Применение и исследования технологии подкрепления стальных листов в раскопках длинных берегов реки

Абстрактный

Технология подкрепления стальных листов широко используется в глубоких проектах раскопок, особенно в сложных условиях, таких как длинные раскопки берега берега. Эта статья содержит подробный научный анализ применения стали шпунтовые сваи в таких контекстах, Сосредоточение внимания на их структурной стабильности, Взаимодействие с окружающей почвой, и производительность в различных геотехнических условиях. Через теоретические формулировки, Конечное моделирование элементов, и числовые сравнения, Исследование оценивает эффективность свай стальных листов в обеспечении безопасности и стабильности раскопок. Ключевые аспекты, в том числе боковое давление на землю, деформация свай, и взаимодействие почвы-структура, анализируются с помощью вспомогательных формул и данных. Исследование также сравнивает различные стратегии конфигурации и подкрепления, Предлагая понимание оптимизации дизайна для раскопок берегов реки.

1. Введение

Длинные раскопки берега берега, особенно для проектов городской инфраструктуры, таких как коммунальные туннели, барьеры от наводнений, или мостовые фундаменты, Позировать значительные геотехнические проблемы. Эти раскопки часто проводятся в богатых водой, Мягкая почвенная среда, где поддержание стабильности и предотвращение коллапса имеют решающее значение. Стальные листы вышли в качестве предпочтительного раствора из -за их высокой прочности, простота установки, и способность обеспечивать как структурную поддержку, так и гидроизоляцию.

Это исследование исследует применение стальная шпунтовая свая Технология подкрепления в раскопках длинных берегов реки, подчеркивая научный анализ с помощью теоретических моделей, эмпирические данные, и численное моделирование. Цели в:

1. Проанализировать механическое поведение Стальные листы в условиях раскопок на берегу реки.
2. Разработать и проверять математические модели для взаимодействия с почвой.
3. Сравните различные конфигурации и стратегии подкрепления с использованием численных данных.
4. Предоставлять рекомендации по проектированию на основе научных результатов.

2. Теоретическая основа

2.1. Боковое давление Земли

Стабильность Стальные листы В раскопках зависит от их способности противостоять боковому давлению Земли от оставшейся почвы. Классическая теория Ранкина обеспечивает основу для расчета активного и пассивного давления Земли:

• • Активное давление Земли (\(\sigma_a )):

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

где:

• • • \(\gamma\): Вес почвы единицы (кн/м³),
    • \(z\): Глубина под поверхностью земли (m),
    • \(K_a = \tan^2(45^\circ – \PHI/2)\): Активное коэффициент давления на землю,
    • \(\phi\): Угол трения почвы (степени),
    • \(c\): Сплочность почвы (КПА).
  • Пассивное давление на землю (\(\sigma_p\)):

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

где \(K_p = \tan^2(45^\circ + \PHI/2)\): пассивный коэффициент давления на землю.

Для раскопок реки, гидростатическое давление от подземных вод также должно быть рассмотрено:

\[ \sigma_w = \gamma_w z_w \]

где \(\gamma_w\): Вес воды (типично 9.81 кн/м³), и \(z_w\): глубина стола воды.

2.2. Взаимодействие почвы и структуры

Взаимодействие между Стальные листы и окружающая почва моделируется с помощью Метод кривой P-Y, который описывает нелинейную связь между боковым сопротивлением почве ((п)) и прогиб кучи ((у)). P-Y-кривая для глины, на основе Matlock (1970), является:

\[ p = 0.5 P_U LEAT(\фрака{у}{y_{50}}\верно)^{1/3} \Quad Text{для} \Quad y leq y_{50} \]

где:

• \(p_u = 7.5 S_U ): Окончательное сопротивление почвы (КПА),
• \(S_U ): непреодолимая прочность на сдвиг глины (КПА),
• \(y_{50}\): отклонение в половине окончательного сопротивления (m).

Для песчаных почв, Reese et al. (1974) предложенный:

\[ P = A P_S Y \]

где \(A\): эмпирический коэффициент, и \(p_s\): окончательное сопротивление на основе свойств почвы.

