Геотехническая инженерия

редактировать
Научное изучение грунтовых материалов в инженерных задачах Бостон Big Dig представил геотехнические проблемы в городе среде. Подпорная стена из сборного железобетона Типичное поперечное сечение откоса, используемое в двухмерном анализе.

Геотехническая инженерия, также известная как геотехника, ветвью строительство гражданского строительства, не с инженерным поведением грунтовых материалов. Он использует принципы и методы механики грунта и механики горных пород для решения инженерных задач и проектирования инженерных работ. Он также основан на знаниях геологии, гидрологии, геофизики и других смежных наук.

Геотехническая инженерия важна в гражданском строительстве, но также может работать в военной, горнодобывающей, нефтяной, прибрежной, океан и другие инженерные дисциплины, которые связаны со строительством, происходящим на поверхности или под землей, как на суше, так и на море. Области инженерной геологии и инженерной геологии связаны и имеют большие перекрытия. Однако, в то время как инженерная геология - это специальность гражданское строительство, инженерная геология - это специальность геологии : они разделяют одни и те же принципы механики грунта и механики горных пород, но могут различаться с точки зрения объекты, масштаб применения и подходы.

В задачи инженера-геолога исследование входит подземных условий и материалов; определение соответствующих физических, механических и химических свойств этих материалов; проектирование земляных работ и подпорных сооружений (в том числе плотин, насыпей, санитарных свалок, захоронений опасных отходов ), тоннелей, и структура основы ; мониторинг состояния площадки, земляных работ и строительства фундамента; оценка устойчивости естественных склонов и техногенных почвенных отложений; оценка рисков, связанных с условиями площадки; и прогнозирование, предотвращение и уменьшение ущерба, причиненного стихийными бедствиями (такими как лавины, селевые потоки, оползни, оползни, воронки и вулканические извержения ).

Содержание

  • 1 История
  • 2 Практикующие инженеры
  • 3 Механика грунта
    • 3.1 Свойства грунта
  • 4 Геотехнические исследования
  • 5 Фундаменты здания
    • 5.1 Фундаменты мелкого заложения
      • 5.1.1 Фундаменты
      • 5.1.2 Фундаменты плит
    • 5.2 Фундаменты глубокого заложения
  • 6 Боковые опорные конструкции земли
    • 6.1 Гравитационные стены
    • 6.2 Консольные стены
    • 6.3 Укладка земляных работ
  • 7 Земляные работы
  • 8 Улучшение грунта
  • 9 Стабилизация откосов
    • 9.1 Анализ устойчивости откосов
  • 10 Морские геотехнические разработки
  • 11 Геосинтетика
  • 12 Метод наблюдений
  • 13 См. Также
  • 14 Примечания
  • 15 Источники
  • 16 Ранние ссылки

История Внешние

Люди исторически использо вали почву в качестве материала для борьбы с наводнениями и орошения., захоронения, застройка г фундаментов, и как строительный материал для зданий. Первые мероприятия были связаны с ирригацией и борьбой с наводнениями, о чем свидетельствуют следы дамб, плотин и каналов, датируемые по крайней мере 2000 г. до н.э., которые были обнаружены в древнем Египте, древней Месопотамии и Плодородный полумесяц, а также вокруг ранних поселений Мохенджо-Даро и Хараппа в долине Инда. По мере расширения городов возводились сооружения, опираясь на формализованный фундамент; Древние греки особенно строили подушечные фундаменты и. Однако до 18 века не было разработано теоретических основ для проектирования грунтов, и эта дисциплина была больше искусством, чем наукой, опираясь на прошлый опыт.

Некоторые инженерные проблемы, связанные с фундаментом, такие как Пизанская башня побудила ученых начать применять более научный подход к изучению недр. Самые ранние успехи произошли в разработке теорий давления грунта для строительства подпорных стен. Анри Готье, французский королевский инженер, определил «естественный уклон» различных почв в 1717 году, идея, позже известная как угол естественного откоса почвы. Также была бюджетная система рудиментарная система который почв, основанная на удельном весе материала, больше не считается показателем типа почвы.

