วิธีการคำนวณความจุแบริ่งของดิน

เนื้อหา

• สูตรสำหรับความจุแบริ่งของดิน
• วิธีการหาค่าความจุแบริ่งของดิน
• ปัจจัยด้านความปลอดภัยคืออะไร?
• การคำนวณในทางปฏิบัติของความจุแบริ่ง
• อะไรทำให้ดินมีความตึงเครียด?
• การจำแนกดินตามองค์ประกอบ
• แผนภูมิความจุแบริ่งของดิน

กำลังแบกของดิน ได้รับจากสมการ Q = Q_ยู/ FS ซึ่งใน Q เป็นความจุแบริ่งที่อนุญาต (เป็น kN / m² หรือ lb / ft²), Q_ยู เป็นความสามารถในการรับน้ำหนักสูงสุด (เป็น kN / m² หรือ lb / ft²) และ FS เป็นปัจจัยด้านความปลอดภัย ความสามารถในการรับน้ำหนักสูงสุด Q_ยู เป็นขีด จำกัด ทางทฤษฎีของความจุแบริ่ง

เช่นเดียวกับที่หอเอนเมืองปิซาเอนเนื่องจากความผิดปกติของดินวิศวกรใช้การคำนวณเหล่านี้เมื่อพิจารณาน้ำหนักของอาคารและบ้าน ในขณะที่วิศวกรและนักวิจัยวางรากฐานพวกเขาจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าโครงการของพวกเขานั้นเหมาะสมที่สุดสำหรับพื้นที่ที่รองรับ ความจุแบริ่งเป็นวิธีหนึ่งในการวัดความแข็งแรงนี้ นักวิจัยสามารถคำนวณความสามารถในการรับน้ำหนักของดินโดยการกำหนดขีด จำกัด แรงดันสัมผัสระหว่างดินกับวัสดุที่วางไว้

การคำนวณและการวัดเหล่านี้ดำเนินการในโครงการที่เกี่ยวข้องกับฐานรากของสะพานกำแพงกันดินเขื่อนและท่อที่วิ่งใต้ดิน พวกเขาพึ่งพาฟิสิกส์ของดินโดยการศึกษาธรรมชาติของความแตกต่างที่เกิดจากแรงดันน้ำของวัสดุที่เป็นรากฐานและความเครียดที่มีประสิทธิภาพระหว่างเม็ดระหว่างอนุภาคดินตัวเอง พวกเขายังขึ้นอยู่กับกลศาสตร์ของช่องว่างระหว่างอนุภาคดิน บัญชีนี้สำหรับการแตกร้าวซึมและความต้านทานแรงเฉือนของดินเอง

ส่วนต่อไปนี้จะกล่าวถึงรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการคำนวณและการใช้งาน

สูตรสำหรับความจุแบริ่งของดิน

ฐานรากตื้นรวมถึงฐานรากแถบ, ฐานรากสี่เหลี่ยมและฐานรากวงกลม ความลึกมักจะอยู่ที่ 3 เมตรและยอมให้ผลลัพธ์ที่ถูกกว่าเป็นไปได้และถ่ายโอนได้ง่ายขึ้น

Terzaghi สุดยอดทฤษฎีความจุแบริ่ง กำหนดว่าคุณสามารถคำนวณความสามารถในการรับน้ำหนักสูงสุดสำหรับฐานรากแบบตื้นต่อเนื่อง Q_ยู กับ Q_ยู = c N_ค + g D N_Q + 0.5 g B N_ก. ซึ่งใน ค คือการรวมตัวของดิน (เป็น kN / m² หรือ lb / ft²), ก. คือหน่วยน้ำหนักที่มีประสิทธิภาพของดิน (เป็น kN / m³ หรือ lb / ft³), D คือความลึกของฐานราก (เป็น m หรือฟุต) และ B คือความกว้างของฐานราก (เป็น m หรือ ft)

สำหรับฐานสี่เหลี่ยมจัตุรัสตื้น ๆ สมการคือ Q_ยู กับ Q_ยู = 1.3c N_ค + g D N_Q + 0.4 g B N_ก. และสำหรับฐานรากวงกลมตื้นสมการคือ Q_ยู = 1.3c N_ค + g D N_Q + 0.3 g B N_ก.. ในบางรูปแบบ g จะถูกแทนที่ด้วย γ.

