Dirvožemio deformacijos procesas
Kai tik pabrėžiama dirvožemio masė, ji deformuojasi. Deformacija gali būti iškraipymo arba dirvožemio masės pasikeitimo forma. Kaip ir natūralios nuosėdos, dirvožemio masė yra ribojama visomis pusėmis, todėl formos pasikeitimas, ty dirvožemio iškraipymas, neįmanoma. Vienintelė galimybė yra tūrio pasikeitimas, ty dirvožemio suspaudimas.
Įkeliant dirvožemio suspaudimą dėl:
i) Kietų grūdų suspaudimas
ii) Porų vandens ir oro suspaudimas
iii) vandens ir oro pašalinimas iš dirvožemio masės. Esant tipiškoms inžinerinėms apkrovoms, dirvožemio kietųjų dalelių suspaudimas ir vandens užpilimas nereikšmingu.
Todėl didžiausią pakrauto dirvožemio kiekio pasikeitimą sudaro oro suspaudimas ir oro bei vandens pašalinimas iš tuštumų. Šiuos apimties pokyčius gali parodyti du skirtingi procesai. Tankinimas ir konsolidavimas.
Tankinimas:
Tankinimas - tai procesas, kurio metu dirvožemio dalelės yra glaudžiau tarpusavyje supakuotos mechaninėmis priemonėmis, ty dinamiška apkrova, pvz., Valcavimas, tempimas ir vibracija. Vandens kiekis sumažėja mažai arba visai nėra.
Konsolidavimas:
Konsolidavimas yra procesas, kurio metu dirvožemio dalelės glaudžiau supakuojamos per tam tikrą laiką, taikant nuolatinį spaudimą, ty statinį krūvį. Tai pasiekiama daugiausia palaipsniui išleidžiant vandenį iš dirvožemio porų. Konsolidavimas vyksta prisotintoms arba beveik prisotintoms molims ar kitiems žemo pralaidumo dirvožemiams.
Konsolidavimo testas:
Norint prognozuoti konsolidaciją gyvenvietėje, turime žinoti dirvožemio įtempių ir deformacijų savybes (ty santykį tarp efektyvaus slėgio ir tuščio santykio). Tai paprastai reiškia, kad dirvožemio mėginys į laboratoriją įkeliamas į kelis krovinius ir matuojama atitinkama gyvenvietė. Šis testas vadinamas konsolidavimo bandymu. Bandymo aparatas vadinamas konsolidometru.
6.1 (a) ir (b) paveiksle pavaizduotas fiksuoto žiedo tipas ir plūduriuojančio žiedo tipas. Fiksuoto žiedo tipui leidžiama judėti žemyn tik viršutinis akytasis akmuo, o plaukiojančiame žiede - ir viršutiniai, ir apatiniai akytieji akmenys. Mėginio pralaidumas bet kuriame pakrovimo etape gali būti matuojamas tik fiksuotame žiede. Mėginio suspaudimas matuojamas paspaudimo gabaritu, sumontuotu prie pakrovimo dangtelio. Mėginiui leidžiama pastatyti vertikalaus slėgio, pvz., 0, 1, 0, 2, 0, 5, 1, 2, 4, 8 ir 10 kg / cm2, skaičių.
Vertikalaus slėgio pasirinkimas daugiausia priklauso nuo laukiamo vietos slėgio, įskaitant slėgio perkrovą. Tradiciniuose bandymuose naudojamas vieningumo apkrovos padidėjimo santykis (LIR). Vienybės LIR reiškia, kad kiekvieną kartą apkrova yra padvigubinta. Kiekvienas slėgio padidėjimas palaikomas 24 valandas. Mėginys sujungia laisvą drenažą, atsirandantį iš viršaus ir apačios. Skambučio matuoklio rodmenys pažymėti 30 sek, 1, 2, 4, 8, 15, 30 min, 1 val., 2, 4, 8 ir 24 val.
Kai konsolidavimas pagal galutinį slėgį yra baigtas, mėginys iškraunamas ir leidžiamas išsipūsti. Rezultatai pateikiami pusiau log grafikiniame popieriuje, kurio slėgis rąstų skalėje yra abscisoje, ir atitinkamas tuščiasis santykis kaip ordinatas tiesinėje skalėje. Tuščiasis santykis, atitinkantis kiekvieną taikomą LIR, apibrėžiamas kaip slėgis gali būti apskaičiuojamas pagal skaitiklio rodmenų rodmenis, o bandinio pabaigoje paimama bandinio sausoji masė.