Применение принципов механики к почвам было задокументировано еще в 1773 году, когда Чарльз Кулон (физик, инженер и капитан армии) разработал улучшенные методы определения давления земли на военные валы. Кулоновское отметил, что при выходе из строя отчетливой плоскости скольжений сформирует за скольжением подпорной стенки, и он предположил, что максимальное напряжение сдвига в плоскости скольжения, для целей проектирования, была суммой сцепления почвы, с {\ displaystyle с}c и трение σ {\ displaystyle \ sigma \, \!}\ sigma \, \ ! загар ⁡ (ϕ) {\ displaystyle \ tan (\ phi \, \!)}\ tan (\ phi \, \!) , где σ {\ displaystyle \ sigma \, \!}\ sigma \, \ ! - нормальное напряжение в плоскости скольжения, а ϕ {\ displaystyle \ phi \, \!}\ phi \, \! - угол трения почвы. Объединив теорию Кулона с 2D напряженным состоянием Кристиана Отто Мора, теория стала известна как теория Мора-Кулона. Хотя сейчас признано, что точное определение сцепления невозможно, поскольку c {\ displaystyle c}c не является фундаментальным свойством почвы, теория Мора-Кулона все еще используется на практике сегодня.

В 19 веке Генри Дарси разработал то, что известно сейчас как закон Дарси, описывающий течение жидкости в пористой среде. Джозеф Буссинеск (математик и физик) разработал теории распределения напряжений в упругих твердых телах, которые оказались полезными для оценки напряжений на глубине в земле; Уильям Рэнкин, инженер и физик, разработал альтернативу теории земного давления Кулона. Альберт Аттерберг разработал показатели консистенции глины, которые до сих пор используются для классификации почв. Осборн Рейнольдс признал в 1885 году, что вызывает объемное расширение плотных и сжатие рыхлых сыпучие материалы.

Считается, что современная геотехническая инженерия началась в 1925 году с публикации книги Карла Терзаги (инженер-механик и геолог) Erdbaumechanik. Многие считают, что он является отцом современной механики грунтов и геотехники, Терзаги, разработанные испытательным напряжением и проверкой, проверяет прочность почвы на сдвиг, проверяется эффективным напряжением. Терзаги также разработал основу для теории несущей способности фундаментов и теории предсказания скорости оседания глинистых слоев из-за консолидации. В своей книге 1948 года Дональд Тейлор признал, что сцепление и расширение плотно упакованных частиц способствуют прочности прочности. Взаимосвязь между поведением изменений (расширение, сжатие и уплотнение) и сдвигом связаны через теорию пластичности с использованием механики критического состояния почвы Роско, Шофилд и Рот с публикацией «О текучести почв» в 1958 году. Механика критического состояния почвы используется для многих современных передовых конститутивных моделей, описывающих поведение почвы.

Геотехническое моделирование центрифуг. - метод тестирования физических масштабных моделей геотехнических задач. Использование центрифуги сравнения испытаний на масштабной модели с участием грунта, прочности и жесткости грунта очень чувствительны к ограничивающему давлению. Центробежное ускорение позволяет исследователю получать большие (прототипные) напряжения в физических моделях.

Практикующие инженеры

Инженеры-геотехники, как правило, выпускники четырехлетней программы гражданского строительства, а некоторые имеют степень магистра. В США инженеры-геотехники обычно лицензию и квалификацию профессиональных инженеров (PE) в большинстве штатов; в настоящее время только Калифорния и Орегон лицензию на геотехнические специальности. Академия системническрофессионалов (AGP) начала выдавать диплом по геотехой инженерии (D.GE) в 2008 году. Большие штаты обычно выдают лицензию инженерам, которые закончили школу, аккредитованную ABET сдал экзамен по основам инженерии, прошел несколько лет опыта работы под лицензированным руководством профессионального инженера и сдал экзамен профессиональный инженер.

механика грунта

Фазовая диаграмма почвы, показывающая вес и объем воздуха, почвы, воды и пустот.

В инженерно-геологической инженерии почвы используются трехфазным инструментом, состоящим из: камня или минерала частиц, воды и воздух. Пустоты в почве, промежутки между минеральными частями содержат воду и воздух.

На инженерные свойства почв четыре основных фактора: преобладающий размер минеральных частиц, тип минеральных частиц, гранулометрический состав и относительное количество минералов, воды и воздуха, присутствующих в почвенная матрица. Мелкие частицы (мелкие частицы) определяют как частицы менее 0,075 мм.

