有效应力原理

有效应力原理有效应力’：A土体是由固体颗粒和孔隙水及空气组成的三相集合体。外荷在土体中产生的应力是通过颗粒间的接触来传递的。由颗粒间的点接触传递的应力会使土的颗粒产生变形，引起土体的变形和强度的变化，这种对土体变形和强度有效的粒间应力就称为有效应力’。•由于孔隙水在土中一点的各方向产生的压力相等，它只能压缩土颗粒本身而不能使土颗粒产生位移，而土粒本身的压缩量是可以忽略不计的（当压力值达到600kpa时，土颗粒体积压缩5％），所以不能直接引起土体变形和强度变化的孔隙水压力又称为中性压力。•如果土体中的孔隙是互相连通而又充满水，则孔隙中的水服从静水压力分布规律，这种由孔隙水传递的应力就称为孔隙水压力U。孔隙水压力UaaAA：Aw：As：土单元的断面积颗粒接触点的面积孔隙水的断面积a-a断面通过土颗粒的接触点wSAAAu：孔隙水压力•总应力等于该土体单元面积以上土、水自重和所施加的所有外荷之和总应力uAAAPwsvPSPSVaaAPSa-a断面通过土颗粒的接触点有效应力σ’u'wsvAuPAwSAAAu：孔隙水压力1AAw（As≤0.03）u'有效应力计算sat(1)静水条件地下水位2sat1HHH1H2σ’=σ-uu=γwH2u=γwH2σ’=σ-u=γwH1+γsatH2-γw(H1+H2)=(γsat-γw)H2=γ’H2σ’与地面以上水位H1无关，与地下水位H2有关。地下水位变化对有效应力的影响sat毛细饱和区HwhchthtsathHwwtsathhHwwhcwhcwhH总应力孔隙水压力有效应力＝－+-毛细水上升时土中有效应力计算具体计算结果见教材P71表3.3.1HΔh砂层，承压水粘土层γsatHΔh砂层，排水γsat向上渗流向下渗流土中水渗流时有效应力计算HsatA)hH(uw)hH(HuwsatHΔh砂层，承压水粘土层γsathHwhHw渗透压力:hw，就会发生流土只要满足条件称为临界水力坡降。式中：即为发生流土和管涌。条件，，则土层处于悬浮状态当向上渗流时，若crcrwcrwiiiHhiHhhH-w00向上渗流HsatA)hH(uw)hH(HuwsathHwhHw渗流压密渗透压力:hw向下渗流:HΔh砂层，排水γsat地下水位下降，会在土层中产生朝下的渗流，从而使有效应力增加，导致土层发生压密变形，称为渗流压密。这是引起地面沉降的又一个原因。向下渗流具体计算结果见教材P72表3.3.2基底压力与基底附加压力的计算基底压力：基础底面传递给地基表面的压力，也称基底接触压力。基底压力附加应力地基沉降变形基底反力基础结构的外荷载上部结构的自重及各种荷载都是通过基础传到地基中的影响因素计算方法分布规律上部结构基础地基建筑物设计概述基底压力基础条件•刚度•形状•大小•埋深•大小、方向、分布•土类、密度、土层结构等荷载条件地基条件基底压力的影响因素基础抗弯刚度EI=0→M=0；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，若不同将会产生弯矩。条形基础，竖直均布荷载基底压力分布特征抗弯刚度EI=∞→M≠0；反证法:假设基底压力与荷载分布相同，则地基变形与柔性基础情况必然一致；分布:中间小,两端无穷大。弹性地基，绝对刚性基础条形基础，竖直均布荷载基底压力分布特征弹塑性地基，有限刚度基础—荷载较小—荷载较大砂性土地基粘性土地基—接近弹性解—马鞍型—抛物线型—倒钟型基底压力分布特征根据圣维南原理，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。基底压力分布形式十分复杂简化计算方法：假定基底压力按直线分布基础尺寸较小荷载不是很大基底压力简化计算db(a)p(b)bp室内设计地面室外设计地面+0.00FG+0.00FGdAGFANp矩形面积中心荷载exyBLeeexy,0当BeANBBLBeNANIxMANpyy612))2(3(2minmaxyyxxIxMIyMANyxp),(LeANpeeexy610,minmax当矩形面积单向偏心荷载eL/6:小偏心e=L/6:LeANp61minmaxmaxp0pmin0pminmaxpexyLB梯形三角形矩形面积单向偏心荷载eL/6:大偏心LeANp61minmax0pminmaxp高耸结构物下可能出现的基底压力基底压力合力与总荷载相等土不能承受拉力压力调整exyLB出现拉应力区3K)2(3232maxeLBNKBNpeLK2maxpNBpKmax321矩形面积单向偏心荷载BeNNNvNh倾斜偏心荷载分解为竖直向和水平向荷载，水平荷载引起的基底水平应力视为均匀分布。BeBNp61minmax（长度上取一延米计算）NNvNh条形基础竖直偏心荷载小结•1、基底压力：是建筑物荷载通过基础传给地基的压力，也是地基作用于基础底面的反力。•2、影响基底压力分布特性的因素：•基础刚度、平面形状、尺寸大小、埋置深度、上部荷载的分布、地基土特性•3、基底压力简化计算依据：圣维南原理BLNBNBNBLNBNBNpANpyyxxIxMIyMANyxp),(IMxBNxp)(hvNNN荷载条件竖直中心竖直偏心倾斜偏心基础形状矩形条形BLNoxyhvPPP基础形状与荷载条件的组合基底附加压力-0dpp基底压力基底附加压力地基中各点附加压力上部荷载F基础自重G由于工程建筑活动或其它原因，使基底处额外增加的压力niiiniidhh11dPPd0-0dpp基底附加压力1、地下水位下的密度取有效密度；2、基础埋深d，从设计地面或室内外平均设计地面算起，对于新填土场地则从老天然地面算起；3、对多层地基，取加权指标计算。