Как рассчитать несущую способность грунтов

Внесущая способность почвыдается уравнением

в которомQ_адопустимая несущая способность (в кН / м² или фунт / фут²), ​Q_тыпредельная несущая способность (в кН / м² или фунт / фут²), а FS - коэффициент безопасности. Максимальная несущая способностьQ_тытеоретический предел несущей способности.

Подобно тому, как Пизанская башня наклоняется из-за деформации почвы, инженеры используют эти расчеты при определении веса зданий и домов. Когда инженеры и исследователи закладывают фундамент, они должны убедиться, что их проекты идеально подходят для той почвы, которая поддерживает их. Несущая способность - это один из методов измерения этой прочности. Исследователи могут рассчитать несущую способность почвы, определив предел контактного давления между почвой и помещенным на нее материалом.

Эти расчеты и измерения выполняются на проектах, касающихся фундаментов мостов, подпорных стен, плотин и трубопроводов, проходящих под землей. Они полагаются на физику почвы, изучая природу различий, вызванных давлением поровой воды в грунте. материал, лежащий в основе фундамента, и межкристаллитное эффективное напряжение между частицами почвы сами себя. Они также зависят от жидкостной механики пространства между частицами почвы. Это объясняет растрескивание, просачивание и сопротивление сдвигу самой почвы.

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

Неглубокие фундаменты включают ленточные, квадратные и круглые фундаменты. Глубина обычно составляет 3 метра, что позволяет получить более дешевые, реалистичные и легко переносимые результаты.

​Теория предельной несущей способности Терзагиозначает, что вы можете рассчитать предельную несущую способность для неглубоких сплошных фундаментов.Q_тыс участием

в которомcсцепление грунта (в кН / м² или фунт / фут²), ​граммэффективный удельный вес грунта (в кН / м³ или фунт / фут³), ​D- глубина опоры (в метрах или футах), а B - ширина опоры (в метрах или футах).

Для неглубоких квадратных фундаментов уравнение выглядит следующим образом:Q_тыс участием

а для неглубоких круговых фундаментов уравнение имеет вид

В некоторых вариантах g заменяется наγ​.

Остальные переменные зависят от других расчетов.N_qявляется

​N_cсоставляет 5,14 дляф '= 0а также

для всех остальных значений ф ',Нгявляется:

​K_pgполучается путем построения графика количеств и определения того, какое значениеK_pgучитывает наблюдаемые тенденции. Некоторые используютN_грамм = 2 (N_q+1) tanф '/ (1 + .4sin4​​ф ')в качестве приближения без необходимости вычислятьK​​стр.​

Могут быть ситуации, в которых почва проявляет признаки местногоразрушение при сдвиге. Это означает, что прочность грунта не может показать достаточную прочность для фундамента, потому что сопротивление между частицами в материале недостаточно велико. В этих ситуациях предельная несущая способность квадратного фундамента составляетQ_ты = 0,867c N_c + g D N_q + 0,4 г B N_грамм ,я непрерывного фундаментаsQu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng, а круговой фундамент равенQ​_ты ​= 0,867c N​_c ​+ g D N​_q ​+ 0,3 г B N​​_грамм​.

Глубокие фундаменты включают в себя фундаменты пирсов и кессоны. Уравнение для расчета предельной несущей способности этого типа грунта:Q_ты = Q_п + Q_ж в которомQ_тыпредельная несущая способность (в кН / м² или фунт / фут²), ​Q_п- теоретическая несущая способность кончика фундамента (в кН / м² или фунт / фут²) а такжеQ_жэто теоретическая несущая способность из-за трения вала между валом и почвой. Это дает вам еще одну формулу несущей способности почвы.

Вы можете рассчитать теоретическую конечную несущую (наконечник) опоры фундамента.Q_пв видеQ_п = А_пq_пв которомQ_п- теоретическая несущая способность концевого подшипника (в кН / м² или фунт / фут²) а такжеА_пэффективная площадь наконечника (в м² или фут²).

Теоретическая единица несущей способности несвязных илистых грунтов.q_пявляетсяqDN_qа для связных грунтов9c,(оба в кН / м² или фунт / фут²). ​D_c- критическая глубина для свай в рыхлом иле или песках (в метрах или футах). Это должно быть10Bдля рыхлых илов и песков,15Bдля илов и песков средней плотности и20Bдля очень плотных илов и песков.

Для фрикционной способности обшивки (вала) свайного фундамента теоретическая несущая способностьQ_жявляетсяА_жq_ждля одного однородного слоя почвы икв._жLдля более чем одного слоя почвы. В этих уравненияхА_ж - эффективная площадь ствола сваи,q_жявляетсяКстан (д), теоретическая единица трения для несвязных грунтов (в кН / м² или фунт / фут), в которомk- боковое давление грунта,s- эффективное давление вскрыши иd- угол внешнего трения (в градусах).Sпредставляет собой сумму различных слоев почвы (т. е.а₁​ + ​а₂​ +... + ​а_п​).

Для илов эта теоретическая емкость составляетc​_А ​+​ ​Кстан (д)в которомc_Аэто адгезия. Это равноc,сцепление грунта для грубого бетона, ржавой стали и гофрированного металла. Для гладкого бетона значение.8cкc, а для чистой стали -.5cк.9c​. ​п- периметр поперечного сечения сваи (в метрах или футах).Lэффективная длина сваи (в метрах или футах).

Для связных грунтов,q​_ж ​= aS​_ты в котором а - коэффициент сцепления, измеряемый как1-.1 (S_uc)²дляS_ucменее 48 кН / м² гдеS_uc = 2cпрочность на неограниченное сжатие (в кН / м² или фунт / фут²). ДляS_ucбольше, чем это значение,а = [0,9 + 0,3 (S_uc - 1)] / S_uc​.

Коэффициент безопасности колеблется от 1 до 5 для различных целей. Этот фактор может учитывать величину повреждений, относительное изменение шансов, что проект может потерпеть неудачу, сами данные о грунте, построение допусков и точность расчетных методов анализа.

Для случаев разрушения при сдвиге коэффициент запаса прочности варьируется от 1,2 до 2,5. Для плотин и насыпей коэффициент запаса прочности составляет от 1,2 до 1,6. Для подпорных стен - от 1,5 до 2,0, для свайных шпунтовых свай - от 1,2 до 1,6, для раскосных котлованов - от 1,2 до 1,5, для опор с разбросом по сдвигу - от 2 до 3, для матовых опор - от 1,7 до 2,5. От Напротив, в случаях нарушения просачивания, когда материалы просачиваются через небольшие отверстия в трубах или других материалах, коэффициент безопасности колеблется от 1,5 до 2,5 для подъема и от 3 до 5 для трубопровод.

Инженеры также используют практические правила для коэффициента безопасности 1,5 для подпорных стен, которые переворачиваются гранулированным материалом. обратная засыпка, 2,0 для связной засыпки, 1,5 для стен с активным давлением грунта и 2,0 для стен с пассивным грунтом давления. Эти факторы безопасности помогают инженерам избежать повреждений, связанных со сдвигом и просачиванием, а также тем, что почва может сдвинуться в результате нагрузки на нее.

Вооружившись результатами испытаний, инженеры подсчитывают, какую нагрузку может безопасно выдержать почва. Начиная с веса, необходимого для срезания почвы, они добавляют коэффициент безопасности, поэтому конструкция никогда не прикладывает достаточно веса для деформации почвы. Они могут регулировать площадь основания и глубину фундамента, чтобы оставаться в пределах этого значения. В качестве альтернативы они могут сжимать почву для увеличения ее прочности, например, используя каток для уплотнения рыхлого насыпного материала для дорожного полотна.

Методы определения несущей способности грунта предполагают максимальное давление, которое фундамент может оказывать на грунт таким образом, чтобы приемлемый коэффициент безопасности против разрушения при сдвиге ниже фундамента, а допустимая общая и дифференциальная осадки равны встретились.

Конечная несущая способность - это минимальное давление, которое может вызвать разрушение опорного грунта непосредственно под фундаментом и рядом с ним. Они учитывают прочность на сдвиг, плотность, проницаемость, внутреннее трение и другие факторы при строительстве конструкций на грунте.

При выполнении многих из этих измерений и расчетов инженеры руководствуются этими методами определения несущей способности почвы. Эффективная длина требует от инженера выбора того, где начать и где прекратить измерения. В качестве одного из методов инженер может выбрать использование глубины сваи и вычесть любые нарушенные поверхностные почвы или смеси грунтов. Инженер также может измерить ее как длину сегмента сваи в одном слое почвы, состоящем из многих слоев.

Инженеры должны учитывать почвы как смеси отдельных частиц, которые перемещаются друг относительно друга. Эти единицы почвы можно изучить, чтобы понять физику этих движений при определении вес, сила и другие величины по отношению к зданиям и проектам, на которых построены инженеры. их.

Разрушение при сдвиге может возникать в результате воздействий на грунт напряжений, которые заставляют частицы сопротивляться друг другу и рассеиваться таким образом, что это вредно для здания. По этой причине инженеры должны быть осторожны при выборе конструкций и грунтов с соответствующей прочностью на сдвиг.

ВКруг Мораможет визуализировать касательные напряжения на плоскостях строительных проектов. Круг напряжений Мора используется в геологических исследованиях испытания грунтов. Он предполагает использование образцов грунта цилиндрической формы, в которых радиальные и осевые напряжения действуют на слои грунта, рассчитываемые с помощью плоскостей. Затем исследователи используют эти расчеты для определения несущей способности грунта в фундаменте.

Исследователи в области физики и инженерии могут классифицировать почвы, пески и гравий по их размеру и химическому составу. Инженеры измеряют удельную поверхность этих компонентов как отношение площади поверхности частиц к массе частиц, что является одним из методов их классификации.

Кварц является наиболее распространенным компонентом ила, а также песка и слюды и полевого шпата. Глинистые минералы, такие как монтмориллонит, иллит и каолинит, образуют листы или структуры пластинчатой ​​формы с большой площадью поверхности. Эти минералы имеют удельную поверхность от 10 до 1000 квадратных метров на грамм твердого вещества.

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

Почвы с высокоактивными глинами могут быть очень нестабильными, потому что они очень чувствительны к жидкости. Они набухают в присутствии воды и сжимаются в ее отсутствие. Эти силы могут вызвать трещины в физическом фундаменте зданий. С другой стороны, с материалами, представляющими собой глины с низкой активностью, которые образуются при более стабильной активности, гораздо проще работать.

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