基底压力的分布规律

当基础为理想柔性基础时(即基础的抗弯刚度EI→0),基础随着地基一起变形,中部沉降大,两边沉降小,其压力分布与荷载分布相同,如图3-5(a)所示,如果要使柔性基础的各点沉降相同,则需要作用在基础上的荷载是两边大而中部小。对于路基、坝基及薄板基础等,其刚度很小,可近似地看成是理想柔性基础。当基础为绝对刚性基础时(即抗弯刚度无限大),基底在受到荷载作用后仍保持平面,各点的沉降量相同,基底的压力分布是两边大而中部小,如图3-5(b)所示。

图3-5　基底压力分布
(a)柔性基础的压力分布;(b)刚性基础的压力分布

介于柔性基础与绝对刚性基础之间而具有较大抗弯刚度的刚性基础(如块式整体基础、素混凝土基础)本身刚度较大,受荷后基础不出现挠曲变形。由于地基与基础的变形必须协调一致,因此,在调整基底沉降使之趋于均匀的同时,基底压力发生了重新分布。理论与实测表明,当荷载较小,又中心受压时,基底压力为马鞍形分布,中间小而边缘大,如图3-6(a)所示。当上部荷载加大,由于基础边缘压力很大,使基础边缘土中产生塑性变形区,边缘应力不再增大,而中心部分的压力继续增大,基底压力重新分布而呈抛物线形分布,如图3-6(b)所示。当荷载继续增加接近地基的极限荷载时,基底压力又变成中部凸出的钟形分布,如图3-6(c)所示。

图3-6　刚性基础基底压力分布图
(a)马鞍形分布;(b)抛物线形分布;(c)钟形分布

从上面的分析可以看出,对于柔性基础在中心荷载作用下,基底压力一般是直线分布。而对于刚性基础,基底压力一般是曲线分布,但是根据圣维南原理,在总荷载保持定值的前提下,基底压力分布的形状对土中附加应力的影响仅仅局限在较浅的土中,在超过一定深度后(1.5～2.0倍基础宽度),影响则不显著。所以,当基础尺寸不太大时,在实用上可以采用简化的计算方法,即假设基底压力分布的形状是直线变化的,则可以利用材料力学的公式进行简化计算。