ตัวแปรอื่น ๆ ขึ้นอยู่กับการคำนวณอื่น ๆ ยังไม่มีข้อความ_Q คือ อี^{2π (.75-ф / 360) tanф} / 2cos2 (45 + ф / 2), ยังไม่มีข้อความ_ค คือ 5.14 สำหรับ ф = 0 และ ยังไม่มีข้อความ_Q-1 / tanф สำหรับค่าอื่น ๆ ทั้งหมดของф อึ้ง คือ tanф (K_PG/ cos2ф - 1) / 2.

K_PG จะได้รับจากการกราฟปริมาณและกำหนดค่าของ K_PG บัญชีสำหรับแนวโน้มที่สังเกต บางคนใช้ ยังไม่มีข้อความ_ก. = 2 (N_Q+1) tanф / (1 + .4sin4ф) _ เป็นการประมาณโดยไม่จำเป็นต้องคำนวณ _KPG

อาจมีสถานการณ์ที่ดินแสดงสัญญาณของท้องถิ่น แรงเฉือนล้มเหลว. ซึ่งหมายความว่ากำลังของดินไม่สามารถแสดงความแข็งแรงเพียงพอสำหรับฐานรากได้เนื่องจากความต้านทานระหว่างอนุภาคในวัสดุไม่ดีพอ ในสถานการณ์เหล่านี้ฐานรากกำลังสองของกำลังการผลิตสูงสุดคือ Q_ยู = .867c N_ค + g D N_Q + 0.4 g B N_ก. , รากฐานอย่างต่อเนื่อง i_s_ Qu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0.5 g B Ng และฐานรากวงกลมคือ Q_ยู = .867c N_ค + g D N_Q + 0.3 g B N___ก..

วิธีการหาค่าความจุแบริ่งของดิน

รากฐานที่ลึกรวมถึงรากฐานของท่าเรือและ caissons สมการสำหรับการคำนวณความสามารถในการรับน้ำหนักสูงสุดของดินประเภทนี้คือ Q_ยู = Q_พี + Q_ฉ _in ใด _Q_ยู เป็นความสามารถในการรับน้ำหนักสูงสุด (เป็น kN / m² หรือ lb / ft²), Q_พี เป็นความจุแบริ่งเชิงทฤษฎีสำหรับส่วนปลายของรากฐาน (เป็น kN / m² หรือ lb / ft²) และ Q_ฉ คือความจุแบริ่งตามทฤษฎีเนื่องจากความเสียดทานเพลาระหว่างเพลากับดิน นี่เป็นอีกสูตรสำหรับความสามารถในการรับน้ำหนักของดิน

คุณสามารถคำนวณรากฐานกำลังการผลิตแบริ่ง (ปลาย) ทฤษฎี Q_พี เช่น Q_พี = A_พีQ_พี ซึ่งใน Q_พี คือความจุแบริ่งตามทฤษฎีสำหรับตลับลูกปืนปลาย (เป็น kN / m² หรือ lb / ft²) และ _พี เป็นพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพของปลาย (เป็นเมตร² หรือฟุต²).

