Плотность грунта — это сила, с которой материалы грунта удерживаются вместе, или сопротивление грунта деформации и разрыву. Консистенция почвы измеряется для влажных, влажных и сухих образцов почвы. Для влажных почв это выражается как липкостью, так и пластичностью, как определено ниже. Консистенцию почвы можно оценить в полевых условиях с помощью простых тестов или более точно измерить в лаборатории.
Примечание: в каждом случае будут получены указания относительно относительной ценности грунта для строительства рыбного пруда, особенно при определении консистенции влажной почвы. В последующих испытаниях (разделы 8.1 и 8.2) грунты, особенно подходящие для строительства прудов, отмечены двумя звездочками (**).
8.1 Определение консистенции влажной почвы
Тестирование проводят при насыщении почвы водой, как, например, сразу после хорошего дождя. Сначала определяют липкость, то есть способность почвенных материалов прилипать к другим предметам. Затем определите пластичность, то есть способность грунтовых материалов непрерывно изменять форму, но не объем, под действием постоянного давления и сохранять придавленную форму при снятии давления.
Полевой тест на липкость влажной почвы
Надавите на небольшое количество влажной почвы между большим и указательным пальцами, чтобы посмотреть, прилипнет ли она к пальцам. Затем медленно разомкните пальцы. Оцените липкость следующим образом:
0 Нелипкий , если к пальцам не прилипает или практически не липнет грунт;
1 Слегка липкий, если почва начинает прилипать к пальцам, но отрывается то с одной, то с другой чисто и не растягивается при размыкании пальцев;
**2 Липкий , если почва прилипает к большому и указательному пальцам и имеет тенденцию немного растягиваться и разрываться, а не отрываться от ваших пальцев;
**3 Очень липкая, если почва прочно прилипает к большому и указательному пальцам и растягивается, когда пальцы разжаты.
Полевой тест на пластичность влажной почвы
Раскатайте небольшое количество влажной почвы между ладонями, пока она не сформирует длинную круглую полосу, похожую на проволоку, толщиной около 3 мм. Оцените пластичность следующим образом:
8.2 Определение консистенции влажной почвы
Полевой тест на консистенцию влажной почвы
Тестирование проводят, когда почва влажная, но не мокрая, как, например, через 24 часа после сильного дождя.
Попробуйте раздавить небольшое количество влажной почвы, зажав ее между большим и указательным пальцами или сжав ее в ладони. Консистенцию влажной почвы оценивают следующим образом:
8.3 Определение консистенции сухой почвы
Полевые испытания на консистенцию сухой почвы
Тестирование проводят, когда почва высохнет на воздухе.
Попробуйте разбить небольшое количество сухой почвы, зажав ее между большим и указательным пальцами или сжав ее в ладони. Оцените консистенцию сухой почвы следующим образом:
8.4 Определение плотности почвы с использованием пределов Аттерберга
Как видно из различных тестов влажной, влажной и сухой почвы в разделах с 8.1 по 8.3, консистенция образца почвы изменяется в зависимости от количества присутствующей воды. Такие изменения консистенции почвы могут быть точно измерены в лаборатории в соответствии со стандартными процедурами, определяющими пределы Аттерберга. Затем эти пределы можно использовать для оценки пригодности почвы, например, для строительства небольших земляных дамб и дамб прудов. Вам следует ознакомиться с терминологией, связанной с этим процессом, а также с его общим значением, чтобы лучше понять и обсудить проектирование и строительство пруда со специалистами-специалистами.
Предел Аттерберга соответствует содержанию влаги, при котором образец почвы переходит из одной консистенции в другую. Два предела Аттерберга представляют особый интерес для аквакультуры, предел жидкости и предел пластичности, которые определяются по трем консистенциям почвы:
- Жидкая консистенция – текучая или жидкая грязь;
- Пластичная консистенция – возможно замешивание и придание формы;
- Полутвердая консистенция – дальнейшее замешивание невозможно, а объем уменьшается (усадка) по мере высыхания образца.
Пределы Аттерберга – консистенция почвы
Предел жидкости (LL)
Процентное содержание влаги, при котором почва изменяется при уменьшении влажности от жидкой до пластичной консистенции или при увеличении влажности от пластичной до жидкой консистенции.
Предел пластичности (PL)
Процентное содержание влаги, при котором почва изменяется при уменьшении влажности от пластичной до полутвердой консистенции или при увеличении влажности от полутвердой до пластичной консистенции.
