Zastosowanie i badania technologii wzmacniających pali stalowe na długich wykopaliskach na brzegu rzeki

Abstrakcyjny

Technologia wzmacniającej palika stalowego jest szeroko stosowana w głębokich projektach wykopaliskowych, szczególnie w trudnych środowiskach, takich jak długie wykopaliska brzegowe. Ten artykuł zawiera dogłębną analizę naukową stosowania stali grodzice w takich kontekstach, koncentrując się na ich stabilności strukturalnej, interakcja z otaczającą glebą, i wydajność w różnych warunkach geotechnicznych. Poprzez teoretyczne preparaty, Modelowanie elementów skończonych, i porównania liczbowe, Badanie ocenia skuteczność stosów blachy stalowej w zapewnieniu bezpieczeństwa i stabilności wykopalisk. Kluczowe aspekty, w tym boczne ciśnienie Ziemi, deformacja stosu, i interakcja struktury gleby, są analizowane za pomocą formuł potwierdzających i danych. Badanie porównuje również różne konfiguracje stosów i strategie wzmocnienia, Oferowanie wglądu w optymalizację projektowania wykopalisk na brzegu rzeki.

1. Wstęp

Długie wykopaliska brzegowe, szczególnie w przypadku projektów infrastruktury miejskiej, takich jak tunele użyteczne, zapory przeciwpowodziowe, lub fundamenty mostowe, stanowią znaczące wyzwania geotechniczne. Te wykopaliska są często prowadzone w bogatym w wodę, miękkie środowiska gleby, gdzie utrzymanie stabilności i zapobieganie upadkowi jest krytyczne. Stalowe pale pojawiły się jako preferowane rozwiązanie ze względu na ich wysoką siłę, łatwość instalacji, oraz zdolność do zapewnienia zarówno wsparcia konstrukcyjnego, jak i wodoodporności.

To badanie bada zastosowanie stos blach stalowych Technologia wzmacniacza na długich wykopaliskach na brzegu rzeki, Podkreślając analizę naukową za pośrednictwem modeli teoretycznych, Dane empiryczne, i symulacje numeryczne. Cele są:

1. Przeanalizuj mechaniczne zachowanie stalowe pale W warunkach wykopu na brzegu rzeki.
2. Opracuj i sprawdzaj sprawdzanie modeli matematycznych do interakcji grupy gleby.
3. Porównaj różne konfiguracje stosów i strategie wzmocnienia przy użyciu danych numerycznych.
4. Zapewnij zalecenia dotyczące projektowania oparte na wynikach naukowych.

2. Ramy teoretyczne

2.1. Boczna presja ziemi

Stabilność stalowe pale W wykopaliskach zależy od ich zdolności do odporności na boczne ciśnienie ziemi z zatrzymanej gleby. Klasyczna teoria Rankine stanowi podstawę do obliczania aktywnych i pasywnych nacisków Ziemi:

• • Aktywne ciśnienie Ziemi (\(\sigma_a\)):

\[ \sigma_a = \gamma z K_a – 2c \sqrt{K_a} \]

Gdzie:

• • • \(\gamma\): Waga jednostkowa gleby (Kn/m³),
    • \(z\): Głębokość pod powierzchnią gruntu (M),
    • \(K_a = \tan^2(45^\circ – \Phi/2)\): aktywny współczynnik ciśnienia Ziemi,
    • \(\phi\): Kąt tarcia gleby (stopni),
    • \(c\): Kohezja gleby (KPA).
  • Pasywna presja ziemi (\(\sigma_p\)):

\[ \sigma_p = \gamma z K_p + 2c \sqrt{K_p} \]

Gdzie \(K_p = \tan^2(45^\circ + \Phi/2)\): pasywny współczynnik ciśnienia Ziemi.