Voidinio santykio nustatymas pagal sauso svorio metodą:
Šis metodas taikomas tiek sotiems, tiek iš dalies prisotintiems mėginiams.
Leiskite M s = bandinio sausos masės bandymo pabaigoje
A = bandinio plotas
G = Sp. dirvožemio sunkumas
Tada lygiavertis dirvožemio kietosios medžiagos „H S “ storis apskaičiuojamas taip:
Kompresijos kreivės, kurios gali būti gautos iš molio mėginio, yra parodyta 6.3 paveiksle.
Sustiprinus bandinį iki slėgio taško Q, mėginiui leidžiama išplėsti slėgio sumažėjimu. Plėtimo metu mėginys niekada nepradeda grįžti prie pradinio tūrio dėl nuolatinio suspaudimo. Perkraunant, gaunama suslėgimo kreivė RS.
Kai pasiekiamas ankstesnis slėgis, atitinkantis 0 punktą, recompresijos kreivė turi šiek tiek mažesnį tuščiojo santykio koeficientą. Bandymas tęsiamas toliau didinant slėgį, gauta kreivė yra daugiau ar mažiau pradinės PQ dalies pailgėjimas. 6.3 (b) paveiksle parodyta efektyvaus slėgio ir tuščio santykio diagrama pusiau log grafiko popieriuje. Tiesios dalys P 1 Q 1 ir S 1 T 1 abiejose O 1 pusėse vadinamos neapdorota suspaudimo kreive.
Kompresyvumo koeficientas:
Suspaudimo koeficientas „a V “ apibrėžiamas kaip tuščio santykio sumažėjimas vienam slėgio padidėjimui.
kur e 0 ir e yra tuščiosios vertės konsolidacijos pradžioje ir pabaigoje esant slėgio padidėjimui ∆σ '. Neigiamas ženklas rodo, kad e sumažėja kaip σ didėja.
Tūrio suslėgimo koeficientas (m V )
[Kiekio keitimo reikalavimas]
Tūrio pokyčio koeficientas yra dirvožemio tūrio pokytis per vieneto pradinio tūrio vieneto slėgio padidėjimą. M v vienetas yra toks pat, kaip ir v
kai dirvožemis yra šoniniu būdu apribotas, tūrio pokytis yra proporcingas thicknessH storio pokyčiui ir pradinis tūris yra proporcingas pradiniam storiui H 0 . Todėl eqn. i) tampa
mv = ∆H / H 0 - 1 / ∆σ
Storio padidėjimas, ∆H dėl slėgio padidėjimo yra nustatomas pagal
∆H = - m v H o ∆σ
Kompresijos indeksas (c c )
Tai yra e vs log σ kreivės linijinės dalies nuolydis ir yra be matmens.
Linijinei kreivės daliai:
Konsolidavimo koeficientas:
Tai yra santykis tarp pralaidumo koeficiento ir tūrio pokyčio koeficiento produkto su vandens masės vienetais. Jis žymimas kaip cv = K / m v γ w
kur K = pralaidumo koeficientas
γw = vandens vieneto svoris
C v = konsolidavimo koeficientas
m V = tūrio pokyčio koeficientas
Konsolidavimo koeficientas rodo bendrą dirvožemio suslėgimo ir pralaidumo poveikį tūrinio kiekio pokyčiams.
Konsolidavimo koeficientas taip pat gali būti apskaičiuojamas pagal toliau pateiktą santykį.
Tv = c v t / d 2
kur T v = laiko faktorius, kuris yra konsolidacijos laipsnio funkcija
t = konsolidavimui skirtas laikas
d = Drenažo kelias dvigubai drenažo sąlygai d = H / 2
Kadangi Tv yra pastovus tam tikram koncentracijos laipsniui ir atsižvelgiant į nagrinėjamos problemos ribines sąlygas, laikas, reikalingas tam tikram konsolidavimo laipsniui „U“ pasiekti, yra tiesiogiai proporcingas jo drenažo kelio kvadratui ir atvirkščiai proporcingas koeficientui. konsolidavimas. Tam tikram dirvožemiui esant tam tikram tuščiajam santykiui, c v didėja didėjant konsolidavimo slėgio dydžiui.
