Effektiv stress i marken: utveckling, betydelse och principer

När en byggnad är konstruerad, överförs dess vikt till marken genom grunden, vilket leder till spänningar i de underliggande lagren. Dessa inducerade påkänningar kan orsaka problem som överdriven avvikelse eller skjuvfel och är därför viktiga för geotekniska ingenjörer.

Betonar i underjorden:

Stress i underjorden orsakas av:

(i) Självvikt på marken

ii) Strukturell belastning på jorden

Stress utvecklade i mättad jord är:

(i) Effektiva påfrestningar

ii) Neutrala belastningar

iii) Totala påfrestningar.

Effektiv stress:

Karl Terzaghi var den första som kände igen betydelsen av effektiv stress. Det är spänningen som sänds genom spannmål till spannmål vid kontaktpunkten genom jordmassan. Det är också känt som intergranulär stress. Det betecknas av σ '. När jordmassan laddas. Lasten överförs till markvinsterna genom deras kontaktpunkt. Om den applicerade belastningen vid kontaktpunkten är större än kornets motstånd, kommer det att bli komprimering i jordmassan.

Denna kompression beror delvis på kornets elastiska komprimering vid kontaktpunkterna och delvis på grund av relativ glidning mellan partiklar. Denna belastning per areanhet av jordmassa som är ansvarig för deformation av jordmassan benämns som effektiv spänning.

Neutral Stress:

Det är stress eller tryck som sänds genom porvätskan. Det kallas även som porstryck och betecknas av dig. I mättad jord fylls porerna i jordmassan med vatten. När den mättade jordmassan laddas, överförs lasten inte genom kornen. Lasten överförs till porvattnet. Eftersom vatten är inkompressibelt utvecklas ett tryck i porvattnet.

Detta tryck kallas porstryck eller porvattentryck. Porstryck har inget mätbart inflytande på jordens mekaniska egenskaper som tomrumsförhållande, skjuvhållfasthet etc. Detta tryck eller stress kallas neutral stress.

Total stress:

Total stress är lika med summan av effektiv spänning och neutral stress. Den betecknas av σ.

σ = σ + u

Effektiv spänning kan inte mätas i fältet med något instrument. Den kan endast beräknas efter mätning av total spänning och porstryck. Således är effektiv stress inte en fysisk parameter, utan är endast ett mycket användbart matematiskt koncept för bestämning av jordens tekniska beteende.

Betydelsen av effektiv stress i tekniska problem:

Den effektiva stressen spelar en viktig roll i:

(i) Förlikning av jord

(ii) Skjuvhållfasthet i marken

Förlikning av marken:

Fenomenet av gradvis minskning av jordvolymen på grund av utdrivning av vatten från markporer kallas konsolidering eller komprimering eller avveckling av mark. Figur 5.3 visar lerans kompressionskurva. Det är en kurva mellan effektiv spänning σ och tomrum e. Det framgår av diagrammet att när σ ökar e minskar, dvs på grund av ökad effektiv spänning ökar komprimeringen av marken.

Den slutliga konsolideringsavräkningen kan beräknas med hjälp av formeln

S = m _V H

där m _V är volymprocenten för kompressibilitet

H är tjockleken på komprimerbart lager

Δσ är den genomsnittliga ökningen i effektivt tryck.

Från ovanstående ekvation är det uppenbart att avveckling av jord är direkt proportionell mot det effektiva trycket. Så avgörandet av jord beror på effektiv spänning eller effektivt tryck. När den effektiva stressen ökar, ökar också uppgörelsen av jorden.

Skjuvstyrka av jord:

Många geotekniska problem kräver en bedömning av skjuvhållfasthet, inklusive:

(a) Strukturella fundament:

Belastning från en struktur överförs till marken genom fundamentet. Detta ger skjuvspänning och tryckspänning. Om skjuvspänning som produceras är mer än jordens skjuvhållfasthet, uppstår skjuvfel som orsakar att strukturen faller samman.

(b) Jordskenor:

På en sluttande mark ger gravitation skjuvspänningar i jorden. Om dessa spänningar överstiger skjuvhållfastheten uppträder en landning.

(c) Motorvägsbeläggningar:

Hjullast, från fordon överförs genom trottoar till marken. Dessa belastningar ger skjuvspänning som orsakar skjuvfel.

Vet du?

Värdet på K i x-riktning är lika med det i y-riktningen för en jämn yta.

Jordens skjuvhållfasthet beräknas med hjälp av formeln

S = σ tan ɸ

Där σ = Effektiv stress

ɸ = Effektiv friktionsvinkel

För en given jord är f konstant. Skjuvhållfastheten är då direkt proportionell mot effektiv stress. Så med ökad effektiv spänning ökar styrkan. Om skjuvhållfasthet i jorden är mer, blir skjuvfel mindre.

Principen om effektiv stress:

Om den mättade jordmassan laddas, överförs lasten till porvattnet. Efter borttagning av porvatten överförs det till markkornen. Låt dig vara det vågiga planet som passerar genom jordkornens kontaktpunkter. Låt A vara ytan av det vågiga planet YY. Detta område A är summan av områdets kontakt med korn (A _g ) och porvattens yta (A _w ) som visas i figur 5.5. Det framgår av figur 5.6 att det område av kornkontakt (A _g ) är mycket mindre än området för porvatten (A _w ) dvs A _w = A.

Låt F vara den totala belastningen på område A.