Давление предварительного уплотнения - Википедия - Preconsolidation pressure

Давление предварительного уплотнения это максимум эффективный вертикальное напряжение покрывающих пород, которое конкретный образец почвы выдерживал в прошлом.[1] Это количество важно в геотехническая инженерия, особенно для поиска ожидаемого урегулирование фундаментов и насыпей. Альтернативные названия давления предварительного уплотнения: напряжение перед консолидацией, напряжение предварительного сжатия, напряжение перед уплотнением, и напряжение предварительной нагрузки.[2] Почва называется чрезмерно консолидированный если текущее эффективное напряжение, действующее на почву, меньше исторического максимума.

Давление предварительного уплотнения может помочь определить максимальное давление перекрывающих пород, которое может быть оказано на почву без безвозвратного изменения объема. Этот тип изменения объема важен для понимания характера усадки, образования трещин и структуры, а также сопротивления сдвиговым напряжениям.[3] Предыдущие напряжения и другие изменения в истории почвы сохраняются в структуре почвы.[4] Если нагрузка на грунт превышает этот предел, почва не сможет выдержать повышенную нагрузку, и конструкция разрушится.[4] Это нарушение может вызвать множество разных причин в зависимости от типа почвы и ее геологической истории.

Давление предварительного уплотнения нельзя измерить напрямую, но его можно оценить с помощью ряда различных стратегий. Образцы, взятые в полевых условиях, подвергаются различным испытаниям, таким как испытание на постоянную скорость деформации (CRS) или испытание на возрастающую нагрузку (IL). Эти тесты могут быть дорогостоящими из-за дорогостоящего оборудования и длительного периода времени. Каждый образец не должен быть нарушен и может пройти только одно испытание с удовлетворительными результатами.[5] Важно точно выполнить эти тесты, чтобы получить точный результат. Существуют различные методы определения давления предварительного уплотнения по лабораторным данным. Данные обычно располагаются на полулогарифмическом графике эффективный стресс (часто обозначается как σ 'vc) по сравнению с коэффициент пустотности. Этот график обычно называют кривой e log p или укрепление изгиб.

Методы

Давление предварительного уплотнения можно оценить разными способами, но не измерить напрямую. Полезно знать диапазон ожидаемых значений в зависимости от типа анализируемой почвы. Например, в образцах с естественным содержанием влаги на пределе жидкости (индекс текучести 1) предварительное уплотнение находится в диапазоне от 0,1 до 0,8 tsf, в зависимости от чувствительности почвы (определяемой как отношение невозмущенного пика недренированного сопротивления сдвигу к полностью восстановленному недренированному пределу прочности на сдвиг ).[5] Для естественной влажности на пределе пластичности (индекс ликвидности равен нулю) предварительное уплотнение составляет примерно от 12 до 25 тсф.[5]

Видеть Пределы Аттерберга для получения информации о свойствах почвы, таких как индекс ликвидности и предел жидкости.

Графический метод Артура Касагранде

Кривая уплотнения насыщенной глины, показывающая процедуру определения давления предварительного уплотнения.

Используя кривую консолидации :(Casagrande 1936)[6]

  1. Выберите на глаз точку максимальной кривизны на кривой консолидации.
  2. От этой точки проведите горизонтальную линию.
  3. Проведите касательную линию к кривой в точке, найденной в части 1.
  4. Разделите пополам угол, образованный горизонтальной линией в части 2 и касательной в части 3.
  5. Продлите «прямую часть» исходной кривой сжатия (высокое эффективное напряжение, низкий коэффициент пустотности: почти вертикальный в правой части графика) до биссектрисы в части 4.

Точка пересечения линий в части 4 и части 5 - это давление предварительного уплотнения.[7]

Грегори и др. [8] предложили аналитический метод для расчета напряжения предварительного уплотнения, который позволяет избежать субъективных интерпретаций местоположения точки максимальной кривизны (т.е. минимального радиуса кривизны). Tomás et al.[9] использовали этот метод для расчета давления предварительного уплотнения 139 ненарушенных образцов грунта для создания карт давления предварительного уплотнения Вега-Баха в Сегуре (Испания).

Оценка «наиболее вероятного» давления перед консолидацией

Используя кривую консолидации, пересеките горизонтальную часть кривой повторного сжатия и линию, касательную к кривой сжатия. Эта точка находится в диапазоне возможных давлений перед консолидацией.[4] Его можно использовать в расчетах, требующих меньшей точности, или если требуется приблизительная оценка.

См. «Моделирование изменения объема и механических свойств с помощью гидравлических моделей» Американского общества почвоведения (ссылка в ссылках), где представлена ​​более сложная математическая модель, основанная на методе Касагранде, сочетающем принципы механики почвы и гидравлики.

Механизмы, вызывающие предварительное уплотнение

Различные факторы могут привести к тому, что грунт приблизится к давлению до уплотнения:

  • Изменение общего напряжения из-за удаления покрывающей породы может вызвать давление предварительного уплотнения в грунте. Например, удаление структур или оледенение вызовут изменение общего напряжения, которое будет иметь этот эффект.
  • Изменение в давление поровой воды: Изменение уровень грунтовых вод высота Артезианский давления, глубокой откачки или потока в туннели, и высыхание из-за высыхания поверхности или жизни растений может привести к тому, что почва подвергнется давлению до уплотнения.[4][10][9]
  • Изменение структуры почвы из-за старения (вторичное сжатие ): Со временем почва затвердеет даже после высокого давления от загрузки и давление поровой воды истощились.[4][9]
  • Изменения в окружающей среде: изменения pH, температуры и концентрации соли могут привести к тому, что почва приблизится к давлению до уплотнения.[4][9]
  • Химическое выветривание: Различные типы химического выветривания вызывают давление предварительного уплотнения. Осадки, цементирующие агенты и ионный обмен - лишь несколько примеров.[4][9]

Использует

Давление предварительного уплотнения используется во многих расчетах свойств почвы, необходимых для структурный анализ и механика грунта. Одно из основных применений - прогнозирование урегулирование конструкции после загрузки.[1] Это требуется для любого строительного проекта, такого как новые здания, мосты, большие дороги и железнодорожные пути. Все это требует оценки участка перед строительством. Подготовка площадки к строительству требует первоначального сжатия почвы для подготовки к закладке фундамента. Важно знать давление предварительного уплотнения, потому что это поможет определить величину нагрузки, подходящую для площадки. Это также поможет определить, может ли повторное сжатие (после выемки грунта), если позволяют условия, проявлять объемное расширение, повторное сжатие из-за снятия нагрузки.[5] необходимо учитывать условия.

Смотрите также

Примечания

Рекомендации

  1. ^ а б Solanki, C.H .; Десаи, М. Д. (2008). «Давление предварительного уплотнения от индекса грунта и свойств пластичности». 12-я Международная конференция Международной ассоциации компьютерных методов и достижений в геомеханике. –Гоа, Индия. – 2008.. CiteSeerX  10.1.1.383.7352.
  2. ^ Dawidowski, J. B .; Кулен, А. Дж. (1994). «Компьютерное определение напряжения предварительного уплотнения при испытании на уплотнение полевых образцов керна». Исследования почвы и обработки почвы. 31 (2): 277–282. Дои:10.1016/0167-1987(94)90086-8.
  3. ^ Баумгартл, Т., и Б. Кёк. «Моделирование изменения объема и механических свойств с помощью гидравлических моделей».
  4. ^ а б c d е ж грамм Хольц, Роберт Д. Ковач, Уильям Д. «Введение в геотехническую инженерию».
  5. ^ а б c d UFC. «Механика грунтов». Руководство по ремонту и обслуживанию.
  6. ^ Касагранде, Артур (1936). «Определение нагрузки предварительного уплотнения и ее практическое значение». Материалы международной конференции по механике грунтов и фундаментостроению.. 3. Кембриджский Гарвардский университет. С. 60–64.
  7. ^ Месри, Г. Пек, Р. Б. Терзаги, К. «Механика грунтов в инженерной практике». John Wiley & Sons, Inc. (1996). Нью-Йорк. (стр.195).
  8. ^ Gregory, A. S .; Whalley, W. R .; Watts, C.W .; Bird, N.R.A .; Hallett, P.D .; Уитмор, А. П. (1 августа 2006 г.). «Расчет индекса сжатия и предварительного сжатия по данным испытаний на сжатие грунта». Исследования почвы и обработки почвы. 89 (1): 45–57. Дои:10.1016 / j.still.2005.06.012.
  9. ^ а б c d е Tomás, R .; Domenech, C .; Мира, А .; Cuenca, A .; Дельгадо, Дж. (22 мая 2007 г.). «Напряжение предварительного уплотнения в районах Вега Баха и Медиа реки Сегура (юго-восток Испании): причины и взаимосвязь с изменениями пьезометрического уровня». Инженерная геология. 91 (2–4): 135–151. Дои:10.1016 / j.enggeo.2007.01.006.
  10. ^ Tomás, R .; Domenech, C .; Мира, А .; Cuenca, A .; Дельгадо, Дж. (22 мая 2007 г.). «Напряжение предварительного уплотнения в районах Вега Баха и Медиа реки Сегура (юго-восток Испании): причины и взаимосвязь с изменениями пьезометрического уровня». Инженерная геология. 91 (2–4): 135–151. Дои:10.1016 / j.enggeo.2007.01.006.