Do wykopalisk brzegowych, Należy również rozważyć ciśnienie hydrostatyczne z wód gruntowych:

\[ \sigma_w = \gamma_w z_w \]

Gdzie \(\gamma_w\): Waga jednostkowa wody (typowo 9.81 Kn/m³), I \(z_w\): Głębokość lustra wody.

2.2. Interakcja gleba-struktura

Interakcja między stalowe pale a otaczająca gleba jest modelowana za pomocą Metoda krzywej p-y, który opisuje nieliniowy związek między bocznym oporem gleby ((P)) i ugięcie stosu ((y)). Krzywa p-y dla gliny, na podstawie matlocka (1970), Jest:

\[ p = 0.5 p_u \left(\Frac{y}{y_{50}}\Prawidłowy)^{1/3} \quad \text{Do} \quad y \leq y_{50} \]

Gdzie:

• \(p_u = 7.5 s_u\): ostateczna odporność na glebę (KPA),
• \(s_u\): Niezrbana wytrzymałość na ścinanie gliny (KPA),
• \(y_{50}\): ugięcie w połowie ostatecznego oporu (M).

Na gleby piaszczyste, Reese i in. (1974) zaproponowane:

\[ p = a p_s y \]

Gdzie \(A\): współczynnik empiryczny, I \(p_s\): ostateczna oporność na podstawie właściwości gleby.

2.3. Analiza stabilności stosu

Stabilność stalowe pale jest oceniany przez obliczenie maksymalnego momentu zginającego ((M_{maks})) i przemieszczenie boczne ((u_x)). Rządzące równanie różniczkowe dla stosu obciążonego bocznego jest:

\[ Nie frac{D^4 Y.}{Dz^4} + k_h y = q(Z ) \]

Gdzie:

• \(EI\): Sztywność zginania na stosie (KNAN),
• \(k_h\): poziomy moduł podłoża (Kn/m³),
• \(Q(Z )\): Rozproszone obciążenie boczne (Kn/m).

3. Metodologia

3.1. Studium przypadku: Tunel użyteczności publicznej w Taizhou, Chiny

Studium przypadku oparte na projekcie tunelu użyteczności publicznej w Taizhou, Chiny, służy do oceny wydajności pali arkuszowej. Wykopaliska, Położony wzdłuż brzegu rzeki, ma głębokość 5–8 m i znajduje się w bogatej w wodę miękkiej powierzchni gleby z wysokim stołem wód gruntowych (2.5 m poniżej powierzchni). Profil gleby składa się z gliny mulistycznej, piaszczysty muł, i miękkie warstwy gliny.

• Specyfikacje stosu: IV Larsen Steel Pale, 400 mm szerokości, 12 mm grubości.
• Wzmocnienie: Stalowe purliny w kształcie litery H. (400 × 400 × 13 × 21 mm) i stalowe rozpórki rurowe.
• Monitorowanie: Przemieszczenia poziome i pionowe u góry stosu, siły osiowe w rozporach.

3.2. Modelowanie elementów skończonych

Wykopy modelowano za pomocą oprogramowania Plaxis 2D i 3D. Model gleby o niewielkiej sztywności odkształceń (HSS) został przyjęty w celu symulacji zachowania gleby, Rozliczanie sztywności zależnej od odkształcenia. Uwzględniono kluczowe parametry wejściowe:

• Waga jednostki gleby: 18–20 kN/m³,
• Spójność: 10–30 kPa,
• Kąt tarcia: 20–30 °,
• Moduł Younga: 5–20 MPa.

Stalowe stosy blachy modelowano jako liniowe elastyczne elementy z modułem elastyczności (\(MI)) z 210 GPA i chwila bezwładności (\(I\)) na podstawie przekroju stosu.

3.3. Analiza numeryczna

Analiza koncentrowała się na:

1. Przemieszczenie boczne: Maksymalne przemieszczenie poziome (\(u_x\)) u góry.
2. Moment zginający: Maksymalny moment zginający (\(M_{maks}\)) wzdłuż stosu.
3. Siły rozpórki: Siły osiowe w stalowych rozpórkach.
4. Osada: Osada powierzchniowa za ścianą stosu.

