Как рассчитать несущую способность почв

Содержание

• Формула для несущей способности почвы
• Методы определения несущей способности почвы
• Что такое фактор безопасности?
• Практические расчеты несущей способности
• Что вызывает стресс почвы?
• Классификация почв по составу
• Диаграмма несущей способности почвы

несущая способность почвы определяется уравнением Q = Q_U/ FS в котором Q допустимая несущая способность (в кН / м² или фунт / фут²), Q_U предельная несущая способность (в кН / м² или фунт / фут²) и FS это фактор безопасности. Конечная несущая способность Q_U теоретический предел несущей способности.

Подобно тому, как Пизанская башня наклоняется из-за деформации почвы, инженеры используют эти расчеты при определении веса зданий и домов. Поскольку инженеры и исследователи закладывают фундамент, им необходимо убедиться, что их проекты идеально подходят для тех площадок, которые его поддерживают. Несущая способность является одним из методов измерения этой силы. Исследователи могут рассчитать несущую способность грунта путем определения предела контактного давления между грунтом и размещаемым на нем материалом.

Эти расчеты и измерения выполняются для проектов, включающих фундаменты мостов, подпорные стены, плотины и трубопроводы, которые проходят под землей. Они полагаются на физику почвы, изучая природу различий, вызванных давлением поровой воды материала, лежащего в основе, и межзерновым эффективным напряжением между самими частицами почвы. Они также зависят от механики жидкости в пространствах между частицами почвы. Это объясняет растрескивание, просачивание и прочность на сдвиг самой почвы.

В следующих разделах более подробно рассматриваются эти вычисления и их использование.

Формула для несущей способности почвы

Неглубокие основания включают в себя опоры из полос, квадратные и круглые. Глубина обычно составляет 3 метра и позволяет получить более дешевые, более выполнимые и более легко переносимые результаты.

Terzaghi Ultimate Несущая способность диктует, что вы можете рассчитать предельную несущую способность для неглубоких непрерывных фундаментов Q_U с участием Q_U = c N_с + г Д Н_Q + 0,5 г B N_грамм в котором с сцепление грунта (в кН / м² или фунт / фут²), грамм эффективный удельный вес почвы (в кН / м³ или фунт / фут³), D глубина подножки (в м или футах), а B - ширина подножки (в м или футах).

Для фундаментов с мелкими квадратами уравнение Q_U с участием Q_U = 1,3 с_с + г Д Н_Q + 0,4 г B N_грамм и для мелких круглых оснований уравнение Q_U = 1,3 с_с + г Д Н_Q + 0,3 г B N_грамм.. В некоторых вариантах g заменяется на γ.

Другие переменные зависят от других расчетов. N_Q является е^{2π (.75-ф / 360) загар} / 2cos2 (45 + ф / 2), N_с 5,14 для ф = 0 а также N_Q-1 / tanф для всех остальных значений ф, Ng является танф (К_пг/ cos2ф - 1) / 2.

К_пг получается из графика величин и определения того, какое значение К_пг учитывает наблюдаемые тенденции. Некоторые используют N_грамм = 2 (Н_Q+1) tanф / (1 + .4sin4ф) _ как приближение без необходимости расчета _Kстр.

Могут быть ситуации, в которых почва показывает признаки местного отказ сдвига, Это означает, что прочность грунта не может показать достаточную прочность для фундамента, потому что сопротивление между частицами в материале недостаточно велико. В этих ситуациях квадратный предел предельной несущей способности Q_U = .867c N_с + г Д Н_Q + 0,4 г B N_грамм , непрерывные основания i_s_ Qu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 г B Ng и круговые основания Q_U = .867c N_с + г Д Н_Q + 0,3 г B N___грамм.

Методы определения несущей способности почвы

Глубокие основания включают основания пирса и кессонов. Уравнение для расчета предельной несущей способности этого типа почвы Q_U = Q_п + Q_е _ в котором _Q_U предельная несущая способность (в кН / м² или фунт / фут²), Q_п теоретическая несущая способность для основания основания (в кН / м² или фунт / фут²) а также Q_е является теоретической несущей способностью из-за трения между валом и грунтом. Это дает вам другую формулу для несущей способности почвы

Вы можете рассчитать теоретическую концевую (несущую) емкость основания Q_п как Q_п = A_пQ_п в котором Q_п теоретическая несущая способность для концевого подшипника (в кН / м² или фунт / фут²) а также _п эффективная площадь наконечника (в м² или футы²).

Теоретическая единица несущей способности наконечника несвязных иловых грунтов Q_п является qDN_Q и для связных почв, 9в, (оба в кН / м² или фунт / фут²). D_с является критической глубиной для свай в рыхлом иле или песке (в метрах или футах). Это должно быть 10B для рыхлых илов и песков, 15В для илов и песков средней плотности и 20В для очень плотных илов и песков.

Для трения кожи (вала) свайного основания теоретическая несущая способность Q_е является _еQ_е для одного однородного слоя почвы и PSQ_еL для более чем одного слоя почвы. В этих уравнениях _е _ эффективная площадь поверхности свайного вала, _q_е является kstan (д), теоретическая единица трения для когезионных грунтов (в кН / м² или фунт / фут), в котором К боковое давление на землю, s эффективное давление вскрыши и d угол внешнего трения (в градусах). S является суммой различных слоев почвы (т.е. ₁ + ₂ + .... + _N).

Для ила эта теоретическая емкость с + kstan (д) в котором с это адгезия. Равно с, сцепление грунта для грубого бетона, ржавой стали и гофрированного металла. Для гладкого бетона значение .8c в си для чистой стали это .5c в .9c. п является периметром поперечного сечения сваи (в м или футах). L эффективная длина ворса (в метрах или футах).