ความจุแบริ่งทิปเชิงทฤษฎีของดินตะกอนน้อยกว่าการเกาะติดกัน Q_พี คือ QDN_Q และสำหรับดินเหนียว 9c, (ทั้งในหน่วย kN / m² หรือ lb / ft²). D_ค เป็นความลึกที่สำคัญสำหรับกองในตะกอนหรือทรายที่หลวม (เป็น m หรือฟุต) นี้ควรจะเป็น 10B สำหรับตะกอนและทรายที่หลวม 15B สำหรับตะกอนความหนาแน่นปานกลางและหาดทรายและ 20B สำหรับตะกอนและทรายที่หนาแน่นมาก

สำหรับความสามารถในการเสียดสีของผิว (เพลา) ของฐานรากความจุแบริ่งตามทฤษฎี Q_ฉ คือ _ฉQ_ฉ สำหรับชั้นดินที่เป็นเนื้อเดียวกันและ PSQ_ฉL สำหรับดินมากกว่าหนึ่งชั้น ในสมการเหล่านี้ _ฉ _ เป็นพื้นที่ผิวที่มีประสิทธิภาพของเพลาเสาเข็ม _q_ฉ คือ kstan (ง)ความจุแรงเสียดทานเชิงทฤษฎีสำหรับดินที่ไม่เกาะกันเป็นก้อน (เป็น kN / m² หรือ lb / ft) k คือความดันโลกด้านข้าง s เป็นแรงดันภาระหนักที่มีประสิทธิภาพและ d คือมุมเสียดทานภายนอก (เป็นองศา) S คือผลรวมของชั้นดินที่แตกต่างกัน (เช่น ₁ + ₂ + .... + _n).

สำหรับตะกอนความสามารถทางทฤษฎีนี้คือ ค + kstan (ง) ซึ่งใน ค คือการยึดเกาะ มันเท่ากับ C, การรวมตัวกันของดินสำหรับคอนกรีตหยาบเหล็กเป็นสนิมและโลหะลูกฟูก สำหรับคอนกรีตผิวเรียบค่าคือ .8c ไปยัง คและสำหรับเหล็กที่สะอาด .5c ไปยัง .9c. พี คือขอบเขตของส่วนข้ามกอง (ใน m หรือฟุต) L คือความยาวที่มีประสิทธิภาพของกอง (เป็น m หรือฟุต)

สำหรับดินเหนียว Q_ฉ = aS_ยู ซึ่ง a คือปัจจัยยึดติดที่วัดได้เป็น 1-0.1 (S_UC)² สำหรับ S_UC น้อยกว่า 48 kN / m² ที่ไหน S_UC = 2c คือความแรงของการบีบอัดที่ไม่ได้กำหนด (เป็น kN / m² หรือ lb / ft²) สำหรับ S_UC มากกว่าค่านี้ a = / S_UC.

ปัจจัยด้านความปลอดภัยคืออะไร?

ปัจจัยด้านความปลอดภัยอยู่ในช่วง 1 ถึง 5 สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย ปัจจัยนี้สามารถอธิบายขนาดของความเสียหายการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ในโอกาสที่โครงการอาจล้มเหลวข้อมูลดินเองการสร้างความทนทานและความแม่นยำของวิธีการออกแบบการวิเคราะห์

สำหรับอินสแตนซ์ของความล้มเหลวเฉือนปัจจัยด้านความปลอดภัยแตกต่างกันไป 1.2 ถึง 2.5 สำหรับเขื่อนและเติมปัจจัยความปลอดภัยอยู่ในช่วง 1.2 ถึง 1.6 สำหรับกำแพงกันดิน 1.5 ถึง 2.0 สำหรับการตัดแผ่นชีทเฉือนคือ 1.2 ถึง 1.6 สำหรับการขุดแบบค้ำยัน 1.2 ถึง 1.5 สำหรับการกระจายฐานรากแรงเฉือนคือ 2 ถึง 3 สำหรับฐานรากของแผ่นปูที่ 1.7 ถึง 2.5 ในทางตรงกันข้ามอินสแตนซ์ของความล้มเหลวในการซึมเนื่องจากวัสดุซึมผ่านรูเล็ก ๆ ในท่อหรือวัสดุอื่น ๆ ปัจจัยด้านความปลอดภัยมีตั้งแต่ 1.5 ถึง 2.5 สำหรับการยกขึ้นและ 3 ถึง 5 สำหรับการวางท่อ