Symulacje przeprowadzono dla trzech warunków glebowych:

• Przypadek a: Mączny piasek (Wysoka sztywność, \(\phi = 30^\circ\)),
• Przypadek b: Miękka glina (Niska sztywność, \(s_u = 20 kPa\)),
• Przypadek c: Mieszane warstwy (glinka mulisty na piaszczystej mułu).

4. Wyniki i dyskusja

4.1. Przemieszczenie boczne

Maksymalne boczne przesunięcie (\(u_x\)) znacznie się różniło w zależności od warunków glebowych:

• Przypadek a (Mączny piasek): \(u_x = 25 \tekst{ mm}\), w dopuszczalnych limitach (\(u_{Wszystko} = 39 \tekst{ mm}\)).
• Przypadek b (Miękka glina): \(u_x = 62.4 \tekst{ mm}\), przekraczanie dopuszczalnych limitów, wskazując potencjalną niestabilność.
• Przypadek c (Mieszane warstwy): \(u_x = 40 \tekst{ mm}\), nieznacznie dopuszczalne.

Wyższe przemieszczenie w miękkiej glinie przypisuje się niższej sztywności gleby i wyższym ciśnieniu wód gruntowych. Analiza krzywej P-Y potwierdziła zachowanie rozszerzające się od szczepu w glinie, z szczytową odpornością \(p_u = 7.5 s_u = 150 \tekst{ KPA}\).

4.2. Moment zginający

Maksymalny moment zginający (\(M_{maks}\)) obliczono jako:

• Przypadek a: 180 KNM/m,
• Przypadek b: 223.8 KNM/m,
• Przypadek c: 200 KNM/m.

Wyższy moment zginający w miękkiej glinie odzwierciedla zwiększone obciążenie boczne z powodu niskiego oporu pasywnego. Sekcja stosu została zmieniona w przypadku B w celu spełnienia kryteriów wydajności, zwiększenie modułu sekcji przez 20%.

4.3. Siły rozpórki

Siły osiowe w rozporach były:

• Przypadek a: 50–100 kN,
• Przypadek b: 22.51–121,91 kN,
• Przypadek c: 70–110 kN.

Wyższe siły w przypadku B wskazują na większe poleganie na stężeniu wewnętrznym w celu utrzymania stabilności w miękkiej glebie.

4.4. Osada powierzchniowa

Osada powierzchni za ścianą stos była:

• Przypadek a: 15 mm,
• Przypadek b: 117 mm,
• Przypadek c: 50 mm.

Nadmierne rozliczenie w przypadku B podkreśla potrzebę dodatkowego wzmocnienia, takie jak stabilizacja gleby lub głębsze osadzenie pali.

4.5. Porównania liczbowe

Badanie parametryczne porównano wspornik, jednocześnie, i podwójnie zakotwiczone systemy pali:

• Wspornik: \(u_x = 70 \tekst{ mm}\), \(M_{maks} = 250 \tekst{ KNM/m}\),
• Jednocześnie: \(u_x = 40 \tekst{ mm}\), \(M_{maks} = 200 \tekst{ KNM/m}\),
• Podwójnie zakotwiczony: \(u_x = 25 \tekst{ mm}\), \(M_{maks} = 180 \tekst{ KNM/m}\).

System podwójnie zakotwiczony zapewnił najlepszą wydajność, Zmniejszenie przemieszczenia przez 64% i zginanie momentu 28% w porównaniu do systemu wspornikowego.

5. Analiza naukowa

5.1. Interakcja z grubą

Analiza krzywej P-Y wykazała, że ​​zachowanie stosu pasywnego w miękkiej glinie wykazuje rozszerzenie odkształcenia, z hiperboliczną zależnością p-δ:

\[ p = \frac{\delta}{A + b \delta} \]

Gdzie \(a\) I \(b\): Parametry dopasowania krzywej, I \(\delta\): Względne przemieszczenie grupy gleby.