Предел пластичности – это нижний предел пластического состояния. Небольшое увеличение влажности выше предела пластичности разрушит сцепление* почвы.
Примечание: эти пределы могут быть легко и дешево определены в лаборатории с использованием образцов с нарушениями или без нарушений. Они дают очень полезную информацию для классификации почв (см. главу 11). В таблицах 12 и 13 приведены примеры пределов Аттерберга.
Пределы как жидкости, так и пластичности зависят от количества и типа глины, присутствующей в почве:
- Почва с высоким содержанием глины обычно имеет высокие LL и PL;
- Коллоидные глины имеют более высокие LL и PL, чем неколлоидные глины;
- Песок, гравий и торф пластичностью не обладают, их PL=0;
- Илы лишь изредка обладают пластичностью, их PL равен или немного превышает 0.
Некоторые критические значения пределов Аттерберга для аквакультуры
При сооружении дамбы пруда без глиняного сердечника* предел текучести грунтового материала должен быть равен 35 процентам для достижения наилучших результатов уплотнения*.
Для сооружения непроницаемой глиняной сердцевины* дамбы пруда следует использовать почвенный материал с LL более 60 процентов и PL более 20 процентов.
Полевое определение предела пластичности – метод резьбы
- Добавьте немного воды в образец почвы и покатайте его по ровной поверхности, как маленькую стеклянную тарелку. Постарайтесь сформировать нить толщиной 3 мм и длиной 10 см, не обрывая ее;
- Если у вас не получилось, добавьте еще немного воды и попробуйте еще раз;
- Повторяйте этот процесс, каждый раз добавляя немного воды, пока не сможете свернуть нить. Тогда содержание воды будет соответствовать пределу пластичности и может быть выражено в процентах от веса образца.
8.5 Расчет индекса пластичности и его значение
На основе предела текучести и предела пластичности индекс пластичности (PI) можно определить как числовую разницу между ними:
Показатель пластичности выражается в процентах от сухой массы образца почвы. Он показывает величину диапазона влагосодержания, при котором почва остается пластичной. В целом показатель пластичности зависит только от количества присутствующей глины. Он указывает на тонкость почвы и ее способность изменять форму, не изменяя своего объема. Высокий PI указывает на избыток глины или коллоидов в почве. Его значение равно нулю, если PL больше или равно LL.
Индекс пластичности также дает хорошее представление о сжимаемости (см. раздел 10.3). Чем больше PI, тем больше сжимаемость почвы. Примеры значений индекса пластичности приведены ниже в таблицах 12 и 13 .
Некоторые критические значения индекса пластичности для аквакультуры
Для сооружения дамбы пруда без глиняного ядра* индекс пластичности грунтового материала должен иметь значение от 8 до 20 процентов. Для лучшего уплотнения PI должен быть как можно ближе к 16 процентам (см. Раздел 10.3).
Для сооружения непроницаемого глиняного ядра* дамбы пруда следует использовать почвенный материал с коэффициентом пластичности более 30 процентов.
1 Исследование почвы для строительства инкубатория Сораон Пати (Уттар-Прадеш, Индия).
2 См. раздел 11.1.
Комментарии:
Преимущественно ил с хорошим процентным содержанием глины;
Текстурный класс от пылеватых суглинков до пылеватых и пылеватых глин;
Пределы Аттерберга показывают, что грунт довольно пластичен и пригоден для строительства насыпи (хорошая устойчивость и низкие потери на просачивание).
1 Обследование почвы для рыбной фермы (Маджаргахи Гаура, Индия).
2 См. раздел 11.1.
Комментарии:
Преимущественно песок с хорошим процентным содержанием ила и небольшим количеством глины;
Текстурный класс на всем протяжении супесчаный;
Пределы Аттерберга показывают, что почва довольно пластична и пригодна для строительства пруда.
8.6 График пластичности мелкозернистых грунтов
Многие свойства глин и илов (связных грунтов), такие как их сжимаемость* (реакция на испытание на встряхивание и консистенция вблизи предела пластичности), можно соотнести с пределом текучести и индексом пластичности. Эта корреляция была выражена в диаграмме пластичности Касагранде для мелкозернистых почв. Он основан на следующих наблюдениях:
- С увеличением предела текучести грунтов увеличиваются пластичность и сжимаемость грунтов;
- Значения LL = 30% и LL = 50% различают разные степени пластичности неорганических грунтов;
- При равных значениях LL сухая прочность неорганических грунтов в целом увеличивается с увеличением индекса пластичности.
Диаграмма пластичности мелкозернистых грунтов (см. табл. 14) разделена на шесть участков косой линией А, проведенной так, что PI = 0.73 (LL – 20), и двумя вертикальными линиями, проведенными при LL = 30 процентов и LL = 50 процентов. .
Каждый участок диаграммы характеризует группу грунтов с хорошо выраженными механическими характеристиками. Три участка выше линии А представляют собой неорганические глины низкой, средней или высокой пластичности. Три секции ниже линии А представляют собой неорганические илы различной сжимаемости, органические илы и органические глины. Они составляют основу полезной системы классификации почв (см. главу 11).
Примечание: грунты с индексом пластичности ниже 10 процентов и пределом текучести ниже 20 процентов являются несвязными грунтами. Они появляются в отдельном разделе диаграммы пластичности, и приведенные выше соображения не применяются.
ТАБЛИЦА 14
График пластичности мелкозернистых грунтов
Методика расчета несущей способности свайно-песчаных составных фундаментов в перегнойном слое грунта с учетом консолидации
В инженерной практике измеренная несущая способность песчано-свайного композитного фундамента в перегнойном слое грунта значительно превышает расчетное значение. На основе конструкции песчаной сваи и процесса приложения нагрузки предложен метод расчета несущей способности фундамента по действующим напряжениям. Расширение диаметра полости в конструкции песчаной сваи было упрощено до плоской задачи, а теория расширения полости использовалась для определения выражения скорости смещения и увеличения горизонтального напряжения. На основании кривой e–p и расчета степени консолидации были получены зависимости между горизонтальным и вертикальным эффективным напряжением и коэффициентом пустотности. По тесной связи между несущей способностью основания в перегнойном слое грунта и влажностью установлено выражение, описывающее связи между несущей способностью основания, действующими напряжениями, коэффициентом пустотности и влажностью. Для проекта временной инженерной обработки фундамента, который требует высокой несущей способности, но допускает большую деформацию фундамента, при проектировании композитных фундаментов из песчаных свай используются эти отношения, чтобы учесть эффект консолидации илистого грунта, тем самым снижая коэффициент замещения и снижая стоимость строительства. Стоимость.
Введение
Большие кессоны широко применяются в фундаментах опор мостов и анкерных фундаментах, поскольку они могут обеспечить надежную несущую способность и устойчивость 1 . Так как большой кессон имеет большую статическую нагрузку, вероятно повреждение или быстрое проседание необработанного поверхностного фундамента под собственной нагрузкой кессона. Поэтому первоначальный фундамент необходимо обработать, чтобы обеспечить ровную конструкцию кессона. Согласно технологии строительства кессона, армирующий материал фундамента необходимо выкапывать постепенно по мере опускания кессона, поэтому предпочтительной схемой является композитный фундамент из песчаных свай.
Мост через реку Янцзы в Уфэншане является частью проекта по контролю железнодорожного пересечения реки Янцзы в Ляньчжэне (см. 1). Его северная опора большого кессонного фундамента представляет собой крупнейший в мире наземный открытый кессон длиной 100 м и шириной 70 м. Перед началом проседания фундамента кессона Северного Анкориджа было проведено испытание плитной нагрузкой, результаты которого показывают, что измеренная несущая способность намного превышает расчетное значение. Чрезмерно сильная несущая способность фундамента не только приводит к растрате ресурсов, но и препятствует опусканию кессона, что приводит к выкапыванию большей грунтовой опоры для увеличения большого коэффициента опускания кессона, увеличивая риск растрескивания кессона как опорный пролет становится больше. Обработка фундамента северного кессона Анкориджа моста через реку Янцзы в Вуфэншане спроектирована в соответствии с требованиями постоянных работ. Однако несущая способность фундамента слишком высока, чтобы предотвратить проседание открытого кессона, что приводит к тому, что напряжение конструкции большого кессона превышает допустимое значение. Композитные фундаменты из песчаных свай используются уже давно, и в этой области было проведено множество глубоких исследований. На несущую способность композитного фундамента из песчаных свай влияют два основных фактора: конструкция песчаных свай и нагрузка на вскрышные породы. Во-первых, сооружение свай из песка приводит к увеличению несущей способности грунтового основания между сваями. Баттерфилд 2 впервые предложил использовать расширение цилиндрической полости в условиях плоской деформации для решения проблемы проникновения сваи. Vesic 3 обобщил решение проблемы расширения сферических полостей и цилиндрических полостей, а также распространил теорию расширения полостей на сжимаемый грунт, чтобы получить расчетное уравнение предельной несущей способности грунта. Randolph 4 применил теорию расширения полости и анализ конечных элементов для анализа напряжения, создаваемого сваями в глине, и последующего уплотнения. Ю и Хоулсби 5 использовали метод конечных элементов и теорию расширения полости для анализа нагрузки расширяющегося грунта. Коллинз 6 использовал модель критического состояния для получения аналитического решения при больших деформациях для расширения недренированных цилиндрических и сферических полостей. Согласно теории расширения полости и пути деформации, Чжоу 7 предложил метод расчета смещения грунта вокруг некруглых свай в глине. Во-вторых, нагрузка сверху уплотняет грунт, увеличивая несущую способность фундамента. При обработке основания из мягкого грунта с использованием метода дренажной консолидации Бэррон 8 и Ричарт 9 применили два допущения, т. е. свободную деформацию и равную деформацию, для определения степени радиального дренажа консолидации слоя грунта, полагая, что, когда отношение расстояния между дренажами составляет больше пяти средние степени закрепления фундамента, полученные по двум вышеуказанным методам расчета, оказались очень близкими. Onoue 10 рассмотрел аналитическое решение по консолидации песчаных скважин с смазыванием. Олсон 11 и Леха 12 предложили аналитические решения по консолидации песчаных скважин в условиях переменной нагрузки. Существует уникальная взаимосвязь между эффективным напряжением и коэффициентом пустотности насыщенной мягкой глины, и она не зависит от условий дренирования 13 . c, угол внутреннего трения ϕ, а равномерная нагрузка q действует с обеих сторон основания 14, но изменение сцепления и угла внутреннего трения, вызванное увеличением эффективного напряжения, еще предстоит проверить.
Северный кессон якорной стоянки моста через реку Янцзы на горе Вуфэн.
Текущие исследования показывают, что строительство свай из песка и предварительное нагружение свай могут увеличить несущую способность фундамента. В инженерных приложениях осадка фундамента, как правило, является ключевым показателем того, могут ли конструкция и несущая способность легко удовлетворить потребности. Таким образом, повышение несущей способности фундамента мало влияет на схему обработки фундамента. Однако для крупных кессонных сооружений обработка фундамента является временной работой, а несущая способность является ключевым показателем, поэтому осадке фундамента, как правило, уделяется мало внимания. Строительство кессона в процессе заводского изготовления занимает относительно много времени, что представляет собой процесс поэтапного приложения нагрузки. Фундамент производит большую деформацию консолидации из-за дополнительной нагрузки и дренажного канала в песчаной куче. В результате измеренная несущая способность композитного фундамента из песчаных свай значительно превышает расчетное значение. В этом исследовании систематически изучались процесс строительства и предварительной загрузки песчаных свай. Кроме того, для оптимизации конструкции было сформулировано выражение, описывающее взаимосвязь между несущей способностью фундамента, действующим напряжением, коэффициентом пустотности и содержанием воды.
Увеличение напряжения фундамента, вызванное строительством песчаной сваи
Трубная обсадная труба часто применяется при устройстве песчаных отвалов, то есть методом нижнего сброса. При сооружении песчаной насыпи в кожухе трубы делается полость, нижняя часть кожуха закрывается, а полость расширяется в перегнойном слое грунта за счет механического статического давления и вибрации. Затем, когда обсадная колонна поднимается, клапан на дне обсадной трубы автоматически открывается, и полость заполняется песком, образуя кучу песка. Этот процесс может быть упрощен до расширения полости. В данном исследовании эта теория использовалась для расчета увеличения несущей способности фундамента в перегнойном слое грунта, вызванного строительством песчаных свай.
Теория расширения полости и основные предположения
Готовая куча песка принималась идеально цилиндрической, а ее размеры полностью соответствовали проектным требованиям. Процесс строительства песчаной сваи осуществлялся, как показано на рис. 2.
Модель расширения полости.
При анализе теории расширения полости 3 исходили из следующих предположений: 1) грунтовая масса представляет собой идеальное, однородное и изотропное упругопластическое тело; (2) малая полость расширяется в бесконечной массе грунта; 3) критерий урожайности почвы – критерий урожайности Мора–Кулона; (4) давление грунта на стенку полости до расширения статично; и (5) песчаная куча состоит из чистого песка без силы сцепления, и деформация текучести не учитывается.
Основные уравнения
Радиальное напряжение грунта вокруг сваи обозначалось (sigma_), окружное напряжение обозначалось (sigma_), а процесс строительства песчаной сваи был упрощен до задачи осевой симметрии плоской деформации. Полярные координаты использовались без учета начального поля напряжений, и дифференциальное уравнение равновесия было получено следующим образом:
В фазе упругой деформации предполагалось, что функция напряжения (psi) является только функцией радиальной координаты r:
где (r) — радиальная координата, а L — постоянная границы.
На стадии пластического деформирования параметры выбраны как консолидированные недренированные параметры, использовался критерий текучести Мора-Кулона:
Решение поля смещений и поля напряжений в окружающем слое грунта
Предполагая, что проблема упругой деформации в пластической задаче 15 . В упругой зоне напряжения и деформации определялись следующими уравнениями:
Смещение грунта вокруг сваи должно удовлетворять следующему уравнению:
где (r) — радиальная координата, (u_) — радиальное смещение, (R_) — начальный радиус полости, (p) — начальное радиальное напряжение, E — модуль упругости, а (v) — коэффициент Пуассона.
На основании уравнений. (4) и (1), в результате решения дифференциального уравнения равновесия было получено следующее уравнение:
Удовлетворяя уравнениям (4) и (6) при общих граничных условиях упругости и пластичности было получено следующее уравнение:
= sigma_ = Ccos varphi .$$
На границе между упругой и пластической зонами смещение общего расширения пластической зоны было получено на основе уравнения (8):
Радиальное напряжение вблизи границы пластической зоны выражалось следующим образом:
На основании уравнений. (10) и (12) было получено уравнение для давления внутри цилиндрической полости:
Изменение объема после расширения цилиндрической полости равно изменению объема упругой и пластической зон, и было получено следующее уравнение:
) — максимальный радиус пластической зоны, (R_) — конечный радиус полости, (u_
) — общее смещение зоны пластичности, а (Delta) — средняя объемная деформация зоны пластичности.
Считалось, что радиус начальной полости приближается к нулю, поэтому его упрощали как (R_^ до 0) , а общее смещение границы зоны пластичности относительно невелико.
В приведенном выше расчете начальное поле напряжений не учитывалось. Для перегнойной почвы напряжение увеличивается (sigma_
= Ccos varphi), из-за чего почва очень мало входила в пластическое состояние. Чтобы удовлетворить условию легкого перехода грунта в пластическое состояние, диапазон влияния зоны пластичности должен быть большим, чтобы общее смещение границы зоны пластичности можно было считать относительно небольшим и упростить следующим образом: (u_
^ до 0). Было получено следующее уравнение:
Для перегнойного грунта поровое давление воды было трудно рассеять во время строительства песчаной отсыпки, частицы грунта были несжимаемыми, а величина сжатия в зоне пластичности была незначительной, поэтому было получено следующее уравнение:
Следующее уравнение было получено на основе уравнений (10), (11) и (16):
Подставляя уравнение (17) в уравнение. (13) было получено следующее уравнение:
Уравнение напряжения и пути можно получить:
Увеличение дополнительного напряжения, вызванного строительством песчаной сваи
Когда кучи песка расположены в форме равностороннего треугольника, длина стороны которого равна (s), взаимодействия происходят между кучами песка, где (d_) — диапазон влияния одиночной кучи песка, а (r_) — радиус влияния . Это видно из уравнения (19) что радиальное напряжение уменьшается с увеличением r. Из соображений безопасности при проектировании увеличение дополнительного напряжения грунта вокруг сваи, вызванное расширением полости одиночной песчаной сваи, имеет равномерное распределение. Величина – дополнительное напряжение на границе одиночной сваи; то есть средний прирост дополнительного напряжения во всей зоне пластичности равен (sigma_).
Было получено следующее уравнение 16 :
Скорость замещения песчаной кучи представлена как (м), что может быть выражено следующим образом:
Подставляя уравнение (22) в уравнение. (20) было получено следующее уравнение:
