วิธีการคำนวณความจุแบริ่งของดิน

ดิความสามารถในการรับน้ำหนักของดินถูกกำหนดโดยสมการ

Q_a=\frac{Q_u}{FS}

ซึ่งในคิวคือความจุแบริ่งที่อนุญาต (เป็น kN/m2 หรือปอนด์/ฟุต2), ​คิวยูคือความจุแบริ่งสูงสุด (เป็น kN/m2 หรือปอนด์/ฟุต2) และ FS เป็นปัจจัยด้านความปลอดภัย ความจุแบริ่งสูงสุดคิวยูคือขีดจำกัดทางทฤษฎีของความจุแบริ่ง

เช่นเดียวกับที่หอเอนเมืองปิซาเอียงเนื่องจากการเสียรูปของดิน วิศวกรใช้การคำนวณเหล่านี้ในการกำหนดน้ำหนักของอาคารและบ้านเรือน เมื่อวิศวกรและนักวิจัยวางรากฐาน พวกเขาจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าโครงการของพวกเขาเหมาะสำหรับพื้นดินที่รองรับ ความจุแบริ่งเป็นวิธีหนึ่งในการวัดความแรงนี้ นักวิจัยสามารถคำนวณความสามารถในการรับน้ำหนักของดินโดยกำหนดขีดจำกัดของแรงดันสัมผัสระหว่างดินกับวัสดุที่วางไว้

การคำนวณและการวัดเหล่านี้ดำเนินการในโครงการที่เกี่ยวข้องกับฐานรากของสะพาน กำแพงกันดิน เขื่อน และท่อที่วิ่งใต้ดิน พวกเขาอาศัยฟิสิกส์ของดินโดยศึกษาธรรมชาติของความแตกต่างที่เกิดจากแรงดันน้ำในรูพรุนของ วัสดุที่เป็นรากฐานของรากฐานและความเค้นที่มีประสิทธิผลระหว่างเม็ดดินระหว่างอนุภาคดิน ตัวเอง พวกเขายังขึ้นอยู่กับกลศาสตร์ของไหลของช่องว่างระหว่างอนุภาคดิน สิ่งนี้อธิบายการแตกร้าว การซึม และแรงเฉือนของดินเอง

ส่วนต่อไปนี้จะลงรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการคำนวณและการใช้งานเหล่านี้

สูตรความจุแบริ่งของดิน

ฐานรากตื้น ได้แก่ ฐานรากแถบ ฐานสี่เหลี่ยม และฐานกลม ความลึกมักจะอยู่ที่ 3 เมตร และให้ผลลัพธ์ที่ถูกกว่า เป็นไปได้มากกว่า และโอนถ่ายได้ง่ายขึ้น

ทฤษฎีความจุแบริ่ง Terzaghi Ultimateกำหนดว่าคุณสามารถคำนวณความจุแบริ่งสูงสุดสำหรับฐานรากตื้นต่อเนื่องได้คิวยูกับ

Q_u=cN_c+gDN_q+0.5gBN_g

ซึ่งในคือการเกาะกันของดิน (เป็น kN/m2 หรือปอนด์/ฟุต2), ​gคือ หน่วยน้ำหนักที่มีประสิทธิภาพของดิน (เป็น kN/m3 หรือปอนด์/ฟุต3), ​ดีคือความลึกของฐานราก (เป็น m หรือ ft) และ B คือความกว้างของฐานราก (เป็น m หรือ ft)

สำหรับฐานรากสี่เหลี่ยมตื้น สมการคือคิวยูกับ

Q_u=1.3cN_c+gDN_q+0.4gBN_g

และสำหรับฐานรากวงกลมตื้น สมการคือ

Q_u=1.3cN_c+gDN_q+0.3gBN_g

ในบางรูปแบบ g จะถูกแทนที่ด้วยγ​.

ตัวแปรอื่นๆ ขึ้นอยู่กับการคำนวณอื่นๆนู๋qคือ

N_q=\frac{e^{2\pi (0.75-\phi '/360)\tan{\phi '}}}{2\cos{(2(45+\phi '/2))}}

นู๋คือ 5.14 สำหรับф'=0และ

N_C=\frac{N_q-1}{\tan{\phi '}}

สำหรับค่าอื่นๆ ทั้งหมดของ ф'อึ้งคือ:

N_g=\tan{\phi '}\frac{K_{pg}/\cos{2\phi '}-1}{2}

Kหน้าได้จากการวาดกราฟปริมาณและกำหนดว่าค่าใดของKหน้าบัญชีสำหรับแนวโน้มที่สังเกต ใช้บ้างนู๋g = 2(นq+1)tanф'/(1+.4sin4 .)​​ฟ')เป็นการประมาณโดยไม่ต้องคำนวณK​​หน้า