Ostateczna odporność na glebę (\(p_u = 7.5 s_u\)) został zatwierdzony za pomocą danych w terenie, pokazanie porozumienia w 5% prognoz liczbowych.

5.2. Wpływ głębokości wykopu

Zwiększenie głębokości wykopalisk z 5 m to 8 M wzrosło \(u_x\) przez 50% I \(M_{maks}\) przez 30%. Związek między głębokością wykopalisk (\(H\)) a przemieszczenie jest przybliżone jako:

\[ u_x \propto H^{1.5} \]

Ten nieliniowy wzrost podkreśla potrzebę głębszego osadzenia lub dodatkowego usztywnienia do głębszych wykopalisk.

5.3. Wpływ wód gruntowych

Ciśnienie hydrostatyczne zwiększyło obciążenie boczne o 20–30% w glebach bogatych w wodę. Odwodnianie zmniejszone \(u_x\) przez 15% I \(M_{maks}\) przez 10%, ale wymagało starannego zarządzania, aby uniknąć zakłócania systemu hydrologicznego.

6. Zalecenia projektowe

Na podstawie analizy, Zaproponowano następujące zalecenia:

1. Wybór stosu: Użyj stalowych pali o wysokiej wytrzymałości (np., Iv Larsen) z wystarczającym modułem przekroju, aby oprzeć się zginaniu momentów w miękkich glebach.
2. Zakotwiczenie: Przyjmować podwójnie zakotwiczone systemy do wykopalisk głębszych niż 5 m, aby zminimalizować momenty przemieszczenia i zginania.
3. Stabilizacja gleby: Wdrożyć głębokie stosy mieszania gleby lub fugi odrzutowe w miękkiej glinie, aby zwiększyć sztywność gleby i zmniejszyć osadnictwo.
4. Monitorowanie: Zainstaluj inklinometry i czujniki geodezyjne, aby monitorować przemieszczenie pali i siły rozpórki w czasie rzeczywistym w czasie rzeczywistym.
5. Odwadnianie: Użyj kontrolowanego odwadniania, aby zmniejszyć ciśnienie hydrostatyczne, z monitorowaniem w celu zapobiegania nadmiernemu spłonowi wód gruntowych.

powiązane posty

Czy dostępna jest metoda pali rurowych odpowiednia dla miękkiego gruntu?

Stosowanie pali rurowych do budowy fundamentów jest od wielu lat popularnym wyborem. Pale rurowe służą do przenoszenia obciążenia konstrukcji na głębokość, bardziej stabilna warstwa gleby lub skały.

stosy rur | pale rurowe Materiały ze stali

Zalety kratownic rurowych Zastosowanie kratownic rurowych w budownictwie ma kilka znaczących zalet: Wytrzymałość i nośność: Kratownice rurowe słyną z wysokiego stosunku wytrzymałości do masy. Połączone ze sobą rury równomiernie rozkładają obciążenia, co daje solidną i niezawodną konstrukcję. Pozwala to na budowę dużych rozpiętości bez konieczności stosowania nadmiernych słupów lub belek podpierających.

Jaki jest standard rur i zastosowań bez szwu do transportu płynów?