Свойства грунта

Некоторые из важных свойств грунта, которые используются инженерами-геотехниками для анализа условий площадок и проектирования земляных работ, подпорных конструкций и фундаментов:

Удельный вес или удельный вес
Суммарный вес твердых частиц, воды и воздуха в объеме почвы. Обратите внимание, что воздушная фаза считается невесомой.
Пористость
Отношение объема пустот (проникающий воздух, воду или другие жидкости) в почве к общему объему почвы. Пористость математически связана с коэффициентом пустотности следующим образом:

n = e 1 + e {\ displaystyle n = {\ frac {e} {1 + e}}}n = \ frac {e} {1 + e}

здесь e - коэффициент пустотности, а n - пористость <442.>Коэффициент пустот
Отношение объема пустот к объему твердых частиц в массе почвы. Коэффициент пустотности математически связан с пористостью следующим образом:

e = n 1 - n {\ displaystyle e = {\ frac {n} {1-n}}}e = \ frac {n} {1-n}

Проницаемость
мера способности воды течь сквозь почву. Он выражается в единицах дарси (г). Проницаемость в 1 день позволяет пропускать 1 см3 в секунду с вязкостью 1 сП (сантипуаз) через площадь поперечного сечения 1 см2, когда применяется градиент давления 1 атм / см.
Сжимаемость
скорость изменения при эффективном напряжении. Если поры заполнены водой, то вода должна отжать из пор, чтобы обеспечить сжатие почвы; этот процесс называется консолидацией.
Прочность на сдвиг
Максимальное напряжение сдвига, которое может быть приложено к массиву грунта, не вызывая разрушения при сдвиге.
Пределы Аттерберга
Предел жидкости, Предел пластичности и Предел усадки. Эти индексы используются для оценки других инженерных свойств и для классификации почв.

Геотехнические исследования

Инженеры-геологи и инженеры-геологи проводят инженерно-геологические исследования для получения информации о физических свойствах почвы и подстилающих пород (и иногда рядом с) площадкой для проектирования земляных работ и фундаментов для предлагаемых сооружений, а также для ремонта повреждений земляных работ и сооружений, вызванных подземными условиями. Геотехническое исследование будет идти в себя исследование поверхности и изучение недр участка. Иногда геофизические методы используются для использования данных о площадках. Разведка недр обычно включает испытания на месте (два распространенных примера испытаний на месте - это стандартный тест на проникновение и тест на проникновение конуса ). Кроме того, обследование участка включает отбор подземных проб и лабораторные испытания отобранных проб почвы. Рытье испытательных котлованов и рытье траншей (обнаружение разломов и плоскостей скольжения ) также можно использовать для изучения состояния почвы на глубине. Скважины большого диаметра редко используются из соображений безопасности и затрат, но иногда они используются, чтобы геологу или инженеру опускаться в скважину прямого визуального и ручного исследования стратиграфии почвы и горных пород.

Существует множество пробоотборников почвы для потребностей различных инженерных проектов. Стандартный тест на проникновение (SPT), в котором используется пробоотборник с толстостенной раздельной ложкой, наиболее распространенным способом сбора используемых образцов. Поршневые пробоотборники, которые используются тонкостенной трубкой, чаще всего используются для отбора менее поврежденных проб. Более продвинутые методы, такие как замораживание грунта и блочный пробоотборник Sherbrooke, лучше, но даже дороже.

Аттерберг ограничивает тесты, условия содержания воды и анализ содержания воды, например, животных, содержащихся в толстостенных пробоотборниках почвы. Такие свойства, как прочность на сдвиг, жесткость, гидравлическая проводимость и коэффициент уплотнения , могут быть усилием из-за нарушения образца. Для измерения этих свойств в лаборатории требуется качественный отбор проб. Общие испытания для прочности и жесткости включают в себя трехосный сдвиг и испытание на бессознательное давление.

Исследование поверхности может быть геологическое картирование, геофизические методы и фотограмметрию ; или это может быть так же просто, как инженер, который ходит вокруг, чтобы вести наблюдение за физическими условиями на площадке. Геологическое картирование и интерпретация геоморфологии обычно выполняются после консультации с геологом или инженер-геологом.

Иногда также используются геофизические исследования. Геофизические методы, используемые для разведки недр, включая измерение сейсмических волн (давление, сдвиг и волны Рэлея ), методы поверхностных волн и скважинные методы, а также электромагнитные исследования (магнитометр, удельное сопротивление, и георадар ).

Фундамент здания

Фундамент передает здания от зданий и других зданий на землю. Инженеры-геотехники проектируют фундаменты на основе нагрузочных характеристик конструкции и свойств грунтов и / или системы на участке. Как правило, инженеры-геологи:

  1. Оценить размещение и поддерживаемых нагрузок.
  2. Разработайте план исследования для исследования недр.
  3. Определите необходимые параметры почвы с помощью полевых и лабораторных испытаний (например, испытание на уплотнение, испытание на трехосный сдвиг, испытание на лопаточный сдвиг, стандартное испытание на пенетрацию ).
  4. Спроектируйте фундамент наиболее безопасным и экономичным способом.

