土中应力简介

土中应力是指由于土体自重或荷载及其他原因，在土体中引起的单位面积上的作用力。对于地基。一般包括由覆盖土层引起的自重应力和由地面荷载引起的附加应力。

根据不同的计算需要，应力区分为总应力和有效应力。土中应力是评价土体变形和稳定性的必备资料。

地基垂直应力分在的规律如下：

①沿集中荷载作用线，应力逐新衰减。

②在地层内任一水平面上，应力呈钟形分布，最大值在荷载作用线上。

③连接地基内z³/R³×R²等于某常量的点，得许多卵形线圈，称压力泡。

布森涅斯克解答还包括一点的水平应力和剪应力分量。由应力基本解答可知，土中水平应力分量还受土的泊松比的影响。另外，当地基土层由弹性模量截然不同的两个分层构成时，如果上层的弹性模量大，则上层中的应力将比按均质土层算得的大，即产生应力集中现象；反之将比按均质土层算得的小，即出现应力扩散现象。

实际工程中，常需要计算不同荷载截面形状和不同荷载分布条件下地基中各点的应力。这时，可将荷截面分成多个分块，将分块范围内的荷载合力视为集中荷载，然后按上述方法分别求各分荷载对同一点的应力，再予以叠加。对于某些形状规则的荷载面(矩形、圆形、条形等）和荷载分布呈直线的情况，可以用积分法代替上述叠加法，这些结果已有现成的应力表或应力图可查 。2100433B

由建筑物荷重在地基中引起的应力。能使地基土层发生压缩而引起地基沉降,甚至使整个地基发生滑动。其大小与建筑物的荷重、基础尺寸、类型、砌置深度及土层结构等有关。

由建筑物荷重在地基中引起的应力。能使地基土层发生压缩而引起地基沉降,甚至使整个地基发生滑动。其大小与建筑物的荷重、基础尺寸、类型、砌置深度及土层结构等有关。2100433B

中性应力和有效应力

土是一种以固体颗粒为骨架的有孔物质，孔隙中部分地或全部充满着水，水不能承受剪应力，但能承受正应力，所以饱和土体中某平面上由荷载引起的剪应力只能由土骨架承受，而正应力则可能由土骨架和孔隙水共同承受。由于正应力中由孔隙水传递的那一部分只能对土粒四周或不透水边界加压，并不能使土骨架受力和产生体积压缩，也不直接影响土的抗剪强度，土的压缩和强度实际上是受土骨架传递的那一部分正应力所控制，所以土力学中常将由孔隙水传递的正应力部分，称为中性应力(u),而将由土骨架传递的正应力部分，称为有效应力(σ′),两者的代数和称总应力（σ）。为了确定实际控制土的力学效应的有效应力，需先确定被考虑平面上的总应力，然后按照该平面上孔隙水的受力条件确定中性应力（包括静水压力和可引起水流动的超静水压力）， 有效应力就可用代数式σ′=σ-u计算。

自重应力和初始应力

在研究自重应力时，通常把天然地面下的土体理想化成为一个以水平面为边界的、水平向均质同性的半空间体，土层分界面也被假定成水平面。这样的土体在水平面和垂直平面上都不会由于自重产生剪应力,所以这些面都是主平面,它的自重应力状态就可用三个主应力表示（见图）。对正常压密的土层，距地面深度h处的垂直总应力为σ1=∑γihi，式中hi和γi分别为第i层土的厚度和容量。与σ1相应的有效应力σí=σ－u。当孔隙水处于或接近于静止状态时，在地下水位处u=0；在地下水位以下某一深度z处u=γwz;在地下水位以上的毛细水饱和区中的某一高度z′处u=－γwz′，式中γw为孔隙水容重。 距地面h深度处的水平有效应力则可表为σ姟=σ岉=K0σí,式中K0为计算点所在土层的静止侧压力系数，可通过试验或按经验公式估计，其值一般小于 1。如果现地面是经过地质剥蚀后遗留下来的，或者所考虑的土层曾受过其他的超压密作用,则K0可能大于1。这样求得的σ1、σ2和σ3就代表天然土层中一点的应力状态。

应变关系　土的变形和强度是土的最重要的工程性质。60年代以前，在工程上通常分别确定土的变形和强度指标，不考虑强度与变形间的相互影响。因为土的应力-应变关系是非线性的并具有弹塑性、 甚至粘弹塑性特征，而当时的计算技术，尚无法进行分析。随着计算机和数值分析法的普及,已可能把土的应力-应变关系纳入土工建筑物的分析计算中。正常固结粘土和松砂的剪应力和轴向应变的曲线呈双曲线型，在整个剪切过程中，土的体积发生收缩，这类土具有应变硬化的特性。 超固结粘土和密实砂的应力-应变曲线则有峰值，其后应变再增大时,则土的强度下降,最后达稳定值。剪切过程中,土的体积先有轻微压缩,随后即不断膨胀，这类土具有应变软化的特征。为了使用数学方程描述各类土的应力-应变特性,现已有各种非线性弹性、弹塑性和粘弹塑性模型。利用这些模型和数值分析法，可以分析一些复杂边界条件和不均质土体的变形和稳定问题。但是这些模型中所对应的土的参数,目前尚难正确测定,土体的原始应力状态也难确定，因而还难于在工程中普遍应用。