Norma dotycząca rur bez szwu transportujących płyn zależy od kraju lub regionu, w którym się znajdujesz, jak również konkretne zastosowanie. Jednakże, niektóre szeroko stosowane międzynarodowe standardy dotyczące rur bez szwu przenoszących ciecz: ASTM A106: Jest to standardowa specyfikacja dla rur bez szwu ze stali węglowej do pracy w wysokich temperaturach w Stanach Zjednoczonych. Jest powszechnie stosowany w elektrowniach, rafinerie, i innych zastosowaniach przemysłowych, w których występują wysokie temperatury i ciśnienia. Obejmuje rury w klasie A, B, i C, o różnych właściwościach mechanicznych w zależności od gatunku. API 5L: Jest to standardowa specyfikacja rur przewodowych stosowanych w przemyśle naftowym i gazowym. Obejmuje rury stalowe bez szwu i spawane do systemów transportu rurociągowego, łącznie z rurami do przesyłu gazu, Woda, i olej. Rury API 5L są dostępne w różnych gatunkach, takie jak X42, X52, X60, i X65, w zależności od właściwości materiału i wymagań aplikacji. ASTM A53: Jest to standardowa specyfikacja dla bezszwowych i spawanych rur stalowych czarnych i ocynkowanych ogniowo, stosowanych w różnych gałęziach przemysłu, w tym do zastosowań związanych z transportem płynów. Obejmuje rury w dwóch gatunkach, A i B, o różnych właściwościach mechanicznych i przeznaczeniu. Z 2448 / W 10216: Są to normy europejskie dotyczące rur stalowych bez szwu stosowanych w transporcie cieczy, łącznie z wodą, gaz, i inne płyny. Czytaj więcej

Jakie są najczęstsze rodzaje korozji, na które odporne są rury bez szwu transportujące ciecz??

Rury bez szwu do transportu cieczy są zaprojektowane tak, aby były odporne na różne rodzaje korozji, w zależności od użytego materiału i konkretnego zastosowania. Do najpowszechniejszych rodzajów korozji, na które odporne są te rury, zaliczają się:: Jednolita korozja: Jest to najczęstszy rodzaj korozji, gdzie cała powierzchnia rury koroduje równomiernie. Aby wytrzymać tego typu korozję, rury są często wykonane z materiałów odpornych na korozję, takich jak stal nierdzewna lub pokryte powłokami ochronnymi. Korozja galwaniczna: Dzieje się tak, gdy dwa różne metale stykają się ze sobą w obecności elektrolitu, co prowadzi do korozji bardziej aktywnego metalu. Aby zapobiec korozji galwanicznej, rury mogą być wykonane z podobnych metali, lub można je odizolować od siebie za pomocą materiałów izolacyjnych lub powłok. Korozja wżerowa: Wżery to zlokalizowana forma korozji, która pojawia się, gdy małe obszary na powierzchni rury stają się bardziej podatne na atak, co prowadzi do powstania małych jamek. Tego rodzaju korozji można zapobiec, stosując materiały o wysokiej odporności na wżery, takie jak stopy stali nierdzewnej z dodatkiem molibdenu, lub poprzez nałożenie powłok ochronnych. Korozja szczelinowa: Korozja szczelinowa występuje w wąskich przestrzeniach lub szczelinach pomiędzy dwiema powierzchniami, taki Czytaj więcej

Jakie są różne typy ekranów z drutu klinowego?

Sita drutowe klinowe, znane również jako ekrany z drutu profilowego, są powszechnie stosowane w różnych gałęziach przemysłu ze względu na ich doskonałe możliwości przesiewania. Są zbudowane z drutu w kształcie trójkąta,

Jaka jest różnica między perforowaną obudową a szczelinową rurą osłonową ?

2 7/8w J55 K55 Perforowana rura osłonowa studni jest jednym z głównych produktów wykonanych ze stali, można je wykorzystać do wody, olej, pola wiertnicze do odwiertów gazu. Dostępne grubości od 5,51 do 11,18 mm w zależności od głębokości studni klienta i wymaganych właściwości mechanicznych. Zwykle są one wyposażone w połączenie gwintowe, jak NUE lub EUE, który będzie łatwiejszy do zainstalowania na miejscu. Perforowane rury osłonowe o długości 3–12 m są dostępne dla różnych wysokości wiertnic klienta. Średnica otworu i otwarta powierzchnia na powierzchni są również dostosowywane. Popularne średnice otworów to 9 mm, 12mm, 15mm, 16mm, 19mm, itp.