อาจมีสถานการณ์ที่ดินแสดงสัญญาณของท้องถิ่นแรงเฉือนล้มเหลว. ซึ่งหมายความว่าความแข็งแรงของดินไม่สามารถแสดงความแข็งแรงเพียงพอสำหรับรากฐานเนื่องจากความต้านทานระหว่างอนุภาคในวัสดุไม่เพียงพอ ในสถานการณ์เหล่านี้ กำลังรับน้ำหนักสูงสุดของฐานสี่เหลี่ยมคือคิวยู = .867c ไม่ + ก. นq + 0.4 ก. นg ,i foundation ของมูลนิธิต่อเนื่องQu = 2/3c Nc + g D Nq + 0.5 g B Ng และ is. ของฐานกลมคิวยู= .867c ไม่+ ก. นq+ 0.3 ก. น​​g​.

วิธีการกำหนดความจุแบริ่งของดิน

ฐานรากลึกรวมถึงฐานรากของท่าเรือและกระสุนปืน สมการคำนวณกำลังรับน้ำหนักสูงสุดของดินประเภทนี้คือคิวยู = Qพี + คิวซึ่งในคิวยูคือความจุแบริ่งสูงสุด (เป็น kN/m2 หรือปอนด์/ฟุต2), ​คิวพีคือความจุแบริ่งตามทฤษฎีสำหรับส่วนปลายของฐานราก (เป็น kN/m2 หรือปอนด์/ฟุต2) และคิวคือ ความจุแบริ่งตามทฤษฎีเนื่องจากแรงเสียดทานของเพลาระหว่างเพลากับดิน ทำให้ได้สูตรรับน้ำหนักดินอีกสูตรหนึ่ง

คุณสามารถคำนวณฐานความจุแบริ่งปลาย (ปลาย) ตามทฤษฎีได้คิวพีเช่นคิวพี = เอพีqพีซึ่งในคิวพีคือความจุแบริ่งตามทฤษฎีสำหรับแบริ่งปลาย (เป็น kN/m2 หรือปอนด์/ฟุต2) และอาพีคือพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพของส่วนปลาย (เป็น m2 หรือ ft2).

ความสามารถในการรับน้ำหนักปลายหน่วยตามทฤษฎีของดินตะกอนน้อยที่เกาะติดกันqพีคือqDNqและสำหรับดินเหนียว9c,(ทั้งในหน่วย kN/m2 หรือปอนด์/ฟุต2). ​ดีคือความลึกวิกฤตสำหรับกองในตะกอนหรือทรายที่หลวม (เป็นเมตรหรือฟุต) นี้ควรจะ10Bสำหรับตะกอนและทรายที่หลวม15Bสำหรับตะกอนและทรายที่มีความหนาแน่นปานกลางและ20Bสำหรับดินตะกอนและทรายที่หนาแน่นมาก

สำหรับความสามารถในการเสียดสีผิว (เพลา) ของฐานราก ความจุแบริ่งตามทฤษฎีคิวคืออาqสำหรับชั้นดินที่เป็นเนื้อเดียวกันและpSqหลี่สำหรับดินมากกว่าหนึ่งชั้น ในสมการเหล่านี้อาคือ พื้นที่ผิวที่มีประสิทธิภาพของด้ามเสาเข็มqคือสแตน (ง), ความสามารถในการเสียดสีตามทฤษฎีสำหรับดินที่ไม่มีการเกาะติดกัน (เป็น kN/m2 หรือปอนด์/ฟุต) ซึ่งkคือ แรงดันดินด้านข้างคือแรงดันดินที่มีประสิทธิภาพและdคือมุมเสียดทานภายนอก (เป็นองศา)คือผลรวมของชั้นดินต่างๆ (เช่น1​ + ​2​ +... + ​​).

สำหรับตะกอน ความจุทางทฤษฎีนี้คืออา+​ ​สแตน (ง)ซึ่งในอาคือการยึดเกาะ เท่ากับค,การประสานกันของดินสำหรับคอนกรีตหยาบ เหล็กขึ้นสนิม และโลหะลูกฟูก สำหรับคอนกรีตเรียบ ค่าคือ.8cถึงและสำหรับเหล็กสะอาด คือ.5cถึง.9c​. ​พีคือ เส้นรอบวงของหน้าตัดเสาเข็ม (หน่วยเป็น m หรือ ft)หลี่คือความยาวที่มีประสิทธิภาพของเสาเข็ม (เป็น m หรือ ft)

สำหรับดินเหนียวq= อสยู โดยที่ a เป็นปัจจัยการยึดติด วัดเป็น1-.1(สuc)2สำหรับucน้อยกว่า 48 kN/m2 ที่ไหนuc = 2cคือกำลังอัดที่ไม่ จำกัด (ใน kN/m2 หรือปอนด์/ฟุต2). สำหรับucมากกว่าค่านี้a = [0.9 + 0.3(S .)uc - 1)]/Suc​.

