山东水利职业学院教案 (7).doc

山东水利职业学院教案首页 授 课 学 时 2 授课班级 课 题 名 称 8.1 土的自重应力 8.2 基底压力 教学目的要求 了解自重应力概念，基底压力的概念、基底压力分布；理解地下水的升降对自重应力的影响；掌握垂直自重应力的计算，中心荷载基底压力的计算，偏心荷载基底压力计算，基底附加应力的计算。 教学重点及难点 垂直自重应力的计算，中心荷载基底压力的计算，偏心荷载基底压力计算，基底附加应力的计算。 教学程序设计 次序 内 容 计划时间 土中应力及地基变形计算 第8章 8.1 土中自重应力 8.1.1 均质土中的自重应力 8.1.2 成层土或有地下水时的自重应力 8.1.3 地下水位升降时的土中自重应力 8.2 基底压力 8.2.1 基本概念 8.2.2 基底压力的简化计算 1. 中心荷载下的基底压力 2. 偏心荷载下的基底压力 8.2.3 基底附加压力 作业及思考题 1. 何谓自重应力与基底附加应力其分布规律和计算方法有何不同 2. 地下水位升降及地表填土对土中自重应力有何影响 3. 某建筑场地的地质剖面如右图所示，试计算各土层界面及地下水位面处的自重应力，并绘制自重应力曲线。 8.1 土的自重应力 土中应力按其成因分为自重应力和附加应力。 土中的自重应力土体由自身重力作用所产生的应力。 土中的附加应力受外荷载作用下附加产生的应力增量。是引起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。 8.1.1 均质土中的自重应力 单层土的自重应力在深度z处平面上，土体因自身重力产生的竖向应力σcz（称竖向自重应力）等于单位面积上土柱体的重力W，在深度z处土的自重应力为 自重应力随深度z线性增加，呈三角形分布图形。 8.1.2 成层土或有地下水时的自重应力 成层土的自重应力沿深度呈折线分布，转折点位于γ值发生变化的土层界面上。 地下水的作用当计算地下水位以下土的自重应力时，应根据土的性质确定是否需要考虑水的浮力作用。通常认为水下的砂性土是应该考虑浮力作用的。有不透水层时当地基中存在隔水层时，隔水层面以下土的自重应考虑其上的静水压力作用。 8.1.3 地下水位升降时的土中自重应力 地下水升降，使地基土中自重应力也相应发生变化。地下水位下降，使地基中自重应力增加，引起沉降；地下水位长期上升，会引起地基承载力减小，湿陷性土的塌陷现象等。 例题8-1。 8.2 基底压力 8.2.1 基本概念 基底压力的概念建筑物荷载通过基础传递给地基的压力。 基底压力的分布规律基底压力分布受相对刚度、地基土的性质、基础大小、形状和埋深、作用在基础上的荷载大小、分布和性质的影响。绝对柔性的基础与绝对刚性的基础区别，具有一定刚度的基础分布不一样。 8.2.2 基底压力的简化计算 1. 中心荷载下的基底压力 受竖向中心荷载下的基础，其所受荷载的合力通过基底形心。基底压力假定为均匀分布，此时基底平均压力设计值按下式计算 2. 偏心荷载下的基底压力 对于单向偏心荷载下的矩形基础，设计时通常基底长边方向取与偏心方向一致，此时两短边边缘最大压力设计值与最小压力设计值计算需要讨论e和L的关系。 8.2.3 基底附加压力 实际上，一般浅基础总是埋置在天然地面下一定深度处，该处原有的自重应力由于开挖基坑而卸除。因此，由建筑物建造后的基底压力中扣除基底标高处原有的土中自重应力后，才是基底平面处新增加于地基的基底附加压力，基底平均附加压力值按下式计算 注意偏心荷载作用下基底附加压力的分布。 山东水利职业学院教案首页 授 课 学 时 2 授课班级 课 题 名 称 8.3 地基中的附加应力 教学目的要求 了解地基附加应力的概念；理解地基附加应力计算的原理及方法；掌握集中力作用下附加应力的计算，矩形基础条形基础均布荷载作用下和三角形荷载作用下附加应力的计算。 教学重点及难点 重点矩形基础、条形基础均布荷载作用和三角形荷载作用下附加应力计算； 难点集中力作用下附加应力的计算，矩形基础条形基础均布荷载作用下和三角形荷载作用下附加应力的计算。 