土颗粒所受浮力后剩余重量即为有效容重，所以，浸水后单位体积土体的有效自重计算时应 采用有效重。据此有： 当有不透水层时，由于水对不透水层层面有静水压力，且通过不透水层层面向下传递该水压力，因而，此时的自重 应力还应加上水压力，即： e Z F P ??=γZ F P cz ?==γσ∑=?=???+?'+?'+?=n i i i c h h h h 13322 11γγγγσ? ??+?+?+?'+?=332211h h h h c γγγγσωω∑=?=n i i i h 1 γ

第三章土中应力计算习题及答案解析

] 第三章土中应力计算 一、填空题 1.由土筑成的梯形断面路堤，因自重引起的基底压力分布图形是梯形，桥梁墩台等刚性基础在中心荷载作用下，基底的沉降是相同的。 2.地基中附加应力分布随深度增加呈曲线减小，同一深度处，在基底中心点下，附加应力最大。 3.单向偏心荷载作用下的矩形基础，当偏心距e > l/6时，基底与地基局部脱开，产生应力重分部。 4.在地基中，矩形荷载所引起的附加应力，其影响深度比相同宽度的条形基础浅，比相同宽度的方形基础深。 5.上层坚硬、下层软弱的双层地基，在荷载作用下，将发生应力扩散现象，反之，将发生应力集中现象。 6.土中应力按成因可分为自重应力和附加应力。 . 7.计算土的自重应力时，地下水位以下的重度应取有效重度（浮重度）。 8.长期抽取地下水位，导致地下水位大幅度下降，从而使原水位以下土的有效自重应力增加，而造成地基沉降的严重后果。 9.饱和土体所受到的总应力为有效应力与孔隙水压力之和。 二、名词解释 1.基底附加应力：基底压应力与基底标高处原土层自重应力之差。 2.自重应力：由土层自身重力引起的土中应力。 3.基底压力：建筑物荷载通过基础传给地基，在基础底面与地基之间的接触应力。 ！ 三、选择题 1.成层土中竖向自重应力沿深度的增大而发生的变化为：（ B ） （A）折线减小（B）折线增大（C）斜线减小（D）斜线增大 2.宽度均为b，基底附加应力均为P0的基础，同一深度处，附加应力数值最大的是：（ C ）（A）方形基础（B）矩形基础（C）条形基础（D）圆形基础（b为直径） 3.可按平面问题求解地基中附加应力的基础是：（ B ） （A）柱下独立基础（B）墙下条形基础（C）片筏基础（D）箱形基础 。 4.基底附加应力P0作用下，地基中附加应力随深度Z增大而减小，Z的起算点为：（ A ）（A）基础底面（B）天然地面（C）室内设计地面（D）室外设计地面 5.土中自重应力起算点位置为：（ B ） （A）基础底面（B）天然地面（C）室内设计地面（D）室外设计地面6.地下水位下降，土中有效自重应力发生的变化是：（ A ） （A）原水位以上不变，原水位以下增大（B）原水位以上不变，原水位以下减小（C）变动后水位以上不变，变动后水位以下减小 （D）变动后水位以上不变，变动后水位以下增大 ￥

