Как да изчислим носещата способност на почвите

Съдържание

• Формула за носеща способност на почвата
• Методи за определяне на носещата способност на почвата
• Какво е фактор за безопасност?
• Практически изчисления на носещата способност
• Какви причини почвите да станат напрегнати?
• Класифициране на почвите по състав
• Диаграма на капацитета на почвения лагер

Най- носеща способност на почвата се дава от уравнението Q_а = Q_ф/ FS в който Q_а е допустимата носеща способност (в kN / m)² или фунт / фут²), Q_ф е крайната носеща способност (в kN / m)² или фунт / фут²) и FS е коефициентът на безопасност. Крайната носеща способност Q_ф е теоретичната граница на носещата способност.

Подобно на това, как Пизанската кула се навежда поради деформацията на почвата, инженерите използват тези изчисления, когато определят теглото на сградите и къщите. Тъй като инженери и изследователи полагат основите, те трябва да се уверят, че техните проекти са идеални за земята, която го подкрепя. Носещата способност е един метод за измерване на тази якост. Изследователите могат да изчислят носещата способност на почвата, като определят границата на контактното налягане между почвата и материала, поставен върху нея.

Тези изчисления и измервания се извършват по проекти, включващи мостови основи, подпорни стени, язовири и тръбопроводи, които минават под земята. Те разчитат на физиката на почвата, като изучават естеството на разликите, породени от водното налягане на порите на материала, залегнал в основата, и междугранулиращото ефективно напрежение между самите почвени частици. Те зависят и от механиката на течността на пространствата между почвените частици. Това се дължи на напукване, просочване и якост на срязване на самата почва.

Следващите раздели обхващат по-подробно тези изчисления и техните употреби.

Формула за носеща способност на почвата

Плитките основи включват лентови фундаменти, квадратни футове и кръгови фундаменти. Дълбочината обикновено е 3 метра и дава възможност за по-евтини, по-осъществими и по-лесно преносими резултати.

Теория на крайния носещ капацитет на Terzaghi диктува, че можете да изчислите максималната носеща способност за плитки непрекъснати основи Q_ф с Q_ф = c N_{° С} + g D N_р + 0,5 g BN_г в който ° С е сплотеността на почвата (в kN / m)² или фунт / фут²), г е ефективното единично тегло на почвата (в kN / m)³ или фунт / фут³), д е дълбочината на стъпката (в m или ft) и B е ширината на стъпката (в m или ft).

За плитки квадратни основи уравнението е Q_ф с Q_ф = 1.3c N_{° С} + g D N_р + 0,4 g BN_г и при плитки кръгли основи уравнението е Q_ф = 1.3c N_{° С} + g D N_р + 0,3 g BN_гр.. В някои варианти g се заменя с γ.

Останалите променливи зависят от други изчисления. н_р е д^{2π (.75-ф / 360) таф} / 2cos2 (45 + ф / 2), н_{° С} е 5,14 за ф = 0 и н_р-1 / tanф за всички останали стойности на ф, Ng е танф (К_PG/ cos2ф - 1) / 2.

K_PG се получава от графиката на количествата и определяне на коя стойност K_PG отчита наблюдаваните тенденции. Някои използват н_г = 2 (N_р1) tanф / (1 + .4sin4ф) _ като приблизително, без да е необходимо да се изчислява _Kстр.

Може да има ситуации, при които почвата показва местни признаци неуспех на срязване, Това означава, че здравината на почвата не може да покаже достатъчно здравина за основата, тъй като съпротивлението между частиците в материала не е достатъчно голямо. В тези ситуации крайната носеща способност е квадратната основа Q_ф = .867c N_{° С} + g D N_р + 0,4 g BN_г , непрекъснатите основи i_s_ Qu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng и кръговите основи са Q_ф = .867c N_{° С} + g D N_р + 0,3 g B N___г.