教学程序设计 次序 内 容 计划时间 土中应力及地基变形计算 第8章 8.3 地基中的附加应力 8.3.1 竖向集中力作用下地基中的附加应力 8.3.2 矩形基础地基中的附加应力 1. 均布竖向荷载情况 2. 三角形分布竖向荷载情况 3. 均布水平荷载情况 4. 梯形竖向荷载及均布水平荷载情况 8.3.3 条形基础地基中的附加应力 作业及思考题 1．何谓附加应力的扩散和积聚现象 2. 以矩形面积和条形面积上垂直均布荷载作用为例，说明地基中附加应力分布规律。 8.3 地基中的附加应力 计算假定地基土体为均匀、连续、各向同性的半无限空间弹性体。 8.3.1 竖向集中力作用下地基中的附加应力 布西辛奈斯克在均匀的、各向同性的半无限弹性体表面作用一竖向集中力P时，半无限体内任意点M的应力可表示成如下形式 K土的竖向附加应力系数，是r/z的函数，可由表8-1查的。 注意附加应力扩散和积聚的概念 8.3.2 矩形基础地基中的附加应力 矩形基础通常是指l/b10（水利工程l/b5）的基础。 1. 均布竖向荷载的情况 在地基表面作用一分布于矩形面积lb上的均布荷载p，计算矩形角点下深度z处M点的竖向应力σz值，可从下式解得 矩形均布荷载任意点下的应力--角点法 矩形面积均布荷载作用下土中任意点下的附加应力计算可利用下式和叠加原理求解，此法称为角点法。 下面分三种情况说明角点法的具体应用。 ①点在荷载面内[图3-18a] （cⅠcⅡcⅢcⅣ） 如果点位于受荷面中心，则cⅠcⅡcⅢcⅣ，得，此即为利用角点法求得的均布矩形荷载面中心点下的解。此概念在下章地基沉降计算中也将用到。当然，也可直接查中点应力系数表求解矩形荷载面中点下的（此处略）。 ②点在荷载面边缘[图3-18b] cⅠcⅡ ③点在荷载面边缘外侧[图3-18c] 此时荷载面adcd可看成是由（fbg）与（fah）之差和（ecg）与（edh）之差合成的，则 cⅠ-cⅡcⅢ-cⅣ 应用角点法时要注意三点①要使角点位于所划分的每一个矩形的公共角点；②所划分的矩形面积总和应等于原有的受荷面积；③查表时，所有分块矩形都是长边为l，短边为 b。 要注意划分后的长和宽的变化 2. 三角形分布竖向荷载情况 设竖向荷载沿矩形面积一边b方向上呈三角形分布沿另一边l 方向的荷载分布不变，荷载的最大值为p0，取荷载零值边的角点1为坐标原点，三角形分布的矩形荷载角点下的竖向附加应力系数和，可查表得到。 8.3.3 条形基础中的附加应力 例题8-2 山东水利职业学院教案首页 授 课 学 时 2 授课班级 课 题 名 称 8.4 土的压缩性 教学目的要求 了解土的压缩性的概念，压缩产生的原因；理解土的压缩系数、压缩模量。 教学重点及难点 土的压缩系数和压缩模量的确定。 教学程序设计 次序 内 容 计划时间 土中应力及地基变形计算 第8章 8.4 土的压缩性 8.4.1 基本概念 8.4.2 侧限压缩试验与压缩性指标 1. 侧限压缩试验 2. 压缩性指标 8.4.3 土的受荷历史对压缩性的影响 1. 正常固结土 2. 超固结土 3. 欠固结土 作业及思考题 1. 比较土的压缩系数、压缩模量、压缩指数的区别、单位和相互关系。 2. 某饱和土样进行压缩试验，试样的原始高度为20mm，初始含水量，初始密度1.91g/cm3，土粒比重2.7l。当压力分别为100 kPa，200 kPa 时，达到压缩稳定后试样的变形量分别为0.886mm和1.617mm。1 计算试样的初始孔隙比及和相对应的孔隙比和；2 求0～100 kPa、100～200 kPa压力区间的压缩系数和压缩模量，并判断该土的压缩性。 8.4 土的压缩性 8.4.1 基本概念 压缩性地基土在外力作用下体积缩小的特性。 土体产生压缩变形的原因有以下3个方面 （1）固体颗粒的压缩； 2孔隙水和孔隙气体的压缩，孔隙气体的溶解； 3孔隙水和孔隙气体的排出。 土的固结土的压缩随时间增加的过程。 