地基中的应力计算

四 地基中的应力计算 一、填空题 1. 地下水位升高将引起土体中的有效自重应力_________，地下水位下降会引起土体中的有效自重应力_________。 2. ______应力引起土体压缩，______应力影响土体的抗剪强度。 3. 在计算自重应力时，地下水位以下土的重度应取_________。 4. 在基础宽度和附加压力都相同时，条形荷载的影响深度比矩形荷载________。 5. 土中竖向附加应力z σ的影响深度比xz τ的影响深度范围要_______，xz τ在________处最大。 6. 在中心荷载作用下，基底压力近似呈________分布，在单向偏心荷载作用下，当偏 心距6 l e < 时，基底压力呈________分布；当6l e =时，基底压力呈________分布。 7. 甲、乙两矩形基础，甲的长、宽为22A B ?，乙的长、宽为A B ?，基底附加应力相同，埋置深度d 也相同。则基底中心线下Z =甲______Z 乙处，z z σσ=乙甲。 8. 在离基础底面不同深度z 处的各个水平面上，z σ随着与中轴线距离的增大而______。 9. 在荷载分布范围内之下，任意点的竖向应力z σ随深度的增大而_________。 10. 当岩层上覆盖着可压缩土层时，即双层地基上软下硬，E 1＜E 2，这时在荷载作用下地基将发生__________现象，岩层埋深愈浅，应力集中的影响愈_________。 11. 当硬土层覆盖在软弱土层上时，即双层地基上硬下软，E 1＞E 2，这时在荷载作用下地基将发生_________现象，上覆硬土层厚度愈______，应力扩散现象愈显著。 12. 均布矩形荷载角点下的附加应力系数可根据________和_______通过查表确定。 13. 已知某天然地基上的浅基础，基础底面尺寸为3.0m 5.0m ?，基础埋深2.5m ，上部结构传下的竖向荷载为4500kN ，则基底压力为__________kPa 。 14.刚性基础在中心荷载作用下，基底各点的沉降是_________的，此时基底压力呈________分布。随着荷载的增大，_________处应力增大直至产生塑性变形，则引起基底压力重新分布，最终发展为__________分布。 15. 某均质地基，其重度为3 19kN/m γ=，地下水位在地表以下3m 处，则在地表下3m 处土的竖向自重应力为________kPa ；若地下水位以下土体达到饱和状态，其饱和重度为 321kN/m sat γ=，则地表下5m 处土的竖向自重应力为________kPa 。 1. 减小，增加。 2. 附加，有效。 3. 浮重度。 4. 大。 5. 大，基础边缘。 6. 矩形，梯形，三角形。 7. 2.0。 8. 减小。 9. 减小。10. 应力集中，显著。11. 应力扩散，大。12. /z b ，/l b 。13. 350。14. 相同，马鞍型，基础边缘，抛物线。15. 57，79。 二、选择题 1. 已知土层的静止土压力系数为0K ，主动土压力系数为a K ，被动土压力系数为P K ，当地表面增加一无限均布荷载p 时，则在z 深度处的侧向应力增量为多少？ （A ）0K p （B ）a K p （C ）P K p （C ）p 2. 自重应力在均质土层中呈_____分布。 （A ）均匀 （B ）直线 （C ）折线 （C ）曲线

第三章 土中应力计算习题与答案

第三章-土中应力计算习题与答案． 第三章土中应力计算一、填空题由土筑成的梯形断面路堤，因自重引起的基底1.

形，桥梁墩台等梯压力分布图形是刚性基础在中心荷载作用下，基底的沉降是 的。相同曲线地基中附加应力分布随深度增加呈2 点下中减小，同一深度处，在基 附加应力最大。 3.单向偏心荷载作用下的矩形基础，e >当偏心，产生 l/6时，基底与地基局脱 。重分

在地基中，矩形荷载所引起的附加应力，其影4.比相，浅响深度比相同宽度的条形基 础 深。同宽度的方形基础上层坚硬、下层软弱的双层地基，在荷载作用5.现象，反之，将发扩散下，将发生应力现象。生应力集中附和 6.土中应力 按成因可分为自重应力 加应力。 7.计算土的自重应力时，地下水位以下的重度应取有效重度（浮重度）。导致地下水位大幅度下降，长期抽取地下水位，8. 增从而使原水位以下土的有效自重应力 的严重后地基沉降，而造成 加果。

9 饱和土体所受到的总应力为有效应力 隙水压力之和。 二、名词解释 1.基底附加应力：基底压应力与基底标高处原土层自重应力之差。 2.自重应力：由土层自身重力引起的土中应力。 3.基底压力：建筑物荷载通过基础传给地基，在基础底面与地基之间的接触应力。

三、选择题 1.成层土中竖向自重应力沿深度的增大而 发生的变化为：（ B ） （A）折线减小（B）折线增大（C）斜线减小（D）斜线增大 2.宽度均为b，基底附加应力均为P的基础，同0一深度处，附加应力数值最大的是：（ C ）（A）方形基础（B）矩形基础（C）为直径）b）圆形基础（D（条形基础． 3.可按平面问题求解地基中附加应力的基 础是：（ B ） （A）柱下独立基础（B）墙下条形基 础