ปัจจัยด้านความปลอดภัยคืออะไร?

ปัจจัยด้านความปลอดภัยมีตั้งแต่ 1 ถึง 5 สำหรับการใช้งานต่างๆ ปัจจัยนี้สามารถอธิบายขนาดของความเสียหาย การเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ในโอกาสที่โครงการอาจล้มเหลว ข้อมูลดินเอง การสร้างความทนทาน และความถูกต้องของวิธีการออกแบบการวิเคราะห์

สำหรับกรณีความล้มเหลวเฉือน ปัจจัยด้านความปลอดภัยจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 1.2 ถึง 2.5 สำหรับเขื่อนและการเติม ปัจจัยด้านความปลอดภัยอยู่ในช่วง 1.2 ถึง 1.6 สำหรับกำแพงกันดิน 1.5 ถึง 2.0 สำหรับการตอกเสาเข็มเฉือน คือ 1.2 ถึง 1.6 สำหรับการขุดแบบค้ำยัน คือ 1.2 ถึง 1.5 สำหรับฐานรากแบบกระจายแรงเฉือน ปัจจัยคือ 2 ถึง 3 สำหรับฐานรากรองคือ 1.7 ถึง 2.5 โดย ความคมชัด กรณีของการรั่วซึม เมื่อวัสดุซึมผ่านรูเล็กๆ ในท่อหรือวัสดุอื่นๆ ปัจจัยด้านความปลอดภัยอยู่ในช่วง 1.5 ถึง 2.5 สำหรับการยกขึ้น และ 3 ถึง 5 สำหรับ ท่อ

วิศวกรยังใช้กฎทั่วไปสำหรับปัจจัยด้านความปลอดภัยเป็น 1.5 สำหรับกำแพงกันดินที่พลิกกลับเป็นเม็ด ทดแทน, 2.0 สำหรับการทดแทนแบบเหนียว, 1.5 สำหรับผนังที่มีแรงดันดินแบบแอคทีฟ และ 2.0 สำหรับผู้ที่มีเอิร์ ธ แบบพาสซีฟ แรงกดดัน ปัจจัยด้านความปลอดภัยเหล่านี้ช่วยวิศวกรหลีกเลี่ยงความล้มเหลวของแรงเฉือนและการซึม เช่นเดียวกับดินอาจเคลื่อนที่อันเป็นผลมาจากแบริ่งรับน้ำหนักบนดิน

การคำนวณความจุแบริ่งในทางปฏิบัติ

ด้วยผลการทดสอบ วิศวกรจะคำนวณว่าดินสามารถรับน้ำหนักได้มากเพียงใดอย่างปลอดภัย เริ่มต้นด้วยน้ำหนักที่ต้องการในการตัดเฉือนดิน เพิ่มปัจจัยด้านความปลอดภัยเพื่อให้โครงสร้างไม่เคยใช้น้ำหนักมากพอที่จะทำให้ดินเสียรูป พวกเขาสามารถปรับรอยเท้าและความลึกของฐานรากเพื่อให้อยู่ภายในค่านั้น อีกทางหนึ่ง พวกเขาสามารถบีบอัดดินเพื่อเพิ่มความแข็งแรง ตัวอย่างเช่น โดยใช้ลูกกลิ้งบดอัดวัสดุหลวมสำหรับพื้นถนน

วิธีการกำหนดความสามารถในการรับน้ำหนักของดินนั้นเกี่ยวข้องกับแรงดันสูงสุดที่ฐานรากสามารถออกสู่ดินได้เช่นนั้น ปัจจัยด้านความปลอดภัยที่ยอมรับได้ต่อความล้มเหลวของแรงเฉือนอยู่ต่ำกว่าฐานราก และค่ารวมและส่วนต่างที่ยอมรับได้คือ พบกัน

ความสามารถในการรับน้ำหนักสูงสุดคือแรงดันขั้นต่ำที่จะทำให้เกิดความล้มเหลวในการเฉือนของดินที่รองรับด้านล่างและติดกับฐานราก โดยคำนึงถึงแรงเฉือน ความหนาแน่น การซึมผ่าน แรงเสียดทานภายใน และปัจจัยอื่นๆ เมื่อสร้างโครงสร้างบนดิน

วิศวกรใช้วิจารณญาณที่ดีที่สุดกับวิธีการเหล่านี้ในการกำหนดความสามารถในการรับน้ำหนักของดินเมื่อทำการวัดและคำนวณหลายอย่างเหล่านี้ ความยาวที่มีประสิทธิภาพต้องอาศัยวิศวกรในการเลือกว่าจะเริ่มต้นและหยุดการวัดที่ใด วิธีหนึ่ง วิศวกรอาจเลือกใช้ความลึกของเสาเข็มและลบดินผิวดินที่ถูกรบกวนหรือส่วนผสมของดินออก วิศวกรอาจเลือกวัดเป็นความยาวของส่วนของเสาเข็มในดินชั้นเดียวที่ประกอบด้วยหลายชั้น

อะไรทำให้ดินเครียด?