Методи за определяне на носещата способност на почвата

Дълбоките основи включват стълбови основи и кесони. Уравнението за изчисляване на крайната носеща способност на този тип почва е Q_ф = Q_р + Q_е _в кой _Q_ф е крайната носеща способност (в kN / m)² или фунт / фут²), Q_р е теоретичната носеща способност за върха на основата (в kN / m² или фунт / фут²) и Q_е е теоретичната носеща способност поради триене на вала между вала и почвата. Това ви дава друга формула за носеща способност на почвата

Можете да изчислите теоретичния основен капацитет на лагера (върха) Q_р като Q_р = A_рр_р в който Q_р е теоретичната носеща способност за крайния лагер (в kN / m)² или фунт / фут²) и А_р е ефективната зона на върха (в m² или ft²).

Теоретичната единица на носещата способност на несъдържащи кохезия почви р_р е qDN_р и за сплотени почви, 9в, (и двете в kN / m² или фунт / фут²). д_{° С} е критичната дълбочина за купчини в насипни силици или пясъци (в m или ft). Това трябва да бъде 10Б за насипни силици и пясъци, 15Б за силици и пясъци с умерена плътност и 20B за много плътни сили и пясъци.

За кожата (вала) триене капацитет на основата на купчина, теоретичната носеща способност Q_е е А_ер_е за един хомогенен почвен слой и PSQ_еL за повече от един слой почва. В тези уравнения, А_е _ е ефективната повърхност на колонния вал, _q_е е kstan (г), теоретичният капацитет на триене на единица за почви без кохезия (в kN / m)² или lb / ft), в която к е страничното земно налягане, с е ефективното налягане при претоварване и д е външният ъгъл на триене (в градуси). С е сумирането на различни почвени слоеве (т.е. а₁ + а₂ + .... + а_н).

За силитите този теоретичен капацитет е ° С_А + kstan (г) в който ° С_А е адхезията. Тя е равна на ° С, сцеплението на почвата за груб бетон, ръждясала стомана и гофриран метал. За гладък бетон стойността е .8c да се ° С, и за чиста стомана е така .5c да се .9c. р е периметърът на напречното сечение на купчината (в m или ft). L е ефективната дължина на купчината (в m или ft).

За кохезивни почви, р_е = aS_ф в която a е коефициентът на адхезия, измерен като 1-0,1 (S_UC)² за С_UC по-малко от 48 kN / m² където С_UC = 2в е неконфинираната сила на сгъстяване (в kN / m)² или фунт / фут²). За С_UC по-голяма от тази стойност, a = / S_UC.

Какво е фактор за безопасност?

Коефициентът на безопасност варира от 1 до 5 за различни приложения. Този фактор може да отчита големината на щетите, относителната промяна в шансовете даден проект може да се провали, самите данни за почвата, изграждането на толеранс и точността на методите за анализ на проектирането.

При случаи на повреда при срязване коефициентът на безопасност варира от 1,2 до 2,5. За язовирите и запълнения коефициентът на безопасност варира от 1,2 до 1,6. За подпорни стени нейните 1,5 до 2,0, за нарязване на срязващи листове, нейните 1,2 до 1,6, за удължени разкопки, неговите 1,2 до 1,5, за ножове с разрязване на срязване, коефициентът е 2 до 3, за подложки за подложки е 1,7 до 2,5. За разлика от случаите на повреда при проникване, тъй като материалите проникват през малки дупки в тръби или други материали, коефициентът на безопасност варира от 1,5 до 2,5 за повдигане и 3 до 5 за тръбопроводи.

Инженерите използват също така малки правила за коефициента на безопасност като 1.5 за подпорни стени, които са преобърнати с гранулирана запълване, 2.0 за кохезивно запълване, 1.5 за стени с активно земно налягане и 2.0 за тези с пасивно земно налягане. Тези фактори на безопасност помагат на инженерите да избегнат срив и срив, както и почвата може да се движи в резултат на товарните лагери върху нея.