Nerealiojo dirvožemio konsolidavimas:
Atsižvelgiant į konsolidacijos istoriją, dirvožemio nuosėdos gali būti suskirstytos į tris klases:
i) Iki konsolidavimo dirvožemio arba per konsolidavimo dirvožemį.
ii) Paprastai konsoliduotas dirvožemis.
iii) Pagal konsoliduotą dirvožemį.
(1) Prieš konsoliduotą dirvožemį:
Manoma, kad molis yra iš anksto konsoliduotas, jei visada buvo veikiamas slėgis, didesnis nei dabartinis perkrovos slėgis.
Dirvožemis gali būti iš anksto įtvirtintas struktūriniu krūviu, kuris neegzistuoja, arba iš lydyto ledo lapo svorio.
ii) Paprastai konsoliduotas dirvožemis:
Dirvožemis, kurio niekada nebuvo veikiamas efektyvus slėgis, didesnis už dabartinį slėgį, vadinamas normaliu dirvožemiu. Dirvožemį visiškai sutvirtina esamas viršslėgio slėgis.
iii) Pagal konsoliduotą dirvožemį:
Dirvožemis, kuris nėra visiškai įtvirtintas dabartiniu perpildymo slėgiu, vadinamas konsoliduotu dirvožemiu.
Per konsolidavimo santykis (OCR):
Tai yra pirminio konsolidavimo slėgio ir dabartinio efektyvaus perkrovos slėgio santykis.
OCR = išankstinio konsolidavimo slėgis / dabartinis perkrovos slėgis
OCR> 1 rodo normalų molį.
OCR> 1 rodo virš konsoliduotą molį
Konsolidavimo veiksniai:
Su konsolidavimu susiję veiksniai yra šie:
a) molio sluoksnio storis;
b) Drenažo kelio skaičius
c) Pralaidumo koeficientas
d) Konsolidavimo koeficientas
e) įtvirtinimo slėgio dydis ir pasiskirstymo per sluoksnio storį būdas.
f) Laiko faktorius
a) molio sluoksnio storis: \ t
Jei storis yra didesnis, sluoksnio įtvirtinimas labiau priklausys nuo slėgio.
b) Drenažo kelio skaičius:
Drenažo kelias yra didžiausias atstumas, kurį vandens dalelės turi nuvažiuoti, kad pasiektų laisvą drenažo sluoksnį. Jei drenažo kelias yra didesnis nei vandens dalelių atstumas, tai sumažėja proporcingumas, o iš dirvožemio sluoksnio išeis vanduo, sukeldamas konsolidaciją. Todėl daugiau drenažo tako, tuo labiau bus konsolidavimas.
c) Pralaidumo koeficientas:
Jei dirvožemio pralaidumo koeficientas yra didesnis, vanduo lengviau išeis iš dirvožemio porų, todėl konsolidavimas bus daugiau.
d) Konsolidavimo koeficientas:
Konsolidavimo koeficientas yra tiesiogiai proporcingas konsolidacijos laipsniui, taigi, jei konsolidavimo koeficientas yra didesnis, dirvožemio konsolidavimas bus didesnis.
e) Konsoliduojamo slėgio dydis ir jo pasiskirstymas:
Dirvožemio įtvirtinimą labai paveikė įtempimas ir jo pasiskirstymas. Jei konsolidavimo spaudimas yra didesnis ir jis yra tolygiai paskirstytas visame rajone, konsolidavimas bus daugiau.
f) Laiko faktorius:
Iš konsolidavimo lygties, ty Tv = C v t / d 2, aišku, kad konsolidavimo koeficientas (Cv) yra tiesiogiai proporcingas laiko faktoriui (T V ). Jei laiko veiksnys yra labiau konsoliduotas bus daugiau.
Iš viso atsiskaitymų:
Bendras prisotinto dirvožemio sluoksnio suspaudimas ilgą laiką esant statinei apkrovai vadinamas visišku atsiskaitymu. Jį žymi S.