第二章 地基中的应力计算

第二章地基中的应力计算 土像其他任何材料一样。受力后也要产生应力和变形。在地基上建造建筑物将使地基中原有的应力状态发生变化，引起地基变形。如果应力变化引起的变形量在允许范围以内，则不致对建筑物的使用和安全造成危害；当外荷载在土中引起的应力过大时，则不仅会使建筑物发生不能容许的过大沉降，甚至可能使土体发生整体破坏而失去稳定。因此，研究土中应力计算和分布规律是研究地基变形和稳定问题的依据。 土体中的应力按其产生的原因主要有两种：由土体本身重量引起的自重应力和由外荷载引起的附加应力。 第一节土体自重应力的计算 自重应力:未修建建筑物前,由土体本身自重引起的应力称土体自重应力. 说明：从结构分析：土为单粒、蜂窝、絮状结构，土为三相体；从构造分析：层状、节理、裂隙、软硬不均、断裂、层理等具有一定的构造，因此土是非均匀、非连续、各向异性体，很难用解析法或公式法进行计算，大型工程一般用计算机或实验分析。但为计算方便，常将其假定为弹性体、均匀、连续各项同性半无限体。这和实际情况会有的区别，但研究表明，当地基上均匀施加荷载，且在正常允许范围内时，其应力—应变如图示，且研究的是基础作用下的宏观应变而不是土粒之间微观应变，假设应力—应变为直线能够满足设计要求。当然对高层作用或构造非常明显的地基应根据情况分析。 半无限体如图： σ y x ε z 土应力应变半无限体 自重应力是指土体本身的有效重量产生的应力，在建筑物建造之前就存在于土中，使土体压密并且有一定的强度和刚度。研究地基自重应力的目的是为了确定土体的初始应力状态。 一、竖向自重应力 假定地表面是无限延伸的水平面，在深度Z处水平面上各点的自重应力相等且均匀地无限分布，任何竖直面和水平面上均无剪应力存在，故地基中任意深度Z处的竖向自重应力就等于单位面积上的土柱重量。 如图2-1（a）所示。若Z深度内的土层为均质土，天然重度γ不发生变化，则土柱的自身重力为W=γZA，而W必与Z深度处的竖向自重应力σCZ的合力σCZ A相平衡，故有：

土中应力计算__

第2章土中应力计算 一、知识点： 概述土中自重应力基底压力(接触应力) 2.3.1 基底压力的简化计算基底附加压力 地基附加应力 2.4.1 竖向集中力下的地基附加应力 2.4.2 矩形基础下的地基附加应力 2.4.3 线荷载和条形荷载下的地基附加应力非均质和各向异性地基中的附加应力 地基沉降的弹性力学公式 二、考试内容： 重点掌握内容 1．自重应力在地基土中的分布规律，均匀土、分层土和有地下水位时土中自重应力的计算方法。2．基底接触压力的概念，基底附加压力的概念及计算方法。 3．基底附加压力的概念，基底附加压力在地基土中的分布规律。应用角点法计算地基土中任意一点的竖向附加应力。 三、本章内容： § 概述 建筑物的建造使地基土中原有的应力状态发生变化，从而引起地基变形，出现基础沉降。由于建筑物荷载差异和地基不均匀等原因，基础各部分的沉降或多或少总是不均匀的，使得上部结构之中相应地产生额外的应力和变形。基础不均匀沉降超过了一定的限度，将导致建筑物的开裂、歪斜甚至破坏，例如砖墙出现裂缝、吊车轮子出现卡轨或滑轨、高耸构筑物倾斜、机器转轴偏斜以及与建筑物连接管道断裂等等。因此，研究地基变形，对于保证建筑物的正常使用、经济和牢固，都具有很大的意义。 地基的沉降，必须要从土的应力与应变的基本关系出发来研究。对于地基土的应力一般要考虑基底附加应力、地基自重应力和地基附加应力。地基的变形是由地基的附加应力导致，变形都有一个由开始到稳定的过程。我们把地基稳定后的累计变形量称为最终沉降量。地基应力一般包括由土自重引起的自重应力和由建筑物引起的附加应力，这两种应力的产生条件不相同，计算方法也有很大差别。此外，以常规方法计算由建筑物引起的地基附加应力时，事先确定基础底面的压力分布是不可缺少的条件。 从地基和基础相互作用的假设出发，来分析地基上梁或板的内力和变形，以便设计这类结构复杂的连续基础时，也要以本章的有关内容为前提。 地基土的变形都有一个由开始到稳定的过程，各种土随着荷载大小等条件的不同，其所需时间的差别很大，关于地基变形随时间而增长的过程是土力学中固结理论的研究内容。它是本章的一个重要组成部分。在工程实践中，往往需要确定施工期间和完工后某一时间的基础沉降量，以便控制施工速度，确定建筑物的使用措施，并要考虑建筑物有关部分之间的预留净空和连接方式，还必须考虑地基沉降与时间的关系。 § 土中自重应力 土是由土粒、水和气所组成的非连续介质。若把土体简化为连续体，而应用连续体力学(例如弹性力学)来研究土中应力的分布时，应注意到，土中任意截面上都包括有骨架和孔隙的面积在内，所