Основными соображениями при опоре фундамента являются несущая способность, осадки и подвижность грунта под фундаментом. Несущая способность - это способность грунта площадки нагрузки, создаваемые зданиями или сооружениями. незастроенных участков или соседних зданий. ениями. Особенность обычно вызывает оседание, которое происходит с течением времени, поскольку немедленное оседание может быть компенсировано во время строительства. Движение грунта под фундаментом сооружения может происходить из-за усадки или набухания обширных грунтов из-за климатических изменений, морозного расширения грунта, таяния вечной мерзлоты, нестабильности склонов или по другим причинам. Все эти факторы должны быть при проектировании фундаментов.

Многие строительные нормы и правила определяют основные параметры проектирования фундамента для простых условий, часто различающиеся в зависимости от юрисдикции, но такие методы проектирования обычно ограничиваются определенными типами построения и определенными типами площадок и часто очень консервативны.

На участках с мелкой коренной основой основных фундаментов может опираться непосредственно на коренную породу; в других местах грунт может обеспечить достаточную прочность для поддержки конструкций. В областях более глубокими коренными породами с мягкими перекрывающими грунтами глубокие фундаменты используются для поддержки конструкций непосредственно на породах; в областях, где коренная порода экономически недоступна, вместо этого используются жесткие «несущие слои» для поддержки глубоких фундаментов.

Фундаменты неглубокого заложения

Пример фундамента в виде плиты на грунте.

Фундаменты неглубокого заложения - это тип фундамента, который передает нагрузку здания на очень близкую к поверхности, а не на подземный слой. Фундаменты неглубокого заложения обычно имеют отношение глубины к ширине менее 1.

Фундаменты

Фундаменты (часто называемые «раздвинутыми фундаментами», поскольку они распределяют нагрузку) - это элементы конструкции, которые передают нагрузки конструкции на заземление прямым площадным контактом. Опоры могут быть изолированными опорами для точечных или колонных нагрузок или ленточными опорами для стен или других длинных (линейных) нагрузок. Опоры обычно сооружаются из железобетона, залитого непосредственно на почву, и обычно закладываются в землю для проникновения через зону движения мороза и / или для получения дополнительной несущей способности.

Фундамент из плит

Вариант с раздельными фундаментами заключается в том, что вся конструкция опирается на единую бетонную плиту, лежащую под всей площадью конструкции. Плиты должны быть достаточно толстыми, чтобы обеспечивать достаточную жесткость для равномерного распределения опорных нагрузок и минимизировать дифференциальную оседку фундамента. В некоторых случаях допускается прогиб, и вместо этого здание строится таким образом, чтобы выдерживать небольшие перемещения фундамента. Для небольших конструкций, например, односемейных домов, толщина плиты может быть менее 300 мм; для более крупных конструкций фундаментная плита может иметь толщину в несколько метров.

Фундамент из плит может быть либо фундаментным фундаментом, либо закладным фундаментом, обычно в зданиях с подвалами. Фундаменты типа «плита на грунте» должны быть спроектированы с учетом возможных перемещений грунта из-за изменения грунтовых условий.

Глубокие фундаменты

Забивка свай для моста в Напа, Калифорния.

Глубокие фундаменты используются для конструкций или тяжелых нагрузок, когда неглубокие фундаменты не могут обеспечить достаточную пропускную способность из-за размера и структурные ограничения. Они также могут использоваться для передачи строительных нагрузок на слабые или сжимаемые слои почвы. В то время как фундаменты мелкого заложения полагаются исключительно на несущую способность грунта под ними, фундамент глубокого заложения может полагаться на сопротивление торцевому подшипнику, сопротивление трения по всей своей длине или и то, и другое для развития необходимой прочности. Инженеры-геологи используют специализированные инструменты, такие как тест на проникновение конуса, для оценки величины сопротивления обшивки и торцевого подшипника, доступного в недрах.

Существует много типов глубоких фундаментов, включая сваи, буровые шахты, кессоны, опоры и грунтовые колонны. Большие здания, такие как небоскребы, обычно требуют глубокого фундамента. Например, Башня Цзинь Мао в Китае использует трубчатые стальные сваи примерно 1 м (3,3 фута), забитые на глубину 83,5 м (274 фута), чтобы выдержать его вес.

В построенных зданиях, подверженных осадке, опорные сваи могут использоваться для стабилизации существующего здания.