S = S i + S c + S s
S i = tiesioginis atsiskaitymas
Sc = konsolidavimas arba pirminis atsiskaitymas
Ss = antrinis atsiskaitymas
Skubus atsiskaitymas:
Tai gyvenvietės dalis, kuri atsiranda iškart po apkrovos. Tai daugiausia dėl tiesioginio dirvožemio sluoksnio suspaudimo nekvalifikuotoje būsenoje. Skubus atsiskaitymas yra labai mažas, palyginti su pirminiu atsiskaitymu.
Konsolidavimo atsiskaitymo opcija:
Tai yra gyvenvietės dalis, kurioje yra pašalinamas porų vanduo iš dirvožemių tuštumų. Šis procesas sumažina tuštumų tūrį.
Konsolidavimo atsiskaitymas Sc gali būti apskaičiuojamas bet kuriuo iš šių būdų:
i) Remiantis tūrio pokyčio koeficientu, m v
Konsoliduojančio sluoksnio paviršiaus judėjimas yra vadinamas konsolidavimu. Šį judėjimą lemia prisotinto dirvožemio masės sumažėjimas esant apkrovai.
Antrinis atsiskaitymas:
Tai yra dėl dalelių pertvarkymo, šliaužimo ir organinių medžiagų skilimo. Tai nereikalauja porų vandens pašalinimo. Antrinis gyvenvietė smėliuose ir žvyruose yra nereikšminga, tačiau gali būti didelė plastikiniuose moliuose, organiniuose dirvožemiuose ir sanitariniame lygmenyje.
Vienodas atsiskaitymas:
Jei dirvožemio masė žemiau struktūros suspausto tolygiai, tada struktūros atsiskaitymas yra vienodas. Tai vadinama vienodu atsiskaitymu. Tvirtos linijos diagrama (6.6 pav.) Rodo konstrukcijos būklę prieš atsiskaitymą, o taškinė linija rodo būklę po atsiskaitymo.
Jei konstrukcija turi standų pagrindą, ji yra vienodai išdėstyta.
Diferencijuotas atsiskaitymas:
6.8 pav. Pavaizduota visiškai lanksčios, apkrovos ploto B slėgio lemputė. Sukeltos vertikalios įtampos, esančios žemiau apkrovos ploto centrinės linijos, vertė visada yra didesnė už jos vertę tuo pačiu gylyje, esančiame žemiau pakrauto ploto krašto. Dėl šio skirtumo, kurį sukelia stresas, gyvenvietė yra labiau centre nei krašte.
Kadangi atsiskaitymas yra nevienodas, tai vadinama skirtingu atsiskaitymu. Diferencinis atsiskaitymas yra skirtumas tarp dviejų fondų atsiskaitymo tarp dviejų fondų taškų. Tai daugiausia susiję su dirvožemio nevienodumu, struktūrinių apkrovų skirtumais ir kt.
Atsiskaitymo norma:
Atsiskaitymo norma - tai laikas, kai įvyksta tam tikras procentas viso atsiskaitymo.
Atsiskaitymo norma priklauso nuo šių veiksnių:
i) Dirvožemio sluoksnio storis
ii) dirvožemio pralaidumas
iii) drenažo paviršių skaičius
iv) Taikomos apkrovos dydis.
Atsiskaitymo norma gali būti apskaičiuojama naudojant šią formulę
(i) T = C v t / h 2
kur T = laiko faktorius
C v = konsolidavimo koeficientas
h = ilgiausio drenažo kelio ilgis
Atsiskaitymas dėl statybos darbų ir vandens lygio sumažinimo:
Dirvožemio kasimas sukelia aplinkinių dirvožemių judėjimą į kasimą, kuris sukelia žemės paviršiaus atsiskyrimą greta kasimo. Atsiskaitymas gali įvykti beveik dvigubai daugiau nei kasinėjimų gylis atvirose kasyklose. Tuneliu metu gali atsirasti žemės paviršiaus virš tunelio. Susižalojusiose zonose esančių konstrukcijų pamatai gali judėti, dėl to konstrukcijos gali būti pakreiptos arba atsiranda įtrūkimų.
Siekiant sumažinti žalą gretimoms konstrukcijoms, atsakingas geotektoninis inžinierius pasirenka kasimo būdą, kuris sumažina dirvožemio judėjimą. Prieš tuneliavimą atliekamos pamatų apsauginės priemonės, skirtos dirvožemio injektavimui, kuris sumažina dirvožemio judėjimą tuneliu ir sumažina paviršiaus nutekėjimą.
Laisvos, prisotintos ir šiurkščios grūdėtos dirvos suspaustos statybinių operacijų metu susidariusiomis vibracijomis, dėl kurių pastebimai sumažėja žemės paviršius. Pagrindinis pastatų virpesių šaltinis yra polių važiavimas, mechaninis griovimas, sprogstamasis griovimas ir pan. Iki šiol apsaugos priemonės buvo pagrįstos virpesių sukeltu didžiausiu dalelių greičiu ir jo mažėjimu, atstumu nuo šaltinio. Dabar kuriamos racionalesnės gairės.
Vandens stalo nuleidimas padidina efektyvų dirvožemio svorį, kuris iš pradžių yra žemiau vandens stalo, kuris gali sukelti didelį atsiskaitymą tiek išvalytoje zonoje, tiek žemiau esančiame dirvožemyje. Šis efektyvaus slėgio padidėjimas sukelia atsiskyrimą laisvo smėlio. Molio dirvožemyje efektyvaus slėgio padidėjimas sukels didelį atsiskaitymą, nes molis yra labai suspaustas.
Heaving:
Į viršų augantis dirvožemio judėjimas vadinamas pakilimu. Sunkumo problema kyla, kai dirvožemis plečiasi dėl sumažėjusio slėgio ar vandens kiekio. Dideliame gręžimo požymyje pastebimas ekspansyvus dirvožemis. Svarbi problema yra ypač dažna sausuose regionuose. Tokiose vietovėse dirvožemiai sausai ir susitraukia sausų orų metu ir plečiasi, kai atsiranda drėgmė.
Vietose, kur dirvožemis užšaldomas, dėl požeminio ledo susidaro žemė, o šis reiškinys vadinamas šalčio užšalimu.
Šaltinis užšalęs daugiausia dėl šių priežasčių:
i) Kai dirvožemis užšalęs, užpilkite vandenį maždaug 9% tūrio ir dirvožemis išplečia 4% tūrio. Tokie karštai yra gana vienodi ir sąlygoja mažai žalos.
(ii) Jei gruntinio vandens lygis yra aukštas, kapiliarinis veiksmas gali pritraukti vandenį iki įšaldytos zonos, kur jis sudaro ledo linijas, kaip parodyta 6.11 paveiksle. Šis mechanizmas gali perkelti didelius vandens kiekius ir sugebėti pagaminti 12 ar daugiau colių žemės paviršių. Tokie karštai yra labai netaisyklingi ir gali sukelti didelę žalą civilinės inžinerijos darbams.
Dažniausiai susiduriama su lengvomis konstrukcijomis, pvz., Mažais pastatais, kelio dangos, užtvankomis, išsiliejimais ir tt
Creep:
Creep yra lėtas ir ilgalaikis dirvožemio judėjimas stačiuose šlaituose. Paprastai judėjimas yra apie milimetrų per metus. Jis atsiranda dėl sunkio sukeltų nuolydžio šlyties įtempių, šalčio veikimo, molio išplitimo ir susitraukimo. Jei sluoksnio įtempis molyje viršija 70% šlyties stiprumo, pradeda atsirasti lėtai šlyties judesiai arba šliaužimas.
Kai kurie moliai pasižymi dideliu šliaužimu, jei šlyties įtempis viršija 50% šlyties stiprumo. Šlaitas tęsiasi iki 0, 3–3 m gylio, o didžiausias poslinkis įvyksta ant žemės paviršiaus. Trumpalaikėje perspektyvoje šliaužimas konstrukcijose yra nereikšmingas, tačiau ilgainiui šliaužimas gali sukelti reikšmingų tokių dirvožemių struktūrų iškraipymų. Dėl šliaužimo dirvožemis juda žemyn, gamindamas medžiagą, kuri yra mažesnė už pagrindinį dirvožemį. Šis šliaužimas yra viena iš priežasčių, kodėl molio dirvožemiuose reikia didesnio saugumo veiksnio.