地基中的应力计算

第五章地基中的应力计算 一、单项选择题 1. 计算自重应力时，对地下水位以下的土层一般采用C。 (A) 天然重度(B) 饱和重度(C) 有效重度 2. 只有才能引起地基的附加应力和变形。B (A) 基底压力(B) 基底附加压力(C) 有效自重应力 3. 某建筑场地的土层分布均匀，地下水位在地面下2m深处，第一层杂填土厚1.5m，γ=17kN/m3，第二 层粉质粘土厚4m，γ=19kN/m3，第三层淤泥质粘土厚8m,γ=18kN/m3，第四层粉土厚8m，γ=19.5kN/m3，第五层砂岩（透水）未钻穿，则第四层底的竖向有效自重应力为______。 (A) 299kPa (B) 310kPa (C) 206.5kPa (D) 406.5kPa 4. 在基底总压力不变时，增大基础埋深对基底以下土中应力分布的影响是_______。B (A) 土中应力增大(B) 土中应力减小(C) 土中应力不变(D) 两者没有联系 5. 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 。试问当p min=0 时，最大压应力为。c (A) 120 kN/m2(B) 150 kN/m2(C) 200 kN/m2 6. 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应力为100 kN/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，地下水位在基底处，则基底竖向附加压力是A。 (A) 73 kN/m2(B) 74.5 kN/m2(C) 88.75 kN/m2 7. 在砂土地基上施加一无穷均布的填土，填土厚2m ，重度为16kN/m3，砂土的重度为18kN/m3，地 下水位在地表处，则5m深度处作用在骨架上的竖向应力为C。 (A) 40 kN/m2(B) 32 kN/m2(C) 72 kN/m2 8. 有一个宽度为3m的条形基础，在基底平面上作出用着中心荷载F=240kN/m及力矩M=100kN?m/m 。 试问压力较小一侧基础边的底面与地基之间会不会脱开？ A (A) p min>0 (B) p min=0 (C) 脱开 9. 地下水位突然从基础底面处下降3m，试问对土中的应力有何影响？ c (A) 没有影响(B) 应力减小(C) 应力增加 10. 甲乙两个基础的l/b相同，且基底平均附加压力相同，但它们的宽度不同，b甲>b乙，基底下3m深

土中基底应力与附加应力计算[详细]

土中应力计算 1 土中自重应力 地基中的 应力分: 自重应力——地基中的 自重应力是指由土体本身的 有效重力产生的 应力. 附加应力——由建筑物荷载在地基土体中产生的 应力,在附加应力的 作用下,地基土将产生压缩变形,引起基础沉降. 计算土中应力时所用的 假定条件: 假定地基土为连续、匀质、各向同性的 半无限弹性体、按弹性理论计算. 地基中除有作用于水平面上的 竖向自重应力外,在竖直面上还作用有水平向的 侧向自重应力.由于沿任一水平面上均匀地无限分布,所以地基土在自重作用下只能产生竖向变形,而不能有侧向变形和剪切变形. 3.1.1均质土的 自重应力 a 、假定: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. b 、均质土层Z 深度处单位面积上的 自重应力为: 应力图形为直线形. z cz γσ= σcz 随深度成正比例增加;沿水平面则为均匀分布. 必须指出,只有通过土粒接 触点传递的 粒间应力,才能使土

粒彼此挤紧,从而引起土体的 变形,而且粒间应力又是影响土体强度的 —个重要因素,所以粒间应力又称为有效应力.因此,土中自重应力可定义为土自身有效重力在土体中引起的 应力.土中竖向和侧向的 自重应力一般均指有效自重应力.并用符号σcz 表示 . 3.1.2成层土的 自重应力 地基土往往是成层的 ,成层土自重应力的 计算公式:∑== n i i i cz z 1 γ σ 结论:土的 自重应力随深度Z ↑而↑.其应力图形为折线形. 自然界中的 天然土层,一般形成至今已有很长的 地质年代,它在自重作用下的 变形早巳稳定.但对于近期沉积或堆积的 土层,应考虑它在自重应力作用下的 变形.此外,地下水位的 升降会引起土中自重应力的 变化(图2—4). 3.1.3 1、地下水对自重应力的 影响 地下水位以下的 土,受到水的 浮力作用,使土的 重度减轻.计算时采用水下土的 重度(w sat γγγ-=') 2、不透水层的 影响

第二章土体应力计算

第二章 土体应力计算 2-1如图所示为某地基剖面图，各土层的重度及地下水位如图，试求土的自重应力并绘出应力分布图。 习题2-1附图 2-2如图所示为一矩形基础，埋深1m，上部结构传至设计地面标高处的荷载为P=2106 kN，荷载为单偏心，偏心距e=0.3m。试求基底中心点O，边点A和B下4m深处的竖向附加应力。 习题 2-2附图 2-3甲乙两个基础，它们的尺寸和相对位置，及每个基础下的基底净压力均示于下图中，试求甲基础O点下2m深处的竖向附加应力。 200kPa200kPa 100kPa 习题2-3附图

2-4 某挡土墙建于图示地基上，埋深2m ，尺寸如图所示。墙受上部竖向荷载和墙身自重为F v =1000 kN/m ，其作用位置距墙前趾A 点为3.83m ；墙背受有总水平推力F h =350 kN/m ，其作用点距墙底为3.5m 。（不计墙后填土影响）试求： （1）M ，N 点的竖向自重应力； （2）M ，N 点处的竖向附加应力。 习题 2-4附图 2-5 某矩形基础长度分别3m 和2m ，基础剖面和地基条件如图所示。试求基础中点O 及其以下点M 和N 的自重应力、竖向附加应力以及静孔隙水应力。 习题 2-5附图 2-6 粉质粘土层下部有承压水，测压管水位高出地下水位1.5m ，形成向上的稳定渗流，现在地表突 然加无限均布荷载p=40kPa ，试按图所示数据计算施加p 后瞬间（t=0），A 点的垂直有效应力' z σ。 习题 2-6附图

2-7 试绘出下图所示两种情况下土中总应力、有效应力及孔隙水压力分布图。 习题 2-7附图 2-8 绘出下图所示自重应力分布图及作用在基岩层面处的水土总压力。 3 习题 2-8附图 2-9 从钻孔中获得下列资料：0～-3m ，细砂，饱和密度ρsat =1.92 t/m 3；-3～-7m ，粘土，饱和密度ρsat =2 t/m 3，7.0m 以下为中砂。试计算和绘制自重应力随深度的变化图。 （地下水位在地面±0.00处） 2-10 已知某均布受荷面积如图所示，求深度10m 处A 点与O 点的竖向附加应力比值。 (用符号表示 ) 习题 2-10附图

土中应力的计算

第2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、99.8kPa B、109.8kPa C、111kPa D、109.2kPa 3、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/m2 B、73 KN/m2 C、88 KN/m2 5、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、0.5m B、0.57m C、0.67m 6、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、σ z ≠0、σ x ≠0、τ xz ≠0 B、σ z ≠0、σ x ≠0、τ xz =0 C、σ z ≠0、σ x =0、τ xz =0 8、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