Есть три способа установить сваи для глубокого фундамента. Их можно приводить в движение, просверливать или установить с помощью шнека. Забивные сваи удлиняются на специальную глубину за счет приложения внешней энергии так же, как забивают гвоздь. Для забивания таких свай используются четыре типичных молота: ударные молоты, дизельные молоты, гидравлические молоты и пневмомолоты. Молоты просто сбрасывают тяжелый груз на сваю, чтобы забить ее, в то время как дизельные молоты используют одноцилиндровый дизельный двигатель для проталкивания сваи через Землю. Точно так же гидравлические и пневмоударники снабжают энергией за счет гидравлических и воздушных сил. Энергия, передаваемая типом молота, может достигать большого веса фунтов для крупномасштабных дизельных молотов, распространенных на практике молотов. Сваи изготавливаются из различных материалов, включая сталь, дерево и бетон. Для создания буронабивных свай сначала просверливают отверстие глубины и заливают его бетоном. Буронабивные сваи обычно нести большую нагрузку, чем забивные, просто из-за сваи большего диаметра. Шнековый метод установки свай аналогичной установке буронабивных свай, но бетон закачивается в скважину по мере удаления шнека.

Боковые опорные конструкции для грунта

Подпорная стена - это конструкция, которая сдерживает землю. Подпорные стабилизируют грунт и скальные стены от движения вниз по склону или эрозии и укрепляют поддержку при вертикальном или почти вертикальном изменении уклона. Коффердамы и переборки, конструкции для сдерживания воды, иногда также считаются подпорными стенами.

Основная геотехническая проблема при проектировании и установке подпорных стенок заключается в том, что весивающего давления материала создается боковое давление грунта за стеной, которое может вызвать деформацию или разрушение стен. Боковое давление грунта зависит от высоты стены, плотности грунта, прочности грунта и величины допустимого движения стены. Это давление наименьшее вверху и возрастает к низу аналогично гидравлическому давлению и стремится отодвинуть стену от засыпки. Грунтовые воды за стеной, которые не отводятся дренажной системой, дополнительное горизонтальное гидравлическое давление на стену.

Гравитационные стены

Гравитационные стены зависят от размера и веса стены, чтобы противостоять давлению сзади. Гравитационные стены будут иметь небольшой отступ или удар, чтобы улучшить устойчивость стен. Для коротких озелененных стен обычно используются гравитационные стены, сделанные из камня, уложенного сухим (без раствора), или сегментных бетонных блоков (каменных блоков).

Ранее, в 20 веке, более высокие подпорные стены представляли собой большие массивы бетона или камня. Сегодня более высокие подпорные стены все чаще строятся как композитные гравитационные стены, такие как геосинтетический или армированный сталью грунт обратной засыпки с облицовкой из сборного железобетона; габионы (уложенные друг на друга корзины из стальной проволоки, заполненные камнями), стены для детских кроваток (ячейки, построенные в стиле бревенчатых домиков из сборного железобетона или дерева и заполненные почвой или самодренирующимся гравием) или стены, забитые грунтом (почва укреплена на месте стальной конструкции) и бетонными стержнями).

Для самотечных стен из армированного грунта арматура из грунта укладывается горизонтальными слоями по всей высоте стены. Обычно армирование грунта представляет собой георешетку, высокопрочную полимерную сетку, которая обеспечивает прочность на разрыв и удерживает почву вместе. Лицевая сторона стены состоит из сборных сегментных бетонных блоков, которые могут выдерживать некоторые дифференциальные движения. Укрепленная масса грунта вместе с облицовкой становится гравитационной стеной. Усиленная масса должна быть достаточно большой, чтобы выдерживать давление почвы позади нее. Гравитационные стены обычно имеют глубину (толщину) не менее 30-40 процентов от высоты стены, возможно, должны быть больше, если на стене имеется уклон или надбавка.

Консольные стены

До появления современных гравитационных стен из армированного грунта консольные стены были наиболее распространенным типом более высоких подпорных стен. Консольные стены состоят из относительно тонкого стержня из армированного сталью, монолитного бетона или кирпичной кладки (часто в форме перевернутой буквы Т). Эти стены консольно нагружают (как балка) на большую конструктивную основу; преобразование горизонтального давления из-за стены в вертикальное давление на земле. Иногда консольные стены укрепляются спереди или включают противодействие сзади, чтобы улучшить их устойчивость при высоких нагрузках. Контрфорсы - это короткие боковые стенки, расположенные под прямым углом к ​​основному выступу стены. Эти стены требуют жестких бетонных оснований ниже глубоких сезонных морозов. В этом типе стены используется гораздо меньше материала.

Консольные стены противостоят боковому давлению за счет трения в основании стены и / или пассивного давления грунта, тенденции грунта сопротивляться боковому перемещению.