8.4.2 侧限压缩试验与压缩性指标 1. 侧限压缩试验 室内压缩试验是用压缩仪进行的。试验中由于土样受到环刀和刚性护环的限制，只能在竖直方向产生压缩变形，不能产生侧向膨胀，故称为侧限压缩试验。 压缩试验中，每级压力下相应的孔隙比为 压缩曲线ep曲线 2. 压缩性指标 （1）压缩系数曲线上任意两点割线的斜率。 工程中提出用100kPa，200kPa时相对应的压缩系数来评价土的压缩性。即 a1-2 0.1MPa-1时，低压缩性土 0.1≤a1-20.5MPa -1时，中压缩性土 a1-2 ≥0.5MPa -1时，高压缩性土 （2）压缩模量土体在完全侧限的条件下，竖向应力增量与竖向应变增量的比值。 （3）压缩指数 将曲线直线段的斜率称为土的压缩指数。即 8.4.3 土的受荷历史对压缩性的影响 超固结比的概念土层所受的前期固结压力与土层现在所受的自重应力的比值。 根据超固结比可将天然土层分为三种固结状态正常固结土（）、超固结土（）和欠固结土（）。 山东水利职业学院教案首页 授 课 学 时 2 授课班级 课 题 名 称 8.5 地基最终沉降量的计算 教学目的要求 了解地基沉降量计算方法；理解分层总和法的原理、步骤；掌握分层总和法计算地基沉降量。 教学重点及难点 分层总和法计算地基沉降量。 教学程序设计 次序 内 容 计划时间 土中应力及地基变形计算 第8章 8.5 地基最终沉降量的计算 8.5.1 分层总和法计算地基最终沉降量 1. 基本假设与公式 2. 计算所需的资料 3. 计算步骤 8.5.2 “规范法”算地基最终沉降量 作业及思考题 1.计算地基沉降量的分层总和法和规范法有何异同（试从基本假定、计算原理、土层分层的原则、附加应力的计算、沉降计算经验系数、沉降计算深度的规定等方面加以比较。） 2.某独立基础，基底面尺寸为3m2m，基础埋深1.5 m。上部中心荷载作用在基础顶面，873 kN，基础及其上填土平均重度20 kN/m3。地基表层为杂填土，17.0 kN/m3，厚度1.5 m；第二层为粉质粘土，18.0 kN/m3，4 MPa，厚度4.4 m；第三层为卵石，20 MPa，厚度6 m。已知地基承载力特征值150 kPa，试按规范法计算基础的沉降量。 8.5 地基最终沉降量的计算 地基沉降量指地基土在建筑物荷载作用下达到压缩稳定时地基表面的沉降量。目前常用的两种方法，即分层总和法和建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）推荐法。 8.5.1 分层总和法计算地基最终沉降量 1. 基本假设与公式 计算地基最终沉降量的分层总和法，通常假定地基土压缩时不允许侧向变形膨胀，即采用侧限条件下的压缩性指标，为弥补这样得到的沉降量偏小的缺陷，通常取基底中心点下的附加应力进行计算。 单一土层的地基最终沉降量计算公式 2. 计算所需的资料 3. 计算步骤 ①划分若干薄层hi≤0.4b； ②计算基底压力和基底附加压力； ③计算各分层界面处的自重应力与附加应力； ④确定沉降计算深度Zn，基础底面下某一深度处，满足一般土为附加应力等于自重应力的20（）；软土为附加应力等于自重应力的10（），此深度作为沉降计算深度的限值； ⑤计算各分层的平均自重应力与平均附加应力； ⑥在e-p曲线上查出相应的孔隙比； ⑦计算各薄层的压缩量Si和总沉降量 S。 例题8-4。 8.5.2 “规范法”计算地基最终沉降量 建筑地基基础设计规范GB50007-2002所推荐的地基最终沉降量计算方法是采用侧限条件的压缩性指标，并运用了平均附加应力系数计算；还规定了地基沉降计算深度的标准以及提出了地基的沉降计算经验系数，使得计算成果接近于实测值。 平均附加应力系数的物理意义分层总和法中地基附加应力按均质地基计算，即地基土的压缩模量Es不随深度而变化。 地基最终沉降量计算公式 地基沉降计算深度zn 当无相邻荷戴影响，基础宽度在l-30m范围内时，基础中点的地基沉降计算深度规范规定，也可按下列简化公式计算 例题8-5。