地基应力计算

根据标准贯入试验锤击数测定各类砂的地基承载力（公斤/平方厘米），一般为： ①当击数大于30时，密实的砾砂、粗砂、中砂（孔隙比均小于0.60）为4公斤/ 平方厘米； ②当击数小于或等于30而大于15时，中密的砾砂、粗砂、中砂（孔隙比均大于 0.60而小于0.75）为3公斤/平方厘米，细砂、粉砂（孔隙比均大于0.70而小于0.85）为 1.5—2公斤/平方厘米； ③当击数小于或等于15而大于或等于10时，稍密的砾砂、粗砂、中砂（孔隙比均大于0.75而小于0.85）为2，细砂、粉砂（孔隙比均大于0.85而小于0.95）为1—1.5。对于老粘土和一般粘性土的容许承载力，当锤击数分别为3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23时，则其相应的容许承载力分别为1.2、1.6、2.0、2.4、2.8、3.2、3.6、4.2、 5.0、5.8、 6.6公斤/平方厘米。 第三章地基应力计算 第一节概述 建（构）筑物的建造使地基土中原有的应力状态发生了变化，如同其它材料一样，地基土受力后也要产生应力和变形。在地基土层上建造建（构）筑物，基础将建（构）筑物的荷载传递给地基，使地基中原有的应力状态发生变化，从而引起地基变形，其垂向变形即为沉降。如果地基应力变化引起的变形量在建（构）筑物容许范围以内，则不致对建（构）筑物的使用和安全造成危害；但是，当外荷载在地基土中引起过大的应力时，过大的地基变形会使建（构）筑物产生过量的沉降，影响建（构）筑物的正常使用，甚至可以使土体发生整体破坏而失去稳定。因此，研究地基土中应力的分布规律是研究地基和土工建（构）筑物变形和稳定问题的理论依据，它是地基基础设计中的一个十分重要的问题。 地基中的应力按其产生的原因不同，可分为自重应力和附加应力。二者合起来构成土体中的总应力。由土的自重在地基内所产生的应力称为自重应力；由建筑物的荷载或其它外荷载(如车辆、堆放在地面的材料重量等)在地基内所产生的应力称为附加应力。因地震而引起的惯性力也属于外荷载的范围。对于形成年代比较久远的土，在自重应力的长期作用下，其变形已经稳定，因此，除了新填土外，一般来说，土的自重不再会引起地基土的变形。而附加应力则不同，因为它是地基中新增加的应力，将引起地基土的变形。地基土的变形导致基础沉降、倾斜和相邻基础出现沉降差。所以，附加应力是引起地基土变形的主 40

地基应力计算

第三章地基应力计算 第一节概述 建（构）筑物的建造使地基土中原有的应力状态发生了变化，如同其它材料一样，地基土受力后也要产生应力和变形。在地基土层上建造建（构）筑物，基础将建（构）筑物的荷载传递给地基，使地基中原有的应力状态发生变化，从而引起地基变形，其垂向变形即为沉降。如果地基应力变化引起的变形量在建（构）筑物容许范围以内，则不致对建（构）筑物的使用和安全造成危害；但是，当外荷载在地基土中引起过大的应力时，过大的地基变形会使建（构）筑物产生过量的沉降，影响建（构）筑物的正常使用，甚至可以使土体发生整体破坏而失去稳定。因此，研究地基土中应力的分布规律是研究地基和土工建（构）筑物变形和稳定问题的理论依据，它是地基基础设计中的一个十分重要的问题。 地基中的应力按其产生的原因不同，可分为自重应力和附加应力。二者合起来构成土体中的总应力。由土的自重在地基内所产生的应力称为自重应力；由建筑物的荷载或其它外荷载(如车辆、堆放在地面的材料重量等)在地基内所产生的应力称为附加应力。因地震而引起的惯性力也属于外荷载的范围。对于形成年代比较久远的土，在自重应力的长期作用下，其变形已经稳定，因此，除了新填土外，一般来说，土的自重不再会引起地基土的变形。而附加应力则不同，因为它是地基中新增加的应力，将引起地基土的变形。地基土的变形导致基础沉降、倾斜和相邻基础出现沉降差。所以，附加应力是引起地基土变形的主要原因。除上述二种应力外，地基土中水的渗流引起的渗透力也是土中的一种应力。当然，环境条件的改变也会引起土中应力的变化。本章重点介绍自重应力和附加应力的计算方法，反映土中应力特点的有效应力原理以及土中应力变化的描述方法，即应力路径等内容。 根据土样的单轴压缩试验资料，当应力很大时,土的应力~应变关系就不是一条直线了，即土的变形是非线性的。然而，考虑到一般建筑物荷载作用下地基中应力的变化范围(应力增量)还不太大，如果用一条割线来近似地代替相应的曲线，其误差可能不超过实用的允许范围。这样，我们就可以把土看成是一种线性变形体，即土为线弹性体。 求解土中应力的方法有很多，本章只介绍目前生产实践中使用最多的古典弹性力学方法。利用弹性力学方法求解土中应力会遇到一些专用名词，下面先加以介绍： 一、理想弹性体 从力学的概念来讲，理想弹性体就是符合虎克定律的物体，即物体受荷载作用时，其应力与应变成直线关系，卸荷时仍沿此直线回弹，如图3-1中的(a)、(b)为弹性体模型。 二、无限大平面与半无限空间 向两边无限延伸的平面称为为无限大平面；无限大平面以下的无限空间称半无限空间，40