Практически изчисления на носещата способност

Въоръжени с резултатите от тестовете, инженерите изчисляват колко натоварване почвата може безопасно да понесе. Започвайки с теглото, необходимо за срязване на почвата, те добавят коефициент на безопасност, така че структурата никога не прилага достатъчно тегло, за да деформира почвата. Те могат да регулират стъпалото и дълбочината на фундамента, за да останат в рамките на тази стойност. Алтернативно, те могат да компресират почвата, за да увеличат здравината си, например, като използват валяк за компактно насипно пълнене за пътно дъно.

Методите за определяне на носещата способност на почвата включват максималното налягане, което фундаментът може да окаже върху почвата, така че приемливият коефициент на безопасност срещу повреда на срязване да е под фундамента и да се постигне приемливото общо и диференциално утаяване.

Крайната носеща способност е минималното налягане, което би причинило срив на срязване на носещата почва непосредствено под и в непосредствена близост до основата. Те вземат предвид якостта на срязване, плътността, пропускливостта, вътрешното триене и други фактори, когато изграждат конструкции върху почвата.

Инженерите използват най-доброто решение на тези методи за определяне на носещата способност на почвата, когато извършват много от тези измервания и изчисления. Ефективната дължина изисква инженерът да направи избор къде да започне и да спре измерването. Като един метод инженерът може да избере да използва дълбочината на купчината и да извади всички нарушени повърхностни почви или смеси от почви. Инженерът може също да избере да го измери като дължина на сегмент от купчина в един почвен слой, който се състои от много слоеве.

Какви причини почвите да станат напрегнати?

Инженерите трябва да отчитат почвите като смеси от отделни частици, които се движат една спрямо друга. Тези единици почви могат да бъдат изучавани, за да се разбере физиката зад тези движения при определяне на теглото, силата и други количества по отношение на сградите и проектите, които инженерите изграждат върху тях.

Провалът на срязване може да бъде резултат от напреженията, приложени към почвата, които причиняват устойчивостта на частиците една към друга и разпръскването по начини, които са вредни за изграждането. Поради тази причина инженерите трябва да бъдат внимателни при избора на проекти и почви с подходящи якости на срязване.

Най- Mohr Circle може да визуализира напреженията на срязване върху равнините, свързани с строителните проекти. Кръгът от напрежения на Mohr се използва при геоложки изследвания на почвени тестове. Това включва използване на цилиндрични образци на почви, така че радиалните и аксиални напрежения да действат върху слоевете на почвите, изчислени с помощта на равнини. След това изследователите използват тези изчисления, за да определят носещата способност на почвите в основите.

Класифициране на почвите по състав

Изследователите по физика и инженерство могат да класифицират почви, пясъци и чакъли по техния размер и химически съставки. Инженерите измерват специфичната повърхност на тези съставки като съотношението на повърхността на частиците към масата на частиците като един метод за класифицирането им.

Кварцът е най-често срещаният компонент на тиня и пясък, а слюдата и полевият шпат са други общи компоненти. Глинените минерали като монтморилонит, илитет и каолинит съставляват листове или структури, които са подобни на плочи с големи повърхности. Тези минерали имат специфични повърхностни ареали от 10 до 1000 квадратни метра на грам твърдо вещество.

Тази голяма повърхност позволява химически, електромагнитни и ван дер Ваал взаимодействия. Тези минерали могат да бъдат много чувствителни към количеството течност, което може да премине през порите им. Инженерите и геофизиците могат да определят видовете глини, присъстващи в различни проекти, за да изчислят ефектите на тези сили, за да ги отчетат в своите уравнения.

Почвите с високоактивни глини могат да бъдат много нестабилни, защото са много чувствителни към течности. Те набъбват в присъствието на вода и се свиват при нейното отсъствие. Тези сили могат да причинят пукнатини във физическата основа на сградите. От друга страна, материалите, които са нискоактивни глини, които се образуват при по-стабилна активност, могат да бъдат много по-лесни за работа.

Диаграма на капацитета на почвения лагер

Geotechdata.info има списък на стойностите на носещата способност на почвата, които можете да използвате като диаграма на капацитета на носенето на почвата.