วิศวกรจำเป็นต้องพิจารณาดินว่าเป็นส่วนผสมของอนุภาคที่เคลื่อนที่ไปรอบๆ ด้วยความเคารพซึ่งกันและกัน สามารถศึกษาหน่วยของดินเหล่านี้เพื่อทำความเข้าใจฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังการเคลื่อนไหวเหล่านี้เมื่อพิจารณา น้ำหนัก แรง และปริมาณอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับอาคารและโครงการที่วิศวกรสร้างขึ้น build พวกเขา

ความล้มเหลวของแรงเฉือนอาจเป็นผลมาจากความเค้นที่ใช้กับดินซึ่งทำให้อนุภาคต้านทานซึ่งกันและกันและกระจายตัวในลักษณะที่เป็นอันตรายต่ออาคาร ด้วยเหตุนี้วิศวกรจึงต้องระมัดระวังในการเลือกแบบและดินที่มีแรงเฉือนที่เหมาะสม

ดิMohr Circleสามารถเห็นภาพความเค้นเฉือนบนเครื่องบินที่เกี่ยวข้องกับโครงการก่อสร้างได้ Mohr Circle of Stresses ใช้ในการวิจัยทางธรณีวิทยาของการทดสอบดิน มันเกี่ยวข้องกับการใช้ตัวอย่างดินรูปทรงกระบอกเพื่อให้ความเค้นในแนวรัศมีและแนวแกนกระทำบนชั้นของดิน คำนวณโดยใช้ระนาบ นักวิจัยจึงใช้การคำนวณเหล่านี้เพื่อกำหนดความสามารถในการรับน้ำหนักของดินในฐานราก

การจำแนกดินตามองค์ประกอบ

นักวิจัยด้านฟิสิกส์และวิศวกรรมสามารถจำแนกดิน ทราย และกรวดตามขนาดและองค์ประกอบทางเคมี วิศวกรวัดพื้นที่ผิวจำเพาะขององค์ประกอบเหล่านี้เป็นอัตราส่วนของพื้นที่ผิวของอนุภาคต่อมวลของอนุภาคเป็นวิธีหนึ่งในการจำแนกประเภท

ควอตซ์เป็นส่วนประกอบที่พบบ่อยที่สุดของตะกอนและทราย และไมกาและเฟลด์สปาร์เป็นส่วนประกอบทั่วไปอื่นๆ แร่ธาตุจากดินเหนียว เช่น มอนต์มอริลโลไนต์ อิลไลต์ และไคโอลิไนต์ประกอบขึ้นเป็นแผ่นหรือโครงสร้างที่มีลักษณะคล้ายจานที่มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ แร่ธาตุเหล่านี้มีพื้นผิวจำเพาะตั้งแต่ 10 ถึง 1,000 ตารางเมตรต่อกรัมของของแข็ง

พื้นที่ผิวขนาดใหญ่นี้ทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมี แม่เหล็กไฟฟ้า และแวนเดอร์วาลส์ แร่ธาตุเหล่านี้สามารถไวต่อปริมาณของเหลวที่อาจผ่านรูขุมขนได้มาก วิศวกรและนักธรณีฟิสิกส์สามารถกำหนดประเภทของดินเหนียวที่มีอยู่ในโครงการต่างๆ เพื่อคำนวณผลกระทบของแรงเหล่านี้เพื่อนำมาพิจารณาในสมการ

ดินที่มีดินเหนียวที่มีกิจกรรมสูงอาจไม่เสถียรมากเพราะมีความไวต่อของเหลวมาก พวกเขาบวมเมื่อมีน้ำและหดตัวเมื่อไม่มี แรงเหล่านี้อาจทำให้เกิดรอยร้าวในฐานรากทางกายภาพของอาคารได้ ในทางกลับกัน วัสดุที่เป็นดินเหนียวที่มีกิจกรรมต่ำซึ่งเกิดขึ้นภายใต้กิจกรรมที่เสถียรกว่านั้นสามารถใช้งานได้ง่ายกว่ามาก

แผนภูมิกำลังการผลิตดิน

Geotechdata.info มีรายการค่าความสามารถในการรับน้ำหนักของดินที่คุณสามารถใช้เป็นแผนภูมิความสามารถในการรับน้ำหนักของดิน

  • แบ่งปัน
instagram viewer