2.3. Анализ стабильности кучи

Стабильность Стальные листы оценивается путем расчета максимального изгибающего момента ((M_{Макс})) и боковое смещение ((U_X )). Управляющее дифференциальное уравнение для груза, нагруженной в боковом направлении:

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

где:

• \(EI\): Жесткость изгиба (Клям),
• \(k_h\): Горизонтальный модуль субстрата (кн/м³),
• \(Q.(Z )\): Распределенная боковая нагрузка (кн/м).

3. Методология

3.1. Тематическое исследование: Утилита туннеля в Тайчжоу, Китай

Тематическое исследование, основанное на проекте коммунального туннеля в Тайчжоу, Китай, используется для оценки производительности кучи стального листа. Раскопки, расположен вдоль берега реки, имеет глубину 5–8 м и расположена в богатой воде мягкой почвы с высоким столом подземных вод (2.5 м под поверхностью). Профиль почвы состоит из иловой глины, Песчаный ил, и мягкие глинистые слои.

• Сваие характеристики: IV Larsen Steel Sleas, 400 ширина мм, 12 мм толщиной.
• Армирование: H-образные стали Purlins (400 × 400 × 13 × 21 мм) и стойки стальной трубы.
• Мониторинг: Горизонтальные и вертикальные смещения в верхней части свай, осевые силы в стойках.

3.2. Конечное моделирование элементов

Раскопки были смоделированы с использованием программного обеспечения Plaxis 2D и 3D конечных элементов. Закаленная модель почвы с небольшой жесткостью напряжения (HSS) был принят для имитации поведения почвы, Учет жесткости в зависимости от деформации. Ключевые входные параметры включены:

• Вес почвы: 18–20 кН/м³,
• Сплоченность: 10–30 кПа,
• Угол трения: 20–30 °,
• Модуль Янга: 5–20 МПа.

Стежи стальных листов были смоделированы как линейные эластичные элементы с модулем эластичности (\(E )) из 210 GPA и момент инерции (\(I\)) на основе поперечного сечения свай.

3.3. Численный анализ

Анализ был сосредоточен на:

1. Боковое смещение: Максимальное горизонтальное смещение (\(u_x\)) в вершине.
2. Изгибающий момент: Максимальный изгибающий момент (\(M_{Макс}\)) вдоль кучи.
3. Стойкие силы: Осевые силы в стальной стойке.
4. Урегулирование: Поверхностное поселение за стеной кучи.

Моделирование было проведено для трех почвенных условий:

• Случай а: Илтиный песок (Высокая жесткость, \(\phi = 30^\circ\)),
• Случай б: Мягкая глина (низкая жесткость, \(s_u = 20 kPa\)),
• Случай c: Смешанные слои (Сильская глина над песчаным илом).

4. Результаты и обсуждение

4.1. Боковое смещение

Максимальное боковое смещение (\(u_x\)) значительно различалось с условиями почвы:

• Случай а (Илтиный песок): \(u_x = 25 \текст{ мм}\), В пределах допустимых пределов (\(u_{все} "=" 39 \текст{ мм}\)).
• Случай б (Мягкая глина): \(u_x = 62.4 \текст{ мм}\), превышающие допустимые ограничения, указывает на потенциальную нестабильность.
• Случай c (Смешанные слои): \(u_x = 40 \текст{ мм}\), незначительно приемлемо.

Более высокое смещение в мягкой глине объясняется более низкой жесткостью почвы и более высоким давлением подземных вод. Анализ кривой P-Y подтвердил поведение с рамки деформации в глине, с пиковым сопротивлением \(p_u = 7.5 s_u = 150 \текст{ КПА}\).

4.2. Изгибающий момент

Максимальный изгибающий момент (\(M_{Макс}\)) был рассчитан как:

• Случай а: 180 кНм/м,
• Случай б: 223.8 кНм/м,
• Случай c: 200 кНм/м.

Более высокий изгибающий момент в мягкой глине отражает увеличение боковой нагрузки из -за низкого пассивного сопротивления. Секционная секция была изменена в случае B, чтобы соответствовать критериям производительности, Увеличение модуля сечения 20%.

4.3. Стойкие силы

Осевые силы в стойках были:

• Случай а: 50–100 кН,
• Случай б: 22.51–121,91 кН,
• Случай c: 70–110 кН.

Высшие силы в случае B указывают на большую зависимость от внутреннего крепления для поддержания стабильности в мягкой почве.

4.4. Поверхностное поселение

Поверхностное поселение за стеной свай было