Подвалы предоставляют собой консольные стены, но силы, действующие на стены подвала, больше, чем на обычные стены, потому что стена подвала не может свободно двигаться.

Опалубка земляных работ

Крепление временных котлованов часто требует такой конструкции стены, которая не выходит за пределы стены в боковом направлении, поэтому опоры проходят ниже запланированного основания котлована. Распространенные методы крепления - использование шпунтовых свай или солдатских балок и утеплителей. Шпунтовые сваи обеспечивают себя забивной сваю, в которой используются тонкие переплетенные стальные листы для создания непрерывного барьера в земле, которые забиваются перед выемкой грунта. Солдатские балки изготавливаются из стальных Н-образных профилей с широкими полками, на расстоянии около 2–3 м друг от друга и забиваемых перед выемкой грунта. По мере того, как земляные работы продолжаются, горизонтальные деревянные или стальные листы (утеплитель) вставляются за полки Н-сваи.

Использование подземного пространства требует выемки грунта, что может вызвать большое и опасное перемещение массы почвы вокруг выемки. В городских районах пространство для выемки откосов ограничено, вырубка производится вертикально. Подпорные стены сделаны для предотвращения небезопасного повреждения грунта вокруг раскопок. Мембранные стенки - это тип подпорных стенок, которые очень жесткие и обычно водонепроницаемые. Горизонтальные перемещение стенок диафрагмы обычно предотвращаются боковыми опорами. Мембранные стены - дорогие стены, но они экономят время и пространство, поэтому широко используются при глубоких земляных работах в городских условиях.

В некоторых случаях боковой поддержки может быть одна только опорная стена, недостаточно. выдерживать запланированные боковые нагрузки; В этом случае поддержки дополнительных ригели или стяжки. Waler представляет собой структурные элементы, которые соединяют поверхность почвы по обе стороны от выемки, используются для противостояния друг другу, или которые передают горизонтальные от нагрузки стенки опалубки к основанию выемки. Подвязки представляет собой стальные стержни, просверленные в торце стены, которые выходят за пределы почвы, оказывающую давление на стену, чтобы дополнительное поперечное сопротивление стены.

Земляные работы

A уплотнитель / каток, управляемый ВМС США Seabees
  • Земляные работы - это процесс подготовки земли в соответствии с требованиями путем удаления почвы с участка.
  • Заполнение - это процесс тренировки в соответствии с требованиями путем размещения почвы на участке.
  • Уплотнение - это процесс, при котором плотность почвы увеличивается и проницаемость почвы уменьшается. Работы по укладке насыпи часто имеют указанные, требующиеся стандартные уплотнения или альтернативные свойства уплотненного грунта. Грунты на месте могут быть уплотнены перекатыванием, глубоким динамическим уплотнением, вибрацией, взрыванием, вращением, перемешиванием, уплотнением цементного раствора и т. Д.

Улучшение грунта

Улучшение грунта - это метод, который улучшает инженерные свойства обрабатываемого грунтового массива. Обычно измененными свойствами прочность на сдвиг, жесткость и проницаемость. Улучшение грунта превратилось в сложный инструмент для поддержки фундаментов самых разных конструкций. При правильном применении, т. Е. После должного учета качества улучшаемого грунта, типа и чувствительности возвод конструкций, улучшения грунта снижает прямые затраты и экономит время.

Стабилизация склона

Простой уклон участок скольжения.

Устойчивость склона - это способность покрытым почвой склонов выдерживать и подвергаться перемещению. Стабильность определяется балансом напряжения сдвига и прочности на сдвиг. На ранее устойчивый уклон используются повлиять подготовительные факторы, что сделает уклон условно неустойчивым. Пусковыми факторами обрушения откосов могут быть климатические явления, которые затем могут быть склонны к массовым нестабильным перемещениям. Массовые движения могут быть вызваны давлением сдвига, например нагрузкой, боковым давлением и переходными силами. В качестве альтернативы погодных условий на сдвиг может быть уменьшена из-за изменений порового давления воды и материалов.

Несколько режимов разрушения земных участков, включая падения, оползания, оползни и потоки. На склонах с крупнозернистой почвой или камнями падения обычно происходит при быстром спуске камней и другого рыхлого материала склонов. Склон опрокидывается, когда большой столб почвы наклоняется над своей вертикальной осью при разрушении. Типичный анализ устойчивости откосов рассматривает разрушения из-за скольжения, которые в основном классифицируются как вращательные или поступательные скольжения. Как следует из названия, вращающиеся слайды терпят неудачу по обычно изогнутой поверхности, в то время как поступающие слайды терпят неудачу по более плоской поверхности. Склон, обрывающийся как поток, будет напоминать текучую среду, текущую вниз по склону.

