土中應(yīng)力應(yīng)力區(qū)

根據(jù)不同的計算需要，應(yīng)力區(qū)分為總應(yīng)力和有效應(yīng)力。土中應(yīng)力是評價土體變形和穩(wěn)定性的必備資料。

土中應(yīng)力是指由于土體自重或荷載及其他原因，在土體中引起的單位面積上的作用力。對于地基。一般包括由覆蓋土層引起的自重應(yīng)力和由地面荷載引起的附加應(yīng)力。

地基垂直應(yīng)力分在的規(guī)律如下：

①沿集中荷載作用線，應(yīng)力逐新衰減。

②在地層內(nèi)任一水平面上，應(yīng)力呈鐘形分布，最大值在荷載作用線上。

③連接地基內(nèi)z3/R3×R2等于某常量的點，得許多卵形線圈，稱壓力泡。

布森涅斯克解答還包括一點的水平應(yīng)力和剪應(yīng)力分量。由應(yīng)力基本解答可知，土中水平應(yīng)力分量還受土的泊松比的影響。另外，當(dāng)?shù)鼗翆佑蓮椥阅Ａ拷厝徊煌膬蓚€分層構(gòu)成時，如果上層的彈性模量大，則上層中的應(yīng)力將比按均質(zhì)土層算得的大，即產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象；反之將比按均質(zhì)土層算得的小，即出現(xiàn)應(yīng)力擴散現(xiàn)象。

實際工程中，常需要計算不同荷載截面形狀和不同荷載分布條件下地基中各點的應(yīng)力。這時，可將荷截面分成多個分塊，將分塊范圍內(nèi)的荷載合力視為集中荷載，然后按上述方法分別求各分荷載對同一點的應(yīng)力，再予以疊加。對于某些形狀規(guī)則的荷載面(矩形、圓形、條形等）和荷載分布呈直線的情況，可以用積分法代替上述疊加法，這些結(jié)果已有現(xiàn)成的應(yīng)力表或應(yīng)力圖可查 。2100433B

由建筑物荷重在地基中引起的應(yīng)力。能使地基土層發(fā)生壓縮而引起地基沉降,甚至使整個地基發(fā)生滑動。其大小與建筑物的荷重、基礎(chǔ)尺寸、類型、砌置深度及土層結(jié)構(gòu)等有關(guān)。

由建筑物荷重在地基中引起的應(yīng)力。能使地基土層發(fā)生壓縮而引起地基沉降,甚至使整個地基發(fā)生滑動。其大小與建筑物的荷重、基礎(chǔ)尺寸、類型、砌置深度及土層結(jié)構(gòu)等有關(guān)。2100433B

中性應(yīng)力和有效應(yīng)力

土是一種以固體顆粒為骨架的有孔物質(zhì)，孔隙中部分地或全部充滿著水，水不能承受剪應(yīng)力，但能承受正應(yīng)力，所以飽和土體中某平面上由荷載引起的剪應(yīng)力只能由土骨架承受，而正應(yīng)力則可能由土骨架和孔隙水共同承受。由于正應(yīng)力中由孔隙水傳遞的那一部分只能對土粒四周或不透水邊界加壓，并不能使土骨架受力和產(chǎn)生體積壓縮，也不直接影響土的抗剪強度，土的壓縮和強度實際上是受土骨架傳遞的那一部分正應(yīng)力所控制，所以土力學(xué)中常將由孔隙水傳遞的正應(yīng)力部分，稱為中性應(yīng)力(u),而將由土骨架傳遞的正應(yīng)力部分，稱為有效應(yīng)力(σ′),兩者的代數(shù)和稱總應(yīng)力（σ）。為了確定實際控制土的力學(xué)效應(yīng)的有效應(yīng)力，需先確定被考慮平面上的總應(yīng)力，然后按照該平面上孔隙水的受力條件確定中性應(yīng)力（包括靜水壓力和可引起水流動的超靜水壓力）， 有效應(yīng)力就可用代數(shù)式σ′=σ-u計算。

自重應(yīng)力和初始應(yīng)力

在研究自重應(yīng)力時，通常把天然地面下的土體理想化成為一個以水平面為邊界的、水平向均質(zhì)同性的半空間體，土層分界面也被假定成水平面。這樣的土體在水平面和垂直平面上都不會由于自重產(chǎn)生剪應(yīng)力,所以這些面都是主平面,它的自重應(yīng)力狀態(tài)就可用三個主應(yīng)力表示（見圖）。對正常壓密的土層，距地面深度h處的垂直總應(yīng)力為σ1=∑γihi，式中hi和γi分別為第i層土的厚度和容量。與σ1相應(yīng)的有效應(yīng)力σí=σ－u。當(dāng)孔隙水處于或接近于靜止狀態(tài)時，在地下水位處u=0；在地下水位以下某一深度z處u=γwz;在地下水位以上的毛細水飽和區(qū)中的某一高度z′處u=－γwz′，式中γw為孔隙水容重。 距地面h深度處的水平有效應(yīng)力則可表為σ姟=σ岉=K0σí,式中K0為計算點所在土層的靜止側(cè)壓力系數(shù)，可通過試驗或按經(jīng)驗公式估計，其值一般小于 1。如果現(xiàn)地面是經(jīng)過地質(zhì)剝蝕后遺留下來的，或者所考慮的土層曾受過其他的超壓密作用,則K0可能大于1。這樣求得的σ1、σ2和σ3就代表天然土層中一點的應(yīng)力狀態(tài)。

應(yīng)變關(guān)系　土的變形和強度是土的最重要的工程性質(zhì)。60年代以前，在工程上通常分別確定土的變形和強度指標，不考慮強度與變形間的相互影響。因為土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是非線性的并具有彈塑性、 甚至粘彈塑性特征，而當(dāng)時的計算技術(shù)，尚無法進行分析。隨著計算機和數(shù)值分析法的普及,已可能把土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系納入土工建筑物的分析計算中。正常固結(jié)粘土和松砂的剪應(yīng)力和軸向應(yīng)變的曲線呈雙曲線型，在整個剪切過程中，土的體積發(fā)生收縮，這類土具有應(yīng)變硬化的特性。 超固結(jié)粘土和密實砂的應(yīng)力-應(yīng)變曲線則有峰值，其后應(yīng)變再增大時,則土的強度下降,最后達穩(wěn)定值。剪切過程中,土的體積先有輕微壓縮,隨后即不斷膨脹，這類土具有應(yīng)變軟化的特征。為了使用數(shù)學(xué)方程描述各類土的應(yīng)力-應(yīng)變特性,現(xiàn)已有各種非線性彈性、彈塑性和粘彈塑性模型。利用這些模型和數(shù)值分析法，可以分析一些復(fù)雜邊界條件和不均質(zhì)土體的變形和穩(wěn)定問題。但是這些模型中所對應(yīng)的土的參數(shù),目前尚難正確測定,土體的原始應(yīng)力狀態(tài)也難確定，因而還難于在工程中普遍應(yīng)用。