第三章土中的应力.ppt

土体在自身重力、建筑物荷载、交通荷载或其他因素(如地下水渗流、地震等)的作用下，均可产生土中应力。 土中应力将引起土体或地基的变形，使土工建筑物(如路堤、土坝等)或建筑物(如房屋、桥梁、涵洞等)发生沉降、倾斜以及水平位移。 土体或地基的变形过大时，往往会影响路堤、房屋和桥梁等的正常使用。土中应力过大时，又会导致土体的强度破坏，使土工建筑物发生土坡失稳或使建筑物地基的承载力不足而发生失稳。 因此在研究土的变形、强度及稳定性问题时，都必须把握土中应状态，土中应力的计算和分布规律是土力学的基本内容之一。 土中应力按其起因可分为自重应力和附加应力两种。 土中自重应力是指土体受到自身重力作用而产生的应力。 分为两种情况：一种是成土年代长久，土体在自重作用下已经完成压缩固结，这种自重应力不再引起土体或地基的变形；另一种是成土年代不久，例如新近沉积土(第四纪全新世近期沉积的土)、近期人工填土(包括路堤、土坝、填土垫层等)，土体在自身重力作用下尚未完成固结，因而它将引起土体或地基的变形。此外，地下水的升降，将会引起土中自重应力大小的变化，使士体发生变形(如压缩、膨胀或湿陷等)。 土中附加应力是指土体受外荷载(包括建筑物荷载、交通荷载、堤坝荷载)以及地下水渗流、地震等作用下附加产生的应力增量，它是引起土体变形或地基变形的主要原因，也是导致土体强度破坏和失稳的重要原因。 土中自重应力和附加应力的产生原因不同，因而两者计算方法不同，分布规律及对工程的影响也不同。 土中竖向自重应力和竖向附加应力也称为土中自重压力和附加压力。土中某点的自重应力与附加应力之和为土体受外荷载作用时总的应力。 土中应力按其作用原理或传递方式可分为有效应力和孔隙应力两种。 土中有效应力是指土粒所传递的粒问应力，它是控制土的体积(或变形)和强度两者变化的土中应力。 土中孔隙应力是指土中水和土中气所传递的应力，土中水传递的孔隙水应力，即孔隙水压力；土中气传递的孔隙气应力，即孔隙气压力。 土是由三相所组成的非连续介质，受力后土 粒在其接触点处出现应力集中现象，即在研究土 体内部微观受力时，必须了解土粒之间的接触应 力和土粒的相对位移；但在研究宏观土体受力时 (如地基沉降和承载力问题)，土体的尺寸远大于 土粒的尺寸，就可以把土粒和土中孔隙合在一起 从平均应力出发。现将士体简化成连续体，只考 虑土中某点单位画积上平均的应力。 研究土体或地基的应力和变形，必须从土的 应力与应变的基本关系出发。 根据土样的单轴压缩试验资料，当应力很小 时，土的应力—应变关系曲线就不是一根直线 (如图)，亦即土的变形具有明显的非线性特征。 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Δσ)还不很大，可以用一 条割线来近似地代替相应的曲线段，就可以把土看成是一个线性变形体，从而简化计算。 天然地基往往是由成层土所组成的非均质或各向异性体，但当土层性质变化不大时，视土体为均质各向同性的假设对竖向应力分布引起的误差，通常也在允许范围之内。 3.2.1 均质土中的自重力 在计算土中自重应力时，假设天然地面是半空间(无半限体)表而的无限大的水平面，在任意竖直面和水平面上均无剪应力存在。 A 线弹性体（理想弹性体）符合虎克定律的物体，即物体受力后，应力与 应变成直线关系。 B 半无限空间 C 侧限应力状态—侧向 应变为零的一种应力 状态 3.2.1 均质土中的自重力 土的天然重度为?(kN/m3)，则在天然地面下任意深度z(m)处a-a’水平面上的竖向自重应力σcz(kPa)，可取作用于该水平面任一单位面积上土柱体的自重?z计算(如图)， 即： σcz ＝ ?z (4-1) σcz 沿水平面均匀分布，且与z成正比，即 随深度按直线规律分布。 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， 侧向自重应力σcx和σcy应与σcz成比．而 剪应力均为零，即： σcx= σcy =K0σcz （4-2） ?xy= ?xy= ?xy= 0 (4-3) 3.2.1 均质土中的自重力 地基土往往是成层的，因而各层 土具有不同的重度。如地下水位位于 同一土层中，计算自重应力时，地下 水位面也应作为分层的界面。如图， 天然地面下深度z范围内各层土的厚度 自上而下分别为hl、h2、……hi、…… hn，计算出高度为z的土柱体中