Twoje pytanie jest specyficzne dla zmiany ciśnienia z głębokością na ziemi. Gdy ziemia składa się z gleb, ciśnienie boczne i pionowe można obliczyć na wiele różnych sposobów, w zależności od tego, czy twoja gleba jest piaskiem, czy gliną i czy występuje woda gruntowa. Może to być dość skomplikowana sprawa, jak ilustruje to poniższy.
Stosunek ciśnienia poziomego do pionowego
Ogólnie rzecz biorąc, w wykopach, w warunkach zasypanych i pod fundamentami, ciśnienie poziome i ciśnienie pionowe nie są uważane za równoważne i zależą od interakcji struktura gleby, w warunkach aktywnych, pasywnych i spoczynkowych.
Aktywne warunki to miejsca, w których struktura odsuwa się od gleby (zmniejsza nacisk na strukturę). Warunki bierne występują tam, gdzie struktura porusza się w kierunku gleby (rosnąca presja na strukturę), aw spoczynku jest miejsce, gdzie gleba osiągnęła swój naturalny stan. Można sobie wyobrazić, że wszystkie trzy z tych warunków można zaobserwować w konstrukcji oporowej, ponieważ może ona się obracać lub odkształcać podczas swojego życia.
Zasadniczo większość teorii dostarcza współczynników, które można wykorzystać do obliczenia stosunku ciśnienia poziomego do pionowego w oparciu o stan interakcji gleba / struktura i właściwości gleb. Niektóre opierają się na współczynniku Poissona. Użyłem nawet współczynnika Poissona opartego na temperaturze, aby przeprowadzić elastyczną analizę ciśnień poziomych i pionowych w strukturach nawierzchni bitumicznej za pomocą równań Boussinesqa.
Skuteczny stres
Tam, gdzie występują wody gruntowe, ciśnienie wyraża się w efektywny stres , to jest różnica między całkowitym naprężeniem a ciśnieniem wody w porach. Jest to trudne do zrozumienia, ale dotyczy pływalności gleby i innych czynników.
Na przykład rozważmy punkt zainteresowania 10 m pod powierzchnią ziemi i jednolite piaski o naturalnej gęstości 1300 kg / m3, a całkowite naprężenie na głębokości 10 m wynosi 130 kPa. Rozważmy teraz, że wolna powierzchnia zwierciadła wody gruntowej ma stałą głębokość 2 m i zakłada gęstość wody na 1000 kg / m3. Ciśnienie porów na głębokości 10 m byłoby oparte na 8 m kolumnie wody, tak że ciśnienie porów wynosiłoby 80 kPa na głębokości zainteresowania. Zatem efektywne naprężenie przy 10 m staje się 130 kPa - 80 kPa = 50 kPa. Jest to bardzo uproszczone wyrażenie, ponieważ może istnieć wiele innych czynników, na przykład wahania poziomu wody, tak zwane warunki „ruchomych piasków” oraz wiele innych czynników związanych z utrzymaniem struktur takich jak drenaż.
Piaski (gleby niespójne)
W przypadku gleb piaszczystych (niespójnych), Rankine Theory (elastyczność) jest często stosowana. W tym celu krytyczny staje się kąt oporu gruntu (kąt tarcia) i kąt nachylenia konstrukcji wykopowej / podtrzymującej.
Kąt tarcia gleby piaszczystej jest najlepiej mierzony w laboratorium, ale jest również uważany za mniej więcej odpowiadający naturalnemu kątowi spoczynku luźnego, suchego materiału.
Gliny (beztarciowe gleby)
W przypadku gleb z elementem spoistym, takich jak gliny i kombinacje mułu glinowego, powszechnie stosuje się teorię Coulomba (Wedge'a) (plastyczność). W ramach tej analizy gleba jest wyobrażana jako klin (ciało swobodne) za strukturą, a ponieważ rozwiązanie jest nieokreślone, wypróbowuje się różne potencjalne powierzchnie uszkodzenia, aż rozwiązanie zbiegnie się na maksymalnym ciśnieniu gruntu.
Gleby z tarciem i spójnością
Teoria Coluomba może być stosowana na glebach wykazujących zarówno tarcie, jak i spójność. Metoda Rankine'a nie nadaje się do gruntów spoistych. Jednak określenie stosunku naprężeń poziomych do pionowych może wymagać dalszej analizy.
Często stosunek ten można ustalić, określając stany stresu reprezentowane przez a Koło Mohra . Właściwości te są często mierzone przez Trójosiowe testy na ścinanie gdzie kolumna gleby jest testowana w laboratorium w zakresie ograniczonych ciśnień. Może to ustalić siłę kohezji i kąt tarcia materiału oraz stosunek naprężeń poziomych do pionowych w zależności od głębokości.
Ogólna teoria elastyczna
Istnieją inne metody teoretyczne, które są często używane do obliczania ciśnień poziomych i pionowych poniżej punktu fundamentu. Powszechnie stosowane są dwie metody: 1) Teoria Westergaarda i 2) Teoria Boussinesqa. Stosunek ciśnienia poziomego do pionowego w pewnym punkcie pod powierzchnią jest w dużej mierze funkcją szacowanej wartości Współczynnik Poissona .
Teoria Westergaarda jest teorią sprężystości stosowaną do mediów warstwowych. Dzieje się tak w większości warunków zwykle występujących w praktyce.
Teoria Boussinesq jest teorią sprężystości stosowaną do jednorodnej elastycznej półprzestrzeni. Chociaż nie może to mieć zastosowania do wszystkich gleb, często znajduje zastosowanie w uproszczonych założeniach.
Zamknięcie
To tylko posmak bardziej powszechnych technik analizy, które są używane do oceny nacisków na ziemię w wykopach, pod fundamentami i za konstrukcjami oporowymi. Są też inne, na przykład analiza spirali kłód dla wykopów stężonych, która jest często używana. Chociaż teorie mogą być złożone, gdy weźmie się pod uwagę wielką trudność w ustaleniu prawdziwego składu podziemnych warunków glebowych (tj. Istnienie warstw, grubości warstw i zmienność właściwości gleb), staje się jasne, że analiza ciśnienia / stresu wymaga dużego doświadczenia i umiejętności.