วิศวกรยังใช้กฎของหัวแม่มือสำหรับปัจจัยด้านความปลอดภัยเช่น 1.5 สำหรับกำแพงกันดินที่คว่ำด้วยเม็ดละเอียด, 2.0 สำหรับดินเหนียวทดแทน, 1.5 สำหรับผนังที่มีแรงดันดินที่ใช้งานและ 2.0 สำหรับผู้ที่มีแรงดันดินไหว ปัจจัยด้านความปลอดภัยเหล่านี้ช่วยให้วิศวกรหลีกเลี่ยงแรงเฉือนและการรั่วไหลของการรั่วไหลรวมถึงดินอาจเคลื่อนที่เนื่องจากตลับลูกปืนรับน้ำหนัก

การคำนวณในทางปฏิบัติของความจุแบริ่ง

ด้วยผลการทดสอบวิศวกรคำนวณว่าดินสามารถรับภาระได้มากน้อยเพียงใด เริ่มต้นด้วยน้ำหนักที่จำเป็นสำหรับการตัดดินพวกเขาเพิ่มปัจจัยความปลอดภัยเพื่อให้โครงสร้างไม่เคยใช้น้ำหนักเพียงพอที่จะทำให้เสียโฉมดิน พวกเขาสามารถปรับเท้าและความลึกของมูลนิธิให้อยู่ในค่านั้น อีกวิธีหนึ่งคือพวกเขาสามารถบีบอัดดินเพื่อเพิ่มความแข็งแรงตัวอย่างเช่นการใช้ลูกกลิ้งเพื่อเติมวัสดุที่มีขนาดกะทัดรัดหลวมสำหรับถนน

วิธีการกำหนดความสามารถในการรับน้ำหนักของดินนั้นเกี่ยวข้องกับแรงดันสูงสุดที่ฐานรากสามารถออกแรงลงบนดินได้ซึ่งปัจจัยด้านความปลอดภัยที่ยอมรับได้ต่อการเกิดความล้มเหลวของการเฉือนนั้นต่ำกว่าฐาน

กำลังการผลิตแบริ่งขั้นสุดท้ายคือความดันขั้นต่ำที่จะทำให้แรงเฉือนของดินรองรับต่ำลงทันทีและติดกับฐานราก พวกเขาคำนึงถึงความต้านทานแรงเฉือนความหนาแน่นการซึมผ่านแรงเสียดทานภายในและปัจจัยอื่น ๆ เมื่อสร้างโครงสร้างบนดิน

วิศวกรใช้ดุลยพินิจที่ดีที่สุดกับวิธีการเหล่านี้ในการกำหนดความสามารถในการรับน้ำหนักของดินเมื่อทำการวัดและคำนวณจำนวนมาก ความยาวที่มีประสิทธิภาพต้องใช้วิศวกรทำการเลือกเกี่ยวกับตำแหน่งที่จะเริ่มและหยุดการวัด วิศวกรอาจเลือกใช้ความลึกของเสาเข็มและลบดินที่ถูกรบกวนใด ๆ หรือส่วนผสมของดิน วิศวกรอาจเลือกที่จะวัดความยาวของส่วนของเสาเข็มในชั้นดินชั้นเดียวของดินที่ประกอบด้วยหลายชั้น

อะไรทำให้ดินมีความตึงเครียด?

วิศวกรจำเป็นต้องคำนึงถึงดินเป็นส่วนผสมของอนุภาคบุคคลที่เคลื่อนที่ไปมาด้วยความเคารพซึ่งกันและกัน หน่วยของดินเหล่านี้สามารถศึกษาเพื่อทำความเข้าใจฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังการเคลื่อนไหวเหล่านี้เมื่อพิจารณาน้ำหนักแรงและปริมาณอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับอาคารและวิศวกรโครงการที่สร้างขึ้นบนพวกเขา

ความล้มเหลวของแรงเฉือนเกิดจากความเครียดที่เกิดขึ้นกับดินซึ่งเป็นสาเหตุให้อนุภาคต้านทานซึ่งกันและกันและกระจายตัวในรูปแบบที่เป็นอันตรายต่อการสร้าง ด้วยเหตุนี้วิศวกรจะต้องระมัดระวังในการเลือกการออกแบบและดินด้วยกำลังรับแรงเฉือนที่เหมาะสม

วงกลม Mohr สามารถเห็นภาพความเค้นเฉือนในระนาบที่เกี่ยวข้องกับโครงการก่อสร้าง วงกลม Mohr ของความเครียดจะใช้ในการวิจัยทางธรณีวิทยาของการทดสอบดิน มันเกี่ยวข้องกับการใช้ตัวอย่างรูปทรงกระบอกของดินเช่นความเค้นของรัศมีและแนวแกนกระทำบนชั้นของดินคำนวณโดยใช้ระนาบ นักวิจัยใช้การคำนวณเหล่านี้เพื่อกำหนดความสามารถในการรับน้ำหนักของดินในฐานราก

การจำแนกดินตามองค์ประกอบ

นักวิจัยในสาขาฟิสิกส์และวิศวกรรมสามารถจำแนกดินทรายและก้อนกรวดตามขนาดและองค์ประกอบทางเคมี วิศวกรวัดพื้นที่ผิวเฉพาะขององค์ประกอบเหล่านี้เป็นอัตราส่วนของพื้นที่ผิวของอนุภาคต่อมวลของอนุภาคเป็นวิธีหนึ่งในการจำแนกพวกมัน

ควอตซ์เป็นส่วนประกอบที่พบมากที่สุดของตะกอนและทรายและไมกาและเฟลด์สปาร์เป็นส่วนประกอบทั่วไปอื่น ๆ แร่ดินเหนียวเช่น montmorillonite, illite และ kaolinite เป็นแผ่นหรือโครงสร้างที่มีลักษณะคล้ายแผ่นที่มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ แร่ธาตุเหล่านี้มีพื้นผิวเฉพาะเกิดจาก 10 ถึง 1,000 ตารางเมตรต่อของแข็ง 1 กรัม

พื้นที่ผิวขนาดใหญ่นี้อนุญาตให้มีการโต้ตอบทางเคมีไฟฟ้าและแวนเดอร์วาลส์ แร่ธาตุเหล่านี้มีความไวต่อปริมาณของของเหลวที่อาจผ่านรูขุมขน วิศวกรและนักธรณีฟิสิกส์สามารถกำหนดประเภทของดินเหนียวที่มีอยู่ในโครงการต่าง ๆ เพื่อคำนวณผลกระทบของแรงเหล่านี้ที่มีผลต่อพวกมันในสมการของมัน

ดินที่มีดินเหนียวเป็นกิจกรรมสูงอาจไม่เสถียรเนื่องจากมีความไวต่อน้ำมาก พวกเขาบวมในที่ที่มีน้ำและหดตัวในกรณีที่ไม่มี แรงเหล่านี้สามารถทำให้เกิดรอยแตกในรากฐานทางกายภาพของอาคาร ในทางกลับกันวัสดุที่เป็นดินเหนียวต่ำที่เกิดขึ้นภายใต้กิจกรรมที่มีความเสถียรมากขึ้นสามารถใช้งานได้ง่ายกว่ามาก

แผนภูมิความจุแบริ่งของดิน

Geotechdata.info มีรายการค่าความสามารถในการรับภาระของดินที่คุณสามารถใช้เป็นแผนภูมิความสามารถในการรับน้ำหนักของดิน