Анализ устойчивости откосов

Анализ устойчивости необходим для проектирования инженерных откосов и оценки риска разрушения откосов на естественных или спроектированных склонах. Распространено предположение, что распространено из слоя почвы, лежащего на жестком основании. Предполагается, что масса и основание взаимодействуют посредством трения. Граница между массой и основанием может быть плоской, изогнутой или другой получить сложную геометрию. Цель анализа устойчивости откоса - определить условия, при которых масса будет скользить относительно основания и к разрушению откоса.

Если граница раздела между массой и основанием откоса имеет сложную геометрию, анализ устойчивости откосов затруднен и требуются численные методы решения. Как правило, точная геометрия интерфейса неизвестна, и упрощенная геометрия интерфейса. Конечные уклоны требуют анализа трехмерных моделей. Чтобы не усложнять задачу, большинство уклонов анализируется в предположении, что уклоны бесконечно широки и, следовательно, могут быть представлены двумерными моделями. Склон может быть осушенным или недренированным. Недренированное состояние используется в расчетах для получения консервативных оценок риска.

Популярный подход к анализу устойчивости основан на принципах, относящихся к концепции предельного равновесия. Этот метод анализирует конечный или бесконечный уклон, как если бы он вот-вот разрушится по своей скользящей поверхности разрушения. Равновесные напряжения рассчитываются вдоль плоскости разрушения и сравниваются с прочностью грунта на сдвиг, определенной с помощью уравнения для прочности на сдвиг Терзаги. В конечном итоге устойчивость определяется коэффициентом безопасности, равным отношению прочности на сдвиг к равновесным напряжениям вдоль поверхности разрушения. Коэффициент запаса прочности, превышающий единицу, обычно подразумевает устойчивый уклон, разрушение которого не должно происходить при условии, что уклон ненарушен. На практике обычно используется коэффициент запаса прочности 1,5 для статических условий.

Морское геотехническое проектирование

Платформы на шельфе Мексики.

Морское (или морское) геотехническое проектирование связано с проектированием фундамента для искусственных сооружений в море, вдали от береговая линия (в отличие от берега или прибрежной зоны). Нефтяные платформы, искусственные острова и подводные трубопроводы являются примерами таких сооружений. Между наземным и морским инженерно-геологическим проектированием существует ряд существенных различий. Примечательно, что улучшение грунта (на морском дне) и исследование площадки обходятся дороже, морские сооружения подвержены более широкому диапазону геологических опасностей, а экологические и финансовые последствия в случае аварии выше. Морские конструкции подвержены различным воздействиям окружающей среды, в частности, ветру, волнам и течениям. Эти явления могут повлиять на целостность или работоспособность конструкции и ее фундамента в течение срока ее эксплуатации - их необходимо учитывать при проектировании морских сооружений.

В подводном инженерно-геологическом проектировании материалы морского дна считаются двухфазным материалом, состоящим из 1) горных пород или минеральных частиц и 2) воды. Конструкции могут быть закреплены на морском дне - как в случае пирсов, причалов и ветряных турбин с неподвижным дном - или, может быть, плавучая конструкция, которая остается приблизительно неподвижной относительно ее геотехнических характеристик. точка привязки. Подводная швартовка искусственно созданных плавучих сооружений включает большое количество морских нефтегазовых платформ и, с 2008 года, несколько плавучих ветряных турбины. Два распространенных типа инженерной конструкции для якорной стоянки плавучих конструкций включают системы натяжной опоры и цепной линии свободной швартовки. «Системы швартовки с натяжными опорами имеют вертикальные тросы, находящиеся под натяжением, обеспечивающие большие восстанавливающие моменты по тангажу и крену. Системы швартовки цепной линии обеспечивают удержание стоянки для морской конструкции, но обеспечивают небольшую жесткость при низком натяжении ».

Геосинтетика

Коллаж из геосинтетических продуктов.

Геосинтетика - это тип пластмассовых полимерных продуктов, используемых в геотехнической инженерии, улучшающие инженерные характеристики при одновременном снижении затрат. Сюда входят геотекстиль, георешетки, геомембраны, геояки и геокомпозиты. Синтетический характер продуктов делает их пригодными для использования в земле, где требуется высокая степень прочности; их основные функции включают дренаж, фильтрацию, усиление, разделение и локализацию. Геосинтетические материалы доступны в широком диапазоне форм и материалов, каждый из которых подходит для немного разного конечного использования, хотя они часто используются вместе. Эти имеют широкий спектр применения и в настоящее время используются продукты во многих областях гражданского и инженерно-геологического строительства, включая аэродромы, железные дороги, насыпи, насыпные насыпи, подпорные конструкции, резервуары, каналы, плотины, свалки, берегоукрепление и прибрежное строительство.