Для связных почв, Q_е = АС_U в которой а - коэффициент адгезии, измеряемый как 1-0,1 (S_УНЦ)² за S_УНЦ менее 48 кН / м² где S_УНЦ = 2с предел прочности при сжатии (в кН / м² или фунт / фут²). За S_УНЦ больше, чем это значение, a = / S_УНЦ.

Что такое фактор безопасности?

Коэффициент безопасности варьируется от 1 до 5 для различных применений. Этот фактор может учитывать величину ущерба, относительное изменение шансов, что проект может потерпеть неудачу, сами данные о почве, построение допусков и точность проектных методов анализа.

В случае отказа при сдвиге коэффициент безопасности варьируется от 1,2 до 2,5. Для плотин и заливок коэффициент безопасности составляет от 1,2 до 1,6. Для подпорных стен - от 1,5 до 2,0, для шпунтового шпунта - от 1,2 до 1,6, для раскопанных выработок - от 1,2 до 1,5, для опор с разбрасыванием в поперечном направлении - от 2 до 3, для опор - от 1,7 до 2,5. В отличие от этого, в случае отказа просачивания, когда материалы просачиваются через небольшие отверстия в трубах или других материалах, коэффициент безопасности составляет от 1,5 до 2,5 для подъема и от 3 до 5 для трубопровода.

Инженеры также используют эмпирические правила для коэффициента безопасности: 1,5 для подпорных стен, опрокинутых с гранулированной обратной засыпкой, 2,0 для связной обратной засыпки, 1,5 для стен с активным давлением на землю и 2,0 для стен с пассивным давлением на землю. Эти факторы безопасности помогают инженерам избежать поломок при сдвиге и просачивании, а также о том, что почва может сдвинуться в результате нагрузки на нее.

Практические расчеты несущей способности

Вооружившись результатами испытаний, инженеры рассчитывают, какую нагрузку может безопасно выдержать почва. Начиная с веса, необходимого для сдвига почвы, они добавляют фактор безопасности, поэтому конструкция никогда не придает достаточного веса для деформации почвы. Они могут регулировать глубину и основание, чтобы оставаться в пределах этого значения. В качестве альтернативы они могут сжимать почву для повышения ее прочности, например, с помощью ролика для уплотнения рыхлого наполнителя для дорожного полотна.

Методы определения несущей способности почвы включают максимальное давление, которое фундамент может оказать на почву, так чтобы приемлемый коэффициент безопасности против разрушения при сдвиге был ниже основания, и приемлемый общий и дифференциальный расчет соблюдены.

Конечная несущая способность минимальное давление, которое вызовет разрушение при сдвиге опорной почвы непосредственно ниже и прилегающих к фундаменту. Они учитывают прочность на сдвиг, плотность, проницаемость, внутреннее трение и другие факторы при строительстве конструкций на грунте.

Инженеры используют свои наилучшие суждения с этими методами определения несущей способности почвы при выполнении многих из этих измерений и расчетов. Эффективная длина требует от инженера выбора того, где начинать и останавливать измерение. В качестве одного из методов инженер может выбрать использование глубины ворса и вычесть любые поврежденные поверхностные почвы или смеси почв. Инженер также может измерить его как длину сегмента ворса в одном слое почвы, который состоит из множества слоев.

Что вызывает стресс почвы?

Инженеры должны учитывать почвы как смеси отдельных частиц, которые движутся относительно друг друга. Эти единицы почвы могут быть изучены, чтобы понять физику этих движений при определении веса, силы и других величин относительно зданий и проектов, на которых строятся инженеры.

Отказ при сдвиге может возникнуть в результате напряжений, приложенных к почве, которые заставляют частицы сопротивляться друг другу и рассеиваться таким образом, что это наносит ущерб строительству. По этой причине инженеры должны быть осторожны при выборе конструкций и грунтов с соответствующей прочностью на сдвиг.

Круг Мора может визуализировать касательные напряжения на плоскостях, имеющих отношение к строительным проектам. Круг напряжений Мора используется в геологических исследованиях почвы. Он предполагает использование цилиндрических образцов почв, так что радиальные и осевые напряжения воздействуют на слои почв, рассчитанные с использованием плоскостей. Затем исследователи используют эти расчеты для определения несущей способности грунтов в фундаментах.

Классификация почв по составу

Исследователи в области физики и техники могут классифицировать почвы, пески и гравий по их размеру и химическим составляющим. Инженеры измеряют удельную площадь поверхности этих компонентов как отношение площади поверхности частиц к массе частиц как один из методов их классификации.

Кварц является наиболее распространенным компонентом ила и песка, а слюда и полевой шпат являются другими распространенными компонентами. Глинистые минералы, такие как монтмориллонит, иллит и каолинит, образуют листы или структуры, которые являются пластинчатыми с большой площадью поверхности. Эти минералы имеют удельную поверхность от 10 до 1000 квадратных метров на грамм твердого вещества.

Эта большая площадь поверхности учитывает химические, электромагнитные и ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Эти минералы могут быть очень чувствительны к количеству жидкости, которая может пройти через их поры. Инженеры и геофизики могут определять типы глин, присутствующих в различных проектах, чтобы рассчитать влияние этих сил, чтобы учесть их в своих уравнениях.

Грунты с высокоактивными глинами могут быть очень нестабильными, потому что они очень чувствительны к жидкости. Они набухают в присутствии воды и сжимаются при ее отсутствии. Эти силы могут вызвать трещины в физическом фундаменте зданий. С другой стороны, материалы, которые представляют собой глины с низкой активностью, которые образуются при более стабильной активности, могут быть намного легче работать с.

Диаграмма несущей способности почвы

Geotechdata.info содержит список значений несущей способности почвы, которые можно использовать в качестве диаграммы несущей способности почвы.