土力学(第3版)

作者简介

张丙印(1963— )，清华大学水利水电工程系教授，博士生导师，国家级本科生精品课“土力学”课程负责人，主要从事土的本构特性、土工数值模拟计算方法和高土石坝工程等方面的研究工作。

内容简介

第 3 章土体中的应力计算 3.1概述 在地基土层上建造建筑物，建筑物的荷载将通过其 基础传递给地基，使地基土中的原有应力状态发生变化 ，引起地基土的变形，使建筑物发生沉降。如果土体变 形引起的沉降在允许范围内，则不致影响建筑物的正常 使用及安全； 当外荷载引起的土中应力过大时，会使 建筑物发生不允许的沉降，甚至会使土体发生整体失稳 。因此进行土体中应力的计算是建筑物地基基础和土工 构筑物的变形及稳定分析的重要依据。 土体中的应力，就其产生的原因主要有两种： 由 土体自重引起的自重应力和由各种外部作用引起的附加 应力。所谓外部作用主要是建筑物荷载的作用，此外像 开挖基坑、地面堆载、地震等作用也会产生附加应力； 地基土干湿冷热 等作用的变化引起的土体中应力变化也属于附加应 力 图31半无限空间体 ，如渗透力、冻胀力和膨胀力等。 计算地基应力时，通常将地基当作半无限空间弹性 体来考虑，即把地基简化为—个具有水平界面、深度和 广度都无限大的空间弹性体(图31)。常见的地基中的 应力状态有如下4种类型。 1. 三维应力状态(空间应力状态) 在局部荷载作用下，地基中产生的应力状态多属于 三维应力状态。三维应力状态是建筑物地基中最普遍的 一种应力状态，例如单独柱基础下，地基中各点应力就 是典型的三维空间应力状态(图32)。这时，每一点的 应力都是三个坐标x、y、z的函数，每—点的应力状态 都可用9个应力分量(其中独立的有6个)来表示。写成矩 阵形式则为 σij=σxτxyτxz τyxσyτyz τzxτzyσz 图32地基中的三维应力状态 在弹性力学中，规定应力以拉为正，这样在直角坐 标系中，在其正面(即外法线方向与坐标方向一致的面) 上，与坐标方向相同的正应力和剪应力均为正； 在负 面上与坐标方向相反的正应力和剪应力为正。 在土力学中，由于土体的抗拉强度极低，其极限拉 应变也很小。为了方便，一般规定应力应变以压为正。 这样就成为其正面上正应力和剪应力与坐标反向为正， 负面上则相反，另外通常以竖向坐标z向下为正，这样 便于反映地面以下的地基为半无限空间，向下的自重应 力与地面荷载表示也更方便； 直角坐标系仍然遵循右 手法则，见图32。应变与应力的正负号相对应，则弹 性力学中的计算公式都无须变化，可直接引进到土力学 中。 本书采用最新规范、结合作者最新教学和研究成果编写而成，为适应目前高校学时要求，突出土力学的基本概念和基本要求，将一些更深层次的内容与正文分开编写，放在附录中，以备教师、学生与读者自学和查阅时参考。同时，本书还配套了线上课程资源，教学大纲，教学视频，教学课件，习题解答，在线答题，在线解疑等，更具新时代特色，满足教师教学及学生自学使用。