Метод наблюдений

В геотехнической инженерии при строительстве земляных сооружений (например, плотин и туннелей) метод наблюдений представляет собой непрерывный, управляемый и интегрированный процесс проектирования, управления строительством, мониторингом и анализа, позволяющий внести соответствующие, ранее модификации во время (или после) строительства. Все аспекты эти должны быть очевидными. Цель состоит в том, чтобы добиться большей общей экономии без ущерба для безопасности.

Метод наблюдения был предложен Карлом Терзаги и обсужден в статье Ральф Б. Пек (1969) попытка снизить затраты во время строительства, связанные с проектированием земляных сооружений на основе самых неблагоприятных допущений (другими словами, геологических условий, свойств грунта и т. Д.). Вместо этого, основан на наиболее вероятных условиях, а не на наиболее неблагоприятных. Пробелы в доступной информации заполняются наблюдениями: измерениями с помощью геотехнических приборов (например, инклинометры и пьезометры) и инженерно-геологическими исследованиями площадки (например, бурение скважин и CPT ). Эти наблюдения оценить поведение конструкции во время строительства, которое может быть изменено в соответствии с результатами. Этот метод может быть описан как «обучение на ходу».

Метод наблюдения можно описать образом:

  • Разведка, подходящие условия для использования общей природы, свойства структуры и залежей (не обязательно подробно)
  • Оценка наиболее вероятных условий и наиболее неблагоприятных отклонений от этих условий. Геология играет важную роль.
  • Создание на основе рабочей гипотезы поведения ожидаемого в наиболее вероятных условиях
  • Выбор величин, которые будут наблюдаться в ходе развития, и расчет их ожидаемых значений на основе рабочей гипотезы
  • Расчет значений тех же величин в наиболее неблагоприятных условиях, совместимых с некоторыми данными подземных условий
  • Выбор (заранее) плана действий или модификация проекта для каждого прогнозируемого значительного отклонения результатов наблюдений от тех, которые прогнозируются на основе рабочих гипотезы
  • Измерение наблюдаемых величин и оценка фактических условий
  • Модификация проекта в соответствии с фактическими условиями

Метод подходит для строительства, которое уже началось, когда происходит неожиданное развитие, или когда авария или авария угрожают или уже произошли. Метод не подходит для проектов.

Самая серьезная ошибка в методе наблюдения - это неспособность выбрать (заранее) соответствующий курс действий для всех прогнозируемых отклонений (выявленных путем наблюдения) от предполагаемых в проекте. Инженер должен найти решения для всех проблем, которые должны найти решения при наименее благоприятных условиях..

См. Также

Приложения Nuvola kcmsystem.svg Инжиниринг портал

Примечания

Ссылки

  • Бейтс и Джексон, 1980, Глоссарий геологии: Американский геологический институт.
  • Кринин и Джадд, 1957 г., Принципы инженерной геологии и геотехники: Макгроу-Хилл, Нью-Йорк.
  • Хольц, Р. и Ковач, В. (1981), Введение в геотехническую инженерию, Prentice-Hall, Inc. ISBN 0-13-484394-0
  • Боулз, Дж. (1988), Анализ и проектирование фундамента, McGraw-Hill Publishing Company. ISBN 0-07-006776-7
  • Седергрен, Гарри Р. (1977), дренаж, дренаж и проточные сети, Wiley. ISBN 0-471-14179-8
  • Крамер, Стивен Л. (1996), Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice-Hall, Inc. ISBN 0-13-374943-6
  • Фиксация, Р.А. И Черри, Дж. А. (1979), Подземные воды, Прентис-Холл. ISBN 0-13-365312-9
  • Лунн, Т. и Лонг, М., (2006), Обзор пробоотборников с протяженным дном и критериев для новой конструкции пробоотборника, Морской Геология, Том 226, стр. 145–165
  • Митчелл, Джеймс К. и Сога, К. (2005), Основы поведения почвы, 3-е изд., John Wiley Sons, Inc. ISBN 978-0-471-46302-3
  • Раджапаксе, Руван. (2005), «Проектирование и строительство свай», 2005. ISBN 0-9728657-1-3

Внешние ссылки

  • Всемирная база данных геотехнической литературы
Последняя правка сделана 2021-05-21 05:50:44
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте