Формула расчетное сопротивление грунта: 5.5.2. Расчетное сопротивление грунтов основания

Опубликовано в Разное
/
21 Дек 2020

Содержание

Определение расчетного сопротивления глинистых грунтов — Мегаобучалка

Задача

Задание по последней цифре учебного шифра

Определить расчетное сопротивление глины с коэффициентом пористости е=0,75 и показателем текучести IL=0,65 применительно к фундаменту шириной b=2м, имеющему глубину заложения d = 2,5м. Удельный вес грунта, расположенного выше подошвы, γ´=1,7 кН/м3.

Расчет

Пользуясь значениями R0 (см. табл. 4), по формуле (15) вычисляем:

 

R0 (0,75; 0,65) = (0,8-0,75) / (0,8-0,6)*[(1-0,65)*500+0,65*300]+

 

+(0,75-0,6) / (0,8-0,6)*[(1-0,65)*300 + 0,65*200]=92,5+176,25=268,75кПа.

 

Далее по формуле (17) получаем:

 

R = 268,75[1+0,05 (2-1/1)] +1,5 * 17 (2,5-2) = 295 кПа.

Расчетное сопротивление R основания, сложенного крупнообломочными грунтами, вычисляется по формуле (12) на основе результатов непосредственных определений прочностных характеристик грунтов. При отсутствии таких испытаний расчетное сопротивление определяется по характеристикам заполнителя, если его содержание превышает 40%. При меньшем содержании заполнителя значение R для крупнообломочных грунтов допускается принимать по табл. 4.

При искусственном уплотнении грунтов основания или устройстве грунтовых подушек расчетное сопротивление определяется исходя из задаваемых в проекте расчетное сопротивление определяется исходя из задаваемых в проекте расчетных значений физико-механических характеристик уплотненных грунтов. Последние устанавливаются на основе исследований, либо с помощью справочных таблиц, исходя из необходимой плотности грунтов. При вычислении R влажность пылевато-глинистых грунтов рекомендуется принимать равной 1,2 ωр.

Расчетное сопротивление рыхлых песков определяется по формуле (12) при γc1c2 = 1. Значение R следует уточнять по результатам не менее трех испытаний штампа с размерами и формой, возможно более близкими к проектируемому фундаменту, но площадью не менее 0,5м

2. При этом значение R принимается не более давления, при котором ожидаемая осадка фундамента равна предельной.

При устройстве прерывистых фундаментов расчетное сопротивление основания R определяется как для исходного ленточного фундамента по формуле (13.) с повышением значения R коэффициентом kd принимаемым по табл. 5.



При необходимости увеличения нагрузок на основание существующих сооружений при их реконструкции (замене оборудования, надстройке и т.п.) расчетное сопротивление основания должно приниматься в соответствии с данными о состоянии и физико-механических свойствах грунтов основания с учетом типа и состояния фундаментов и над фундаментных конструкции сооружения, продолжительности его эксплуатации и ожидаемых дополнительных осадок при увеличении нагрузок на фундаменты. Следует также учитывать состояние и конструктивные особенности примыкающих сооружений, которые, оказавшись в пределах «осадочной воронки», могут получить повреждения.

Если в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z от подошвы фундамента расположен слой грунта меньшей прочности, чем прочность лежащих выше слоев (рис. 6) необходима проверка соблюдения условия

σzp + σzg ≤ Rz (18)

где σzp и σzg — вертикальные нормальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента соответственно дополнительное от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта, кПА.

 

ТАБЛИЦА 5

 

ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА kd ДЛЯ ПЕСКОВ ( КРОМЕ РЫХЛЫХ )

И ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ.

 

Коэффициент пористости е и показатель текучести IL Значение kd при фундаментных плитах
прямоугольных с угловыми вырезами
е ≤ 0,5 и IL ≤ 0 1,3 1,3
е = 0,6 и IL = 0,25 1,15 1,15
е ≥ 0,7 и IL ≥ 0,5 1,0 1,15

 

Примечания:

1.При промежуточных значениях е и IL коэффициент kd принимается по интерполяции.

2. Для плит с угловыми вырезами коэффициент kd учитывает повышение R на 15%.

Rz — расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z, кПа, вычисленное по формуле (13.) для условного фундамента шириной bz, м, определяемой по выражению:

____________

bz=√Az + α 2 — α (19)

Az=N/ σzp ; α = (lb)/2

 

здесь N — суммарная вертикальная нагрузка на основание от фундамента, кН;

l и b —соответственно длина и ширина фундамента, м

 

Формула (19.) для ленточного фундамента принимает вид

bz = n/σzp (20)

 

 

Рис. 6. Схема для проверки расчетного сопротивления по характеристикам грунта подстилающего слоя:1 -грунт верхних слоев основания; 2 — подстилающий слой грунта меньшей прочности.

 

 

Расчет осадок фундаментов

Теория

Осадка основания s методом послойного суммирования определяется по формуле

      n  
s = β Σ σzp,ihi
Ei
      i=1  

(21)

 

где β — безразмерный коэффициент, равный 0,8;

σzpi — среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i–м слое грунта равное полусумме указанных напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

hi и Ei — соответственно толщина и модуль деформации

i–го слоя грунта;

n — число слоев, на которое разбита сжимаемая толщина основания.

σzp — от дополнительного давления ρ0 под подошвой рассчитываемого фундамента (см. формулу 4)

σzp,А — от дополнительного давления ρ0i под подошвой i–го влияющего фундамента методом угловых точек по формуле (6.)

Суммарное дополнительное напряжение по оси рассчитываемого фундамента с учетом влияния нагрузок от соседних фундаментов определяется по формуле (7)

Задача

Рассчитать осадку фундамента Ф-1 здания с гибкой конструктивной схемой с учетом влияния нагрузки на фундамент Ф-2 по условиям примера 1 при следующих данных. С поверхности до глубины h+h1=6м. залегает песок пылеватый со следующими характеристиками, принятыми по справочным таблицам: γs=26,8кН/м2; γ=16,9кН/м2; ω=0,15; e=0,14; c

11=4,11кПа; φ11=38; Е=18000кПа, Ниже залегает песок мелкий с характеристиками: γs=26,6кН/м3; γ=19,9кН/м3; ω=0,21; е=0,62; c11=2кПа; φ11=32; Е=28 000кПа. Уровень подземных вод находится на глубине 6,4 м от поверхности. Суммарная нагрузка на основание от каждого фундамента (с учетом его веса) N =5,4МН.

 

 
γs(кН/м2) 26,8
γ (кН/м2) 16,9
ω 0,15
е 0,14
с11(КПа) 4,11
φ11(град)
E(КПа)
УПВ(м) 6,4

 

Расчет

Дополнительные вертикальные нормальные напряжения в основании фундаментов Ф-1 и Ф-2 подсчитаны в задании 1, приведены в табл. 1 и показаны на рис. 1. Дополняем табл.1 подсчетом напряжений от собственного веса грунтов σzg для определения нижней границы сжимаемой толщины (табл.5).

 

Из табл. 5 видно, что нижняя граница сжимаемой толщи под фундаментом Ф-1 находится на глубине z1=6,46 м. (при учете нагрузки только на этот фундамент) и на глубине z2=7,078 м. (при учете влияния фундамента Ф-2).

 

Таблица 5

z,м σzp1 σzp2 σzp σzg 0.2 σz
g
Е
33,8 6,8
0,8 264,2 1,99 266,2 47,3 9,5
1,6 207,2 3,70 210,9 60,8 12,2
2,4 146,5 7,41 153,9 74,4 14,9
3,2 104,6 9,69 124,3 87,9 17,6
4,0 76,4 11,11 87,5 101,4 20,3
4,8 56,4 11,68 68,1 121,4 24,3
5,6 43,9 10,54 54,4 145,5 29,1
6,4 34,8 9,69 44,5 169,6 33,9
7,2 27,9 8,83 36,8 193,7 38,7
8,0 23,1 7,98 31,1 217,8 43,6
8,8 19,4 7,12 26,6 241,8 48,4

 

Примечание. Значения напряжений и модуля даны в кПа.

Определяем осадку фундамента Ф-1 по формуле (21.)

Без учета влияния Ф-2

                 
s = β Σ σzp,ihi = β h Σ σzp,i
Ei Ei
      i=1           i=1

 

 

S= 0,8 х 0,8 ((285 + 2 х 264,2 +2 х 207,2 + 2 х 146,5 + 2 х 104,6 + 76,4) /2 х 18000+ (76,4 + 2 х 56,4 + 2 х 43,9 + 34,8 )/ 2 х 28000) = 0,0375 м=3,75 см.

 

С учетом влияния Ф-2

 

S= 0,8 х 0,8 ((285 + 2 х 266,2 +2 х 210,9 + 2 х 153,9 + 2 х 124,3 + 87,5) /2 х 18000+(87,5 + 2 х 68,1 + 2 х 54,4 + 2 х 44,5 + 36,8)/ 2 х 28000) = 0,0414м=4,14см.

 

 

Список рекомендуемой литературы

1. Цытович Н.А. Механика грунта, изд. Высшая школа, М 1979.

 

2. Справочник проектировщика основания и фундаменты, изд. Литература по строительству, М 1964.

 

3. СниП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений, изд. Стройиздат 1982.

 

Расчетное сопротивление грунта. Расчет. — НПКБ «СТРОЙПРОЕКТ»

Настоящий расчет выполняется строго в соответствии с СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений».

Определение понятия и механизм сопротивления грунта — ЧИТАТЬ ЗДЕСЬ.

расчетная схема 1расчетная схема 2

Характеристики грунтов над подошвой фундамента:

ГрунтыТолщина слоя грунта выше подошвы фундамента, hi, мРасчетное значение удельного веса грунтов выше подошвы фундамента, γII, кН/м3Удельный вес частиц грунта, γs, кН/м3Коэффициент пористости, е
Крупнообломочные с песчаным заполнителем и пески, кроме мелких и пылеватыхПески мелкиеПески пылеватые (маловлажные и влажные)Пески пылеватые насыщенные водойПески рыхлыеГлинистые, а также крупнообломочные с глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя IL≤0.25Глинистые, а также крупнообломочные с глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя 0.25≤IL≤0.5Глинистые, а также крупнообломочные с глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя IL≥0.5

Характеристики грунтов под подошвой фундамента:

ГрунтыТолщина слоя грунта ниже подошвы фундамента, hi, мРасчетное значение удельного веса грунтов ниже подошвы фундамента, γII, кН/м3Расчетное значение угла внутреннего трения, φII, град.Расчетное значение удельного сцепления грунта,CII, кПаУдельный вес частиц грунта,γs, кН/м3Коэффициент пористости, е
Крупнообломочные с песчаным заполнителем и пески, кроме мелких и пылеватыхПески мелкиеПески пылеватые (маловлажные и влажные)Пески пылеватые насыщенные водойПески рыхлыеГлинистые, а также крупнообломочные с глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя IL≤0.25Глинистые, а также крупнообломочные с глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя 0.25≤IL≤0.5Глинистые, а также крупнообломочные с глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя IL≥0.5
 

Добавить

/

убрать

слой

Отметьте если прочностные характеристики (φ, c) определены непосредственными испытаниями:

ДаНет

Наличие грунтовых вод:

ДаНет

Наличие подвала:

ДаНет

Жесткость конструктивной системы здания:

ЖесткаяГибкая

К сооружениям с жесткой конструктивной системой относят сооружения, конструкции которых специально приспособлены к восприятию усилий от деформаций основания, в том числе за счет мероприятий по усилению оснований и использовании эффективных фундаментов, к таким зданиям относятся: здания панельные, блочные и кирпичные, сооружения типа башен, силосных корпусов, дымовых труб и др.;

Тип фундаментов:

ЛенточныйСтолбчатыйПлитный

Глубина расположения фундамента, d,м:

РАССЧИТАТЬ

Для принятых условий расчетное сопротивление грунта составит:

R=  ,кПа

Примечание:

Расчетное сопротивление грунта R, должно быть больше среднего давления под подошвой фундамента, p.

Это условие является важной предпосылкой применения методов расчета осадок, основанных на использовании положений теории линейного деформирования грунта. Рекомендуется подбирать такие параметры конструктивной системы здания и фундаментов, чтобы расчетное сопротивление R было не менее 150кПа и не более 500 кПа.

Данный расчет по определению расчетного сопротивления грунта основания является одним из ключевых при расчете зданий и сооружений по второму предельному состоянию. Условие соблюдения этого расчета (p<R), является важнейшей предпосылкой к применению методов расчета осадок, основанных на использовании положений теории линейного деформирования грунта.

Расчетное сопротивление грунтов основания при устройстве грунтовых подушек или преобразования свойств грунтового массива определяется исходя из задаваемых проектом физико-механических характеристик проектируемого основания.

Расчетное сопротивление грунта (Excel)

SLADE , 04 сентября 2008 в 19:12

#1

Нашел формулы по определению Mγ Mq Mc в зависимости от φII. Если интересно напиши на [email protected]

schulz1907 , 05 сентября 2008 в 10:15

#2

Я знаю эти формулы, там точность то будет в районе тысячных
поэтому решил не заморачивацо и взять значения из таблицы СП 🙂

Евгений Быков , 05 сентября 2008 в 11:03

#3

То что нужно! Спасибо большое!!! Емко и по делу.

julieta , 08 сентября 2008 в 15:55

#4

У меня почемуто скачаный архивчик пуст (((

SLADE , 08 сентября 2008 в 21:13

#5

Тогда на интерполировать в зависимости от угла ( не всегда он целый)

schulz1907 , 08 сентября 2008 в 22:34

#6

мне пока в геологии не целый не попадалсо 😉
если что напиши на [email protected]
я напишу программку по интерполяции ))

schulz1907 , 09 сентября 2008 в 08:54

#7

хотя я бы не заморачивалсо интерполяцией а просто округлил бы угол в меньшую сторону
зачем такая точность ?
тут же дело касаецо грунта мало ли чо там.

Armin , 10 сентября 2008 в 08:13

#8

SLADE.

Что за формулы?
Где нашел?

andreysmart , 05 мая 2010 в 19:16

#9

Не плохо бы добавить возможность расчета гибкой конструктивной схемы, случай когда гамму сII принимают за единицу

dediusasa , 22 июня 2019 в 10:36

#10

Исправьте значение коэффициента Мс при ф=20, в остальном мерси боку!

elima.ru › Скрипты › Расчёты оснований и фундаментов › Определение расчётного сопротивления грунта основания по п. 2.41 СНиП 2.02.01-83

Название объекта

Заголовок расчёта

Объект является зданием
Объект является сооружением

Характеристики здания или сооружения
Объект имеет жёсткую конструктивную схему
Объект не имеет жёсткой конструктивной схемы

Ширина подошвы фундамента — b [м]
Длина объекта — L [м]
Высота объекта — Н [м]

Имеется подвал
Нет подвала

Глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки – d1 [м]
Ширина подвала под объектом – B [м]
Толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала – hs [м]
Толщина конструкции пола подвала – hcf [м]
Расчётное значение удельного веса конструкции пола подвала – γcf [кН/м3]
Глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала – db [м]

Тип грунта основания
Крупнообломочный с песчаным заполнителем и песчаный, кроме мелкoго и пылеватого
Песок мелкий
Песок пылеватый – маловлажный и влажный
Песок пылеватый – насыщенный водой
Пылевато-глинистый, а также крупнообломочный с пылевато-глинистым заполнителем, с показателем текучести грунта или заполнителя  IL<0.25
Пылевато-глинистый, а также крупнообломочный с пылевато-глинистым заполнителем, с показателем текучести грунта или заполнителя  0.25<IL<0.5
Пылевато-глинистый, а также крупнообломочный с пылевато-глинистым заполнителем, с показателем текучести грунта или заполнителя  IL>0.5
Прочностные характеристики грунта
 Получены в результате непосредственных испытаний
 Приняты по таблицам 1-3 приложения 1 СНиП 2.02.01-83*

 Угол внутреннего трения грунта основания – φII [°]
 Осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды) – γII [кН/м3]
 Осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учётом взвешивающего действия воды) – γ’II [кН/м3]
 Расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента – cII [кПа]

75 фото точного определения базовой характеристики

Удельное сопротивление грунта – это физический параметр, который определяет степень сопротивления грунта прохождению через него электрического тока, иными словами – позволяет определить его проводимость.

Данный параметр определяется как сопротивление, создаваемое условным кубом грунта с длиной рёбер 1 м с присоединёнными к разным сторонам электродами. Единица измерения – Ом на метр.

Любой грунт обладает сложной структурой, включающей в себя твёрдые частички, жидкость (воду в связанном и свободном виде) и воздух, причём ток проводит в основном именно вода.

По своим характеристикам любой грунт обладает очень плохой проводимостью; однако чем она выше (и, соответственно, меньше  сопротивление), тем меньшее число заземлителей нужно устанавливать для получения низкого сопротивления заземления.

А ведь именно оно позволяет грунту поглощать ток от молний и при утечках, что защищает оборудование от поломок, а работающих с ним людей – от травм. При расчётах нужно знать величину сопротивления грунта там, где вы планируете его оборудовать.

На эту цифру влияют различные факторы:

  • температура – один из наиболее важных параметров. При её снижении сопротивление растёт, поскольку замёрзшая вода почти не проводит ток; так, при падении до -5 градусов значение сопротивления возрастает в 8 раз;
  • влажность грунта – чем она выше, тем грунт легче проводит ток. При снижении влажности сопротивление возрастает, сильно это проявляется у песчанистых, глинистых и суглинистых грунтов;
  • структура грунта;
  • наличие в воде растворённых солей и других электролитов – чем их больше, тем сопротивление меньше.

Данные параметры меняются по сезонам. Зимой, когда земля промерзает, значения удельного сопротивления выше всего.

Стоит отметить следующий факт. Грунт состоит из слоёв, имеющих разное среднее сопротивление и разделённых относительно чёткими границами, и в каждом слое сопротивление почти не меняется. Верхний слой (до трёх метров) наиболее сильно подвержен изменениям.

Измерение сопротивления

Чем точнее будет измерено сопротивление, тем надёжнее можно будет оборудовать заземляющее сооружение. Не придётся как устанавливать лишние электроды, так и расширять заземляющие устройства постфактум.

Самые точные результаты будут, если измерения будут проводиться отдельно по сезонам. Но это бывает накладно.

Чаще измерения делают в конце весны или начале лета,  при этом для того, чтобы рассчитать сопротивление грунта при промерзании (или его высыхания), используют поправочные коэффициенты – промерзания, влажности, сезонные; они определяются для каждой климатической зоны отдельно.

Измерения могут проводиться одним из двух методов: амперметра-вольтметра и вертикального электрического зондирования. За расчётное сопротивление грунта берут наибольший результат.

Существуют таблицы сопротивления грунтов, позволяющие узнать примерные величины сопротивления для различных видов грунта в разных климатических зонах.

Однако ориентироваться на эти цифры можно только тогда, когда нет никаких других известных данных. Надёжнее и правильнее делать замеры на месте.

Удельное сопротивление преимущественно зависит от характеристик типа грунта. Чернозём и глина обладают низким сопротивлением – всего 80 Ом*м, суглинок – чуть большим, 100 Ом*м. Для песчаных грунтов содержание влаги влияет на сопротивление очень сильно, и значения могут колебаться от десятка до тысяч Ом*м.

Чем выше содержание горных пород, тем выше сопротивление: каменистые виды грунта способны обладать сопротивлением в тысячи Ом*м, а для грунтов с вечной мерзлотой цифры могут достигать 50000 Ом*м.

Стоит отметить, что в каменистых и вечномёрзлых грунтах, помимо прочего, организовать заземление трудоёмко и дорого, что иногда требует использовать специальные методы по снижению удельного сопротивления.

Как понизить сопротивление

Традиционный способ снизить сопротивление заземлителя – увеличить число электродов и/или размер заземлителя.

Рост габаритов позволяет добиться многих преимуществ, поскольку глубинные слои мало зависят от сезонных колебаний. Так, при увеличении размеров заземлителя от 10 метров до 100 колебания сопротивления уменьшаются в десятки раз.

Однако в каменистых и вечномерзлых грунтах обычные методы сложны для реализации. Установка дополнительных электродов связана с трудностями и дополнительными тратами; кроме того, давление пластов грунта выталкивает горизонтальные электроды. Поэтому для таких грунтов нужны иные типы решений.

Замена грунта нужного объёма на грунт с более низким сопротивлением. Способ неплох для каменистых типов, но для вечномёрзлых польза метода ограничена: новый грунт тоже будет промерзать.

Объёмы заменяемого грунта зачастую огромны, а результат не всегда бывает удовлетворительным.

Новый метод расчета коэффициента безопасности откоса грунта

На основе единой теории прочности был разработан новый метод расчета коэффициента безопасности плоского откоса грунта, который учитывает влияние промежуточного главного напряжения и коэффициента бокового давления в состоянии покоя. Примеры расчетов из литературы были использованы для сравнения нового метода расчета и текущего метода срезов; результаты показали, что оба обеспечивают хорошую согласованность. Новый метод может служить справочным материалом для оценки устойчивости откосов.Новый метод был использован для расчета коэффициентов безопасности откосов грунта для различных значений параметра промежуточного главного напряжения, параметров напряжения двойного сдвига и коэффициента статического бокового давления. Результаты показали, что коэффициент безопасности увеличивался при увеличении; сначала увеличивалось, а затем уменьшалось при увеличении; и увеличивалась, когда была увеличена. Эти результаты показывают, что промежуточное главное напряжение, а также напряженное состояние и его изменения нельзя игнорировать при анализе устойчивости грунтового откоса.Характеристики грунта на склонах и напряженное состояние необходимо учитывать для определения единых теоретических параметров прочности и коэффициента статического бокового давления, максимального увеличения потенциала прочности грунта на откосах и эффективного снижения затрат на проектирование откосов.

1. Введение

На дорогах, мостах и ​​на строительных объектах проблемы устойчивости откосов часто возникают во время вырубки или выемки котлована. Нестабильность откоса возникает из-за разрушения исходного напряженного состояния равновесия почвы, вызванного внешними силами, такими как выемка грунта или выемка котлована, и снижением противодействующей прочности почвы под влиянием различных внешних факторов, таких как проникновение дождевой воды и замерзание почвы. -отая.В практическом проектировании устойчивость откоса анализируется для проверки целесообразности конструкции участка откоса грунта. Если уклон будет слишком крутым, он легко обвалится; если уклон будет слишком пологим, потребуется больше земляных работ.

Характеристики обычного метода срезов [1], модифицированного метода Бишопа [2], методов силового равновесия (например, Лоу и Карафиат [3]), обобщенной процедуры срезов Янбу [4], метода Моргенштерна и Прайса [5 ] и Метод Спенсера [6] были обобщены в большинстве учебников.Fall et al. [7] провели исследования по анализу устойчивости оползней методом конечных элементов. Cheng и Yip [8] показали, что строгий метод необходим для надежной оценки устойчивости оползней при трехмерном анализе. Чжу и Ли [9] провели исследование запаса прочности на основе предположения Белла. Метод Белла был усовершенствован Чжэном и Тхамом [10]. Впоследствии метод Чжэн и Тхам можно рассматривать как усовершенствование метода Феллениуса.

Коэффициент безопасности устойчивости откоса относится к отношению прочности грунта на сдвиг к напряжению сдвига возможной поверхности скольжения на склоне.Напряженное состояние грунта и его изменения являются предпосылками устойчивости откосов; существующий метод кругового скольжения на склоне (Petterson 1916) и метод среза (Fellenius 1927) игнорируют влияние напряженного состояния. На самом деле устойчивость откоса меняется с изменением напряженного состояния. Исследователи [11–14] в настоящее время ищут центр скольжения и поверхность скольжения, дополняя и изменяя основные предположения метода срезов и обеспечивая фундаментальную основу в инженерных приложениях для метода срезов.Однако недостатки метода срезов и статически неопределенная проблема этого метода [15] создали проблемы для практических инженерных приложений.

Основываясь на механизме многоступенчатого скольжения и модели многосдвигового элемента, Ю. разработал единую теорию прочности, которая учитывает различный вклад всех составляющих напряжения в предел текучести материалов при разрушении [16, 17]. Единая теория прочности включает теорию прочности на сдвиг двойного сдвига [18–20] и теорию одиночной прочности.Отличное согласие между результатами, предсказанными единой теорией прочности, и результатами экспериментов показывает, что единая теория прочности применима для широкого диапазона напряженных состояний во многих материалах (Ма ​​и др., 1985 [21]).

Коэффициент давления грунта в состоянии покоя () определяется как отношение горизонтального эффективного напряжения на месте к действующему вертикальному напряжению на месте. Параметр необходим при интерпретации лабораторных и натурных испытаний, а также при проектировании подпорных конструкций и систем поддержки выемки грунта.Schnaid и Yu [22] считают, что это важный входной параметр для численного анализа геотехнических краевых задач.

В этом исследовании была рассмотрена перспектива общего напряженного состояния для получения нового метода расчета коэффициента запаса прочности грунта на откосе на основе единой теории прочности. Коэффициент безопасности на склоне определялся с учетом влияния промежуточного главного напряжения и коэффициента бокового давления в состоянии покоя. Метод сравнивался и проверялся с текущим методом срезов и может служить справочным материалом для оценки устойчивости при проектировании откосов грунта.

2. Основная теория и вывод формул
2.1. Единая теория прочности

Теория прочности Мора – Кулона проста и практична. Он подходит для инженерных приложений, но не отражает влияние промежуточного главного напряжения, а результаты расчетов относительно консервативны. В 1991 году Ю предложил единую теорию прочности, чтобы компенсировать недостатки теории прочности Мора – Кулона. Единая теория прочности может учитывать эффект промежуточного главного напряжения материала и может моделировать почти все материалы на частичной плоскости для развития потенциалов прочности материала.Существуют два уравнения с условной формулой как для математической модели, так и для теоретического выражения единой теории прочности, которая учитывает различные вклады различных компонентов напряжения в текучесть и разрушение материала, уменьшает количество параметров материала и делает предельное поверхность для достижения внешней границы выпуклых критериев; они не могут быть достигнуты другими критериями. Методы математического моделирования из двух уравнений также могут использоваться для решения задач с определением промежуточного главного напряжения сдвига.Ю. вывел математическое выражение единой теории прочности, используя единую модель сдвига двойного сдвига и новую математическую модель [17]: где и — функции текучести;

Общие сведения об испытаниях на удельное сопротивление грунта — ShopAEMC.com

Давайте рассмотрим процесс расчета глубины, необходимой для установки новой заземляющей штанги. Для этого мы будем использовать вычислительный инструмент, называемый номограммой.

Для начала нам нужно принять несколько решений. Во-первых, какое сопротивление заземляющего электрода необходимо? Во-вторых, какой диаметр заземляющих стержней мы будем использовать? С этими двумя ответами и измеренным удельным сопротивлением почвы мы можем использовать номограмму для расчета глубины, необходимой для достижения нашей цели.Допустим, нам нужно, чтобы сопротивление этой системы заземления было не более 10 Ом, и что мы выбрали заземляющие стержни диаметром 5/8 дюйма.

Глядя на нашу номограмму (стр. 4), у нас есть пять шкал для работы: шкала R представляет желаемое сопротивление, необходимое для нашей работы (10 Ом). Шкала P представляет удельное сопротивление почвы. Наше среднее значение составляет 6515 Ом-сантиметр, полученное с помощью 4-полюсного измерителя сопротивления заземления с использованием метода тестирования Веннера. Шкала D представляет глубину, и мы будем использовать ее, чтобы найти ответ.Шкала K содержит константы, которые помогут нам определить глубину. Наконец, DIA представляет собой диаметр используемых стержней. Мы выполним несколько простых шагов, чтобы получить подробный ответ.

Используя номограмму, мы сначала ставим точку на 10 Ом на шкале R, поскольку это сопротивление нашего желаемого. Затем мы ставим точку 6515 на шкале P, представляющую наши измерения удельного сопротивления почвы. Нам нужно будет сделать все возможное, чтобы приблизить местоположение этой точки между 5000 и 10000 хэш-меток.

Затем мы берем линейку и проводим линию между точками, которые мы разместили на шкалах R и P, и позволяем линии пересекаться со шкалой K и помещаем точку в точку пересечения.

Теперь мы снова берем линейку и проводим линию от отметки 5/8 на шкале DIA, представляющую диаметр нашего стержня, через точку на шкале K, и продолжаем до пересечения со шкалой D и помещаем точку на D. масштаб в этой точке пересечения.

Номограмма — это математический инструмент, состоящий из нескольких нелинейных шкал, на которых могут быть нанесены известные значения, а желаемое неизвестное значение может быть получено путем простого соединения точек линейкой и нахождения результата путем считывания точки пересечения на желаемой шкале.В случае сопротивления заземления мы будем иметь дело с известными значениями удельного сопротивления почвы, диаметра стержня и желаемого сопротивления заземления системы. Неизвестно, какую глубину необходимо решить, чтобы достичь желаемого сопротивления. Номограмма заземления была разработана в 1936 г. Х. Б. Дуайтом.

Значение в этой точке — это глубина, необходимая для того, чтобы продвинуть стержень диаметром 5/8 дюйма для достижения сопротивления заземляющего электрода 10 Ом с учетом измеренного удельного сопротивления почвы. Глядя на заполненную номограмму, мы видим, что один стержень должен быть погружен на глубину 30 футов, чтобы соответствовать нашей цели в 10 Ом.Во многих случаях забивать глубокие штанги непрактично. Альтернативой является использование двух или более стержней для достижения желаемых результатов.

Удельный вес и плотность грунта

Удельный вес грунта

Обозначения и обозначения
γ, γ м = единичный вес, насыпной единичный вес, влажный единичный вес
γ d = сухой единичный вес
γ sat = насыщенный единичный вес
γ b , γ ‘ = Удельный вес плавучести или эффективный удельный вес
γ с = Удельный вес твердых частиц
γ w = Удельный вес воды (равный 9810 Н / м 3 )
W = Общий вес грунта
Вт с = Вес твердых частиц
W w = Вес воды
V = Объем грунта
V s = Объем твердых частиц
V v = Объем пустот
V w = Объем воды
S = степень насыщения
w = содержание воды или влажность
G = удельный вес твердых частиц

Масса насыпной единицы / Масса влажной единицы
$ \ gamma = \ dfrac {W} {V} $

$ \ gamma = \ dfrac {W_w + W_s} {V_v + V_s}

долл. США

$ \ gamma = \ dfrac {\ gamma_w V_w + \ gamma_s V_s} {V_v + V_s}

$

$ \ gamma = \ dfrac {\ gamma_w V_w + G \ gamma_w V_s} {V_v + V_s}

$

$ \ gamma = \ dfrac {V_w + G V_s} {V_v + V_s} \ gamma_w $

$ \ gamma = \ dfrac {S V_v + G V_s} {V_v + V_s} \ gamma_w $

$ \ gamma = \ dfrac {S (V_v / V_s) + G (V_s / V_s)} {(V_v / V_s) + (V_s / V_s)} \ gamma_w $

$ \ gamma = \ dfrac {Se + G} {e + 1} \ gamma_w $

$ \ gamma = \ dfrac {(G + Se) \ gamma_w} {1 + e}

долл. США

Примечание: Se = Gw, таким образом,

$ \ gamma = \ dfrac {(G + Gw) \ gamma_w} {1 + e}

долл. США

Удельный вес влажного в пересчете на сухую плотность и влажность
$ \ gamma = \ dfrac {W} {V} = \ dfrac {W_s + W_w} {V} $

$ \ gamma = \ dfrac {W_s (1 + W_w / W_s)} {V} = \ dfrac {W_s} {V} (1 + w)

долл. США

$ \ gamma = \ gamma_d (1 + w)

$

Сухой вес (S = w = 0)
Из $ \ gamma = \ dfrac {(G + Se) \ gamma_w} {1 + e} $ и $ \ gamma = \ dfrac {(G + Gw) \ gamma_w} {1 + e} $, S = 0 и w = 0

$ \ gamma_d = \ dfrac {G \ gamma_w} {1 + e}

долл. США

Насыщенный вес единицы (S = 1)
От $ \ gamma = \ dfrac {(G + Se) \ gamma_w} {1 + e} $, S = 100%

$ \ gamma_ {sat} = \ dfrac {(G + e) ​​\ gamma_w} {1 + e}

долл. США

Вес плавучего агрегата или эффективный вес агрегата
$ \ gamma ‘= \ gamma_ {sat} — \ gamma_w $

$ \ gamma ‘= \ dfrac {(G + e) ​​\ gamma_w} {1 + e} — \ gamma_w $

$ \ gamma ‘= \ dfrac {(G + e) ​​\ gamma_w — (1 + e) ​​\ gamma_w} {1 + e}

$

$ \ gamma ‘= \ dfrac {G \ gamma_w + e \ gamma_w — \ gamma_w — e \ gamma_w} {1 + e}

долл. США

$ \ gamma ‘= \ dfrac {G \ gamma_w — \ gamma_w} {1 + e}

долл. США

$ \ gamma ‘= \ dfrac {(G — 1) \ gamma_w} {1 + e}

долл. США

Удельный вес воды
γ = 9.81 кН / м 3
γ = 9810 Н / м 3
γ = 62,4 фунт / фут 3

Типичные значения удельного веса грунта

Тип почвы γ нас. (кН / м 3 ) γ d (кН / м 3 )
Гравий 20–22 15–17
Песок 18–20 13–16
Ил 18–20 14–18
Глина 16–22 14–21

Плотность почвы

Термины «плотность» и «удельный вес» в механике грунтов взаимозаменяемы.Хотя это и не критично, важно, чтобы мы это знали. Чтобы найти формулу для плотности, разделите формулу единицы веса на гравитационную постоянную g (ускорение свободного падения). Но вместо g в формуле используйте плотность воды, заменяющую единицу веса воды.

Основная формула для определения плотности (примечание: м = Вт / г)
$ \ rho = \ dfrac {m} {V} $

Следующие формулы взяты из единиц веса почвы:

$ \ rho = \ dfrac {(G + Se) \ rho_w} {1 + e} $

$ \ rho = \ dfrac {(G + Gw) \ rho_w} {1 + e}

долл. США

$ \ rho_d = \ dfrac {G \ rho_w} {1 + e}

долл. США

$ \ rho_ {sat} = \ dfrac {(G + e) ​​\ rho_w} {1 + e}

долл. США

$ \ rho ‘= \ dfrac {(G — 1) \ rho_w} {1 + e}

долл. США

Где
м = масса грунта
V = объем грунта
W = вес грунта
ρ = плотность грунта
ρ d = сухая плотность грунта
ρ насыщ = насыщенная плотность грунта
ρ ‘= плавучесть почвы
ρ w = плотность воды
G = удельный вес твердых частиц почвы
S = степень насыщения почвы
e = коэффициент пустот
w = содержание воды или влажность

Плотность воды и гравитационная постоянная
ρ w = 1000 кг / м 3
ρ w = 1 г / куб.см
ρ w = 62.4 фунта / фут 3
g = 9,81 м / с 2
g = 32,2 фут / с 2

Относительная плотность

Относительная плотность — это показатель, который количественно определяет степень плотности между наиболее рыхлым и наиболее плотным состоянием крупнозернистых грунтов.

Относительная плотность записывается в следующих формулах:

$ D_r = \ dfrac {e_ {max} — e} {e_ {max} — e_ {min}} $

$ D_r = \ dfrac {\ dfrac {1} {(\ gamma_d) _ {min}} — \ dfrac {1} {\ gamma_d}} {\ dfrac {1} {(\ gamma_d) _ {min}} — \ dfrac {1} {(\ gamma_d) _ {max}}}

долл. США

где:
D r = относительная плотность
e = текущий коэффициент пустотности грунта на месте
e max = коэффициент пустотности почвы в самом рыхлом состоянии
e min = коэффициент пустотности почвы на в наиболее плотном состоянии
γ d = текущий сухой удельный вес грунта на месте
d ) мин. = сухой удельный вес грунта в самом рыхлом состоянии
d ) max = сухой вес грунта в наиболее плотном состоянии

Обозначение сыпучего грунта по относительной плотности

D r (%) Описание
0-20 Очень рыхлый
20-40 Свободный
40-70 Средняя плотность
70-85 плотный
85–100 Очень плотная

Физические свойства почвы | MATHalino

Фазовая диаграмма почвы

Почва состоит из твердых тел, жидкостей и газов.Жидкости и газы — это в основном вода и воздух соответственно. Эти два (вода и воздух) называются пустотами, которые занимают между частицами почвы. На рисунке ниже изображена идеализированная почва, разделенная на фазы твердых частиц, воды и воздуха.

001-phase-diagram-of-soil.gif

Соотношение массы и объема по фазовой диаграмме почвы
Общий объем = объем почвы + объем пустот
$ V = V_s + V_v $

объем пустот = объем воды + объем воздуха
$ V_в = V_w + V_a $

общий вес = вес твердых тел + вес воды
$ W = W_s + W_w $

Свойства почвы

Коэффициент пустотности, e
Коэффициент пустотности — это отношение объема пустот к объему твердых частиц.

$ e = \ dfrac {V_v} {V_s}

$

Пористость, n
Пористость — это отношение объема пустот к общему объему грунта.

$ n = \ dfrac {V_v} {V}

$

Степень насыщения, S
Степень насыщения — это отношение объема воды к объему пустот.

$ S = \ dfrac {V_w} {V_v}

$

Содержание воды или содержание влаги, w
Содержание влаги, обычно выражаемое в процентах, представляет собой отношение веса воды к весу твердых веществ.

$ w = \ dfrac {W_w} {W_s} \ times 100 \% $

Удельный вес, γ
Удельный вес — это вес грунта на единицу объема. Также называется насыпной массой единицы (γ) и влажной единицей массой (γ м ).

$ \ gamma = \ dfrac {W} {V}

долл. США

Вес сухой единицы, γ d
Вес сухой единицы — это вес сухой почвы на единицу объема.

$ \ gamma_d = \ dfrac {W_s} {V_ {dry}}

$

Насыщенный удельный вес, γ насыщ.
Насыщенный удельный вес — это вес насыщенного грунта на единицу объема.

$ \ gamma_ {sat} = \ dfrac {W_ {sat}} {V_ {sat}}

долларов

Эффективный удельный вес, γ ‘
Эффективный удельный вес — это вес твердых частиц в затопленном грунте на единицу объема. Также называется плавучей плотностью или плавучей массой единицы (γ b ).

$ \ gamma ‘= \ gamma_ {sat} — \ gamma_w $

Удельный вес твердых частиц, G
Удельный вес твердых частиц почвы — это отношение удельного веса твердых частиц (γ с ) к удельному весу воды (γ w ).

$ G = \ dfrac {\ gamma_ {s}} {\ gamma_w}

$

Формулы свойств почвы

Основные формулы
Вес единицы, $ \ gamma = s \ gamma_w $

Вес, $ W = \ gamma V = s \ gamma V $

Удельный вес, $ s = \ dfrac {\ gamma} {\ gamma_w} $

Физические свойства
Общий вес, $ W = W_w + W_s $

Общий объем, $ V = V_s + V_v $

Объем пустот, $ V_v = V_w + V_a $

Коэффициент пустот, $ e = \ dfrac {V_v} {V_s} $, Примечание: $ 0 \ lt e \ lt \ infty $

Пористость, $ n = \ dfrac {V_v} {V} $, Примечание: $ 0 \ lt n \ lt 1 $

Связь между e и n , $ n = \ dfrac {e} {1 + e} $ и $ e = \ dfrac {n} {1 — n} $

Содержание воды или влажность, $ w = \ dfrac {W_w} {W_s} \ times 100 \% $, Примечание: $ 0 \ lt w \ lt \ infty $

Степень насыщения, $ S = \ dfrac {V_w} {V_v} $, Примечание: $ 0 \ le S \ le 1 $

Связь между G , w , S и e , $ Gw = SE

Влажный удельный вес или насыпной вес, $ \ gamma_m = \ dfrac {W} {V} = \ dfrac {(G + Se) \ gamma_w} {1 + e} = \ dfrac {G (1 + w) \ gamma_w } {1 + e}

долл. США

Масса сухой единицы, $ \ gamma_d = \ dfrac {W_s} {V} = \ dfrac {G \ gamma_w} {1 + e} $

Насыщенный удельный вес, $ \ gamma_ {sat} = \ dfrac {(G + e) ​​\ gamma_w} {1 + e} $

Вес подводного или плавучего агрегата, $ \ gamma_b = \ gamma_ {sat} — \ gamma_w = \ dfrac {(G — 1) \ gamma_w} {1 + e} $

Критический гидравлический градиент, $ i_ {cr} = \ dfrac {\ gamma_b} {\ gamma_w} = \ dfrac {G — 1} {1 + e} $

Относительная плотность, $ D_r = \ dfrac {e_ {max} — e} {e_ {max} — e_ {min}} = \ dfrac {\ dfrac {1} {(\ gamma_d) _ {min}} — \ dfrac {1} {\ gamma_d}} {\ dfrac {1} {(\ gamma_d) _ {min}} — \ dfrac {1} {(\ gamma_d) _ {max}}}
$

Пределы Аттерберга
Индекс пластичности, $ PI = LL — PL $

Индекс ликвидности, $ LI = \ dfrac {MC — PL} {PI} $

Индекс усадки, $ SI = PL — SL $

Активность глины, $ A_c = \ dfrac {PI} {\ mu} $, где $ \ mu $ = почва мельче 0.002 мм в процентах

Другие формулы
Объем пустот, $ V_v = \ dfrac {eV} {1 + e} $

Объем твердых тел, $ V_s = \ dfrac {V} {1 + e} $

Объем воды, $ V_w = \ dfrac {SeV} {1 + e} $

Вес воды, $ W_w = \ dfrac {SeV \ gamma_w} {1 + e} $

Вес грунта, $ W = \ dfrac {V (G + Se) \ gamma_w} {1 + e} $

Масса сухой единицы, $ \ gamma_d = \ dfrac {\ gamma_m} {1 + w} $

Связь между G , w , S и e

Соотношение между удельным весом твердых частиц G , содержанием воды или влагосодержанием w , степенью насыщения S и соотношением пустот e определяется следующим образом:

$ Gw =

SE $

Формула выше может быть получена следующим образом:
$ \ gamma_s = G \ gamma_w $

$ \ dfrac {W_s} {V_s} = G \ gamma_w $

$ \ dfrac {W_s} {V_s} \ cdot \ dfrac {W_w} {W_w} = G \ gamma_w $

$ \ dfrac {W_w} {V_s} \ cdot \ dfrac {W_s} {W_w} = G \ gamma_w $

$ \ dfrac {W_w} {V_s} \ cdot \ dfrac {1} {W_w / W_s} = G \ gamma_w $

$ \ dfrac {\ gamma_w V_w} {V_s} \ cdot \ dfrac {1} {w} = G \ gamma_w $

$ \ dfrac {V_w} {V_s} \ cdot \ dfrac {1} {w} = G $

$ \ dfrac {V_w} {V_s} = Gw $

$ \ dfrac {V_w} {V_s} \ cdot \ dfrac {V_v} {V_v} = Gw $

$ \ dfrac {V_w} {V_v} \ cdot \ dfrac {V_v} {V_s} = Gw $

$ Se = Gw $

Таким образом, $ Gw = Se $, как указано выше.

Отношения e и n

Соотношение между отношением пустот e и пористостью n определяется выражением:

$ e = \ dfrac {n} {1 — n} $ и $ n = \ dfrac {e} {1 + e}

$

Вывод выглядит следующим образом:
$ e = \ dfrac {V_v} {V_s} $ ← коэффициент пустотности

$ e = \ dfrac {V_v} {V — V_v}

$

$ e = \ dfrac {V_v} {V — V_v} \ cdot \ dfrac {1 / V} {1 / V} $

$ e = \ dfrac {V_v / V} {1 — V_v / V} $ → n = V v / V

$ e = \ dfrac {n} {1 — n} $ (, хорошо! )

$ n = \ dfrac {V_v} {V} $ ← пористость

$ n = \ dfrac {V_v} {V_s + V_v}

$

$ n = \ dfrac {V_v} {V_s + V_v} \ cdot \ dfrac {1 / V_s} {1 / V_s}

долл. США

$ n = \ dfrac {V_v / V_s} {1 + V_v / V_s} $ → e = V v / V s

$ n = \ dfrac {e} {1 + e} $ ( хорошо! )

Испытания на удельное сопротивление грунта для проектирования катодной защиты

В этой статье обсуждается наиболее распространенный метод испытания удельного сопротивления грунта и приводятся некоторые рекомендации по правильному сбору достаточных данных для разработчика системы катодной защиты.

Soil Resistivity Testing Одним из наиболее важных параметров проектирования при рассмотрении применения катодной защиты заглубленных конструкций является удельное сопротивление грунта. Испытания на удельное сопротивление грунта являются важным фактором для оценки коррозионной активности окружающей среды по отношению к подземным конструкциям. Это также оказывает огромное влияние на выбор типа, количества и конфигурации анода. Таким образом, очень важно, чтобы проектировщик CP имел точные данные о состоянии грунта как в конструкции, так и в любых предлагаемых местах расположения анодной системы.Отсутствие достаточных данных об удельном сопротивлении грунта может сделать конструкцию системы катодной защиты (системы СЗ) неэффективной и может привести к дорогостоящим усилиям по восстановлению во время ввода в эксплуатацию.

Коррозионная активность почвы

Удельное сопротивление почвы является основным диагностическим фактором, используемым для оценки коррозионной активности почвы. При проведении испытаний на удельное сопротивление почвы можно оценить множество факторов, включая состав почвы, содержание влаги, pH, концентрации хлоридов и сульфат-ионов и окислительно-восстановительный потенциал.Все это общие компоненты программы лабораторных или полевых испытаний почвы, и все они влияют на удельное сопротивление почвы. Хотя может потребоваться комплексная программа испытаний почвы, особенно при выполнении анализа отказов, для большинства сред данные испытаний на удельное сопротивление почвы обеспечивают отличную основу для оценки коррозионной активности почвы. Ниже представлена ​​типичная диаграмма, которая коррелирует между удельным сопротивлением почвы и ее коррозионной активностью.

Удельное сопротивление почвы (Ом-см) Рейтинг коррозионной активности
> 20,000 Практически не вызывает коррозии
от 10 000 до 20 000 Слабоагрессивный
5 000–10 000 Умеренно коррозионный
от 3 000 до 5 000 Коррозийный
от 1000 до 3000 Сильнокоррозийный
<1000 Чрезвычайно агрессивные

ИСТОЧНИК: Основы коррозии: Введение, NACE Press Book, 2 -е издание , автор Pierre Roberge

Испытания на удельное сопротивление грунта

Soil Resistivity Testing Четырехштырьковый метод измерения удельного сопротивления грунта по Веннеру

Несмотря на то, что существует несколько методов измерения удельного сопротивления грунта, наиболее распространенным методом полевых испытаний является четырехштырьковый метод Веннера (ASTM G57).В этом тесте используются четыре металлических зонда, вбитых в землю и разнесенных на одинаковом расстоянии друг от друга. Внешние контакты подключаются к источнику тока (I), а внутренние контакты — к вольтметру (V), как показано на рисунке 1.

Когда через внешние зонды в почву подается известный ток, внутренние зонды можно использовать для измерения падения напряжения из-за сопротивления почвы при прохождении тока между внешними зондами. Затем это значение сопротивления R может быть преобразовано в значение удельного сопротивления почвы по формуле: ρ = 2 × π × a × R, где «ρ» измеряется в Ом-см, а «a» — это расстояние между штырями в см.Это значение представляет собой среднее удельное сопротивление почвы на глубине, эквивалентной расстоянию между зондами, поэтому, если зонды расположены на расстоянии 5 футов друг от друга, полученное значение будет эквивалентно среднему удельному сопротивлению почвы на глубине 5 футов.

При проектировании системы катодной защиты обычно проводят несколько измерений удельного сопротивления почвы с использованием этой методики с различными расстояниями между зондами. Для неглубокого размещения анода обычно достаточно снятия показаний на глубинах 2,5 футов, 5 футов, 10 футов, 20 футов, 25 футов.Для применения с глубокими анодами измерения удельного сопротивления почвы могут быть рекомендованы на гораздо больших глубинах, соответствующих ожидаемой глубине системы глубоких анодов.

Эффекты слоев

Важно отметить, что значения удельного сопротивления грунта, полученные при испытании с помощью четырех штифтов, представляют собой среднее удельное сопротивление грунта от поверхности земли до глубины, и каждое последующее расстояние между датчиками включает все показания сопротивления на мелководье над ним. Для целей проектирования катодной защиты часто необходимо определять сопротивление почвы на анодной глубине путем «вычитания» верхних слоев из глубоких показаний.Этот процесс «вычитания» верхних слоев требует некоторой вычислительной настройки. Один из популярных подходов называется методом Барнса, который предполагает слои почвы одинаковой толщины с границами, параллельными поверхности земли. Если измеренные данные указывают на уменьшение сопротивления с увеличением расстояния между электродами, этот метод можно использовать для оценки удельного сопротивления слоев.

Значения сопротивления (R) должны быть представлены в табличном формате, а затем преобразованы в проводимость, которая просто обратна значению сопротивления.Затем рассчитывается изменение проводимости для каждого последующего промежутка. Затем это значение преобразуется обратно в значение сопротивления слоя, принимая обратное значение изменения проводимости. Наконец, удельное сопротивление слоя рассчитывается с использованием ρ = 2 × π × a × R.

Для приведенного ниже анализа Барнса данные показывают, что зона низкого сопротивления существует на глубине от 60 до 100 метров.

ДАННЫЕ ИСПЫТАНИЙ АНАЛИЗ БАРНСА

Расстояние а
(м)

Сопротивление
(Ом)
Электропроводность 1 / R
(Сименс)
Изменение поведения
(Сименс)
Сопротивление слоев
(Ом)

Удельное сопротивление слоя
(Ом-м)

20 1.21 0,83 1,21 152
40 0,90 1,11 0,28 3,57 449
60 0,63 1,59 0,48 2,08 261
80 0,11 9,09 7,5 0,13 17
100 0,065 15.38 6,29 0,16 20
110 0,058 17,24 1,86 0,54 68

Рекомендации по оборудованию для испытаний на удельное сопротивление почвы

С точки зрения электричества, земля может быть довольно шумной средой с воздушными линиями электропередач, электрическими подстанциями, железнодорожными путями и многими другими источниками, которые способствуют шуму сигнала. Это может исказить показания, что может привести к значительным ошибкам.По этой причине специализированное оборудование для измерения сопротивления почвы, которое включает в себя сложные электронные блоки, способные отфильтровывать шум, имеет решающее значение при получении данных удельного сопротивления почвы.

Существует два основных типа измерителей удельного сопротивления грунта: высокочастотные и низкочастотные.

Высокочастотный измеритель удельного сопротивления грунта

Высокочастотные измерители работают на частотах значительно выше 60 Гц и должны быть ограничены сбором данных на глубине около 100 футов. Это связано с тем, что им не хватает напряжения для обработки длинных переходов, и они вызывают шумовое напряжение в потенциальных выводах, которое невозможно отфильтровать, поскольку удельное сопротивление почвы уменьшается, а расстояние между датчиками увеличивается.Они менее дороги, чем их части для низкочастотных счетчиков, и на сегодняшний день являются наиболее распространенным измерителем, используемым для тестирования удельного сопротивления почвы. В целях проектирования CP они часто используются для оценки коррозионной активности почвы и для проектирования мелких анодов.

Низкочастотный измеритель удельного сопротивления грунта

Низкочастотные измерители генерируют импульсы в диапазоне от 0,5 до 2,0 Гц и являются предпочтительным оборудованием для более глубоких измерений удельного сопротивления почвы, поскольку они могут снимать показания с очень большим расстоянием между зондами.Некоторые модели могут работать с расстояниями в несколько тысяч футов. Эти модели обычно включают в себя более сложные блоки фильтрации электроники, которые превосходят те, что используются в высокочастотных моделях. Для конструкций CP, предусматривающих установку с глубоким анодом, низкочастотный измеритель является предпочтительным оборудованием для получения точных данных на глубине ниже 100 футов.

Рекомендации по полевым данным

При сборе точных данных об удельном сопротивлении почвы для проектирования системы катодной защиты важно учитывать следующие передовые методы, чтобы избежать ошибочных показаний:

  1. Пригодность места проведения испытания. Для использования метода тестирования с четырьмя выводами Веннера требуется открытое пространство, достаточное для правильного размещения выводов для сбора данных на необходимую глубину. Для систем катодной защиты с глубоким анодом это потребует минимум в три раза большей глубины анодной системы.
  2. Избегать заглубленных трубопроводов и других металлических предметов. Наличие каких-либо заглубленных металлических конструкций (трубопроводов, трубопроводов, железобетонных конструкций, систем заземления и т. Д.) Обеспечивает слабые пути тока, которые могут вызвать эффект короткого замыкания, который исказит показания сопротивления и приведет к ошибочным показаниям удельного сопротивления почвы.
  3. Глубина зондов. Важно, чтобы датчики были правильно вставлены в землю. Для показаний удельного сопротивления на мелководье слишком глубокие зонды могут повлиять на показания на мелководье. В идеале штифты не должны быть глубже 1/20 -9 расстояния между штифтами и не более 10 см (4 дюйма).
  4. Избегайте мест с высоким электрическим шумом. Испытания почвы не следует проводить непосредственно под системами передачи высокого напряжения или рядом с другими внешними источниками тока в почве, такими как системы легкорельсового транспорта постоянного тока.
  5. Точно запишите место и условия проведения испытания. Важно, чтобы место проведения испытания было точно записано вместе с условиями почвы и температурой во время испытания. Тестирование не следует проводить в мерзлой почве, а также в периоды сильной засухи или аномально влажных условий.

Сводка

Тестирование удельного сопротивления грунта с точным сбором данных является лучшим индикатором коррозионной активности грунта для заглубленных металлических конструкций и оказывает значительное влияние на проектирование систем катодной защиты.Наиболее распространенной методикой испытаний для сбора данных о почве в полевых условиях является четырехконтактный метод Веннера. При правильном сборе и использовании соответствующих аналитических методов полевые данные сопротивления почвы могут обеспечить точную оценку значений удельного сопротивления почвы для использования при проектировании соответствующей системы катодной защиты.

Узнайте об услугах по испытанию удельного сопротивления грунта MATCOR


У вас есть вопросы по испытаниям на удельное сопротивление почвы или вам нужно расценки на услуги или проектирование катодной защиты и материалы? Свяжитесь с нами по ссылке ниже.

СВЯЗАТЬСЯ С КОРРОЗИЕЙ

Несущая способность грунта — типы и расчеты

Несущая способность грунта определяется как способность грунта выдерживать нагрузки, исходящие от фундамента. Давление, которое почва может легко выдержать под нагрузкой, называется допустимым опорным давлением.

Виды несущей способности грунтов

Ниже приведены некоторые типы несущей способности грунта:

1. Предельная несущая способность (q u )

Общее давление на основание фундамента, при котором грунт разрушается, называется предельной несущей способностью.

2. Предел несущей способности (q nu )

Если пренебречь давлением покрывающих пород из предельной несущей способности, мы получим чистую предельную несущую способность.

Где

= удельный вес грунта, D f = глубина фундамента

3. Чистая безопасная несущая способность (q нс )

Если рассматривать только разрушение при сдвиге, конечная полезная несущая способность, разделенная на определенный коэффициент безопасности, даст чистую безопасную несущую способность.

q нс = q nu / F

Где F = коэффициент безопасности = 3 (обычное значение)

4. Полная допустимая несущая способность (q с )

Если предельную несущую способность разделить на коэффициент безопасности, получится полная безопасная несущая способность.

q с = q u / F

5. Чистое безопасное расчетное давление (q np )

Давление, с которым грунт может выдерживать нагрузку без превышения допустимой осадки, называется чистым безопасным оседающим давлением.

6. Допустимое рабочее давление подшипника (q na )

Это давление, которое мы можем использовать при проектировании фундаментов. Это равно чистому безопасному давлению в подшипнике, если q np > q нс. В обратном случае оно равно чистому безопасному расчетному давлению.

Расчет несущей способности

Для расчета несущей способности грунта существует очень много теорий. Но все теории заменяются теорией несущей способности Терзаги.

1. Теория несущей способности Терзаги

Теория несущей способности Терзаги полезна для определения несущей способности грунтов под ленточным фундаментом. Эта теория применима только к фундаментам мелкого заложения. Он рассмотрел некоторые предположения, которые заключаются в следующем.

  1. Основание ленточного фундамента грубое.
  2. Глубина опоры меньше или равна ее ширине, т. Е. Мелкое основание.
  3. Он пренебрег прочностью грунта на сдвиг над основанием фундамента и заменил его равномерной надбавкой.(D f )
  4. Нагрузка, действующая на опору, равномерно распределяется в вертикальном направлении.
  5. Он предположил, что длина основания бесконечна.
  6. Он считал уравнение Мора-Кулона определяющим фактором прочности почвы на сдвиг.

Как показано на рисунке выше, AB является основанием фундамента. Он разделил зоны сдвига на 3 категории. Зона -1 (ABC), которая находится под основанием, действует так, как если бы она была частью самого основания.Зона -2 (CAF и CBD) действует как зоны радиального сдвига, которые подпадают под наклонные кромки AC и BC. Зона -3 (AFG и BDE) называется пассивными зонами Ренкина, на которые взимается дополнительная плата (y D f ), исходящая от верхнего слоя почвы.

Из уравнения равновесия,

Нисходящие силы = восходящие силы

Нагрузка от опоры x вес клина = пассивное давление + сцепление x CB sin

Где P p = результирующее пассивное давление = (P p ) y + (P p ) c + (P p ) q

(P p ) y — это , полученное с учетом веса клина BCDE, а также с учетом нулевого сцепления и надбавки.

(P p ) c — это , полученный с учетом сплоченности и пренебрежением весом и надбавкой.

(P p ) q получается с учетом надбавки и пренебрежением весом и связностью.

Следовательно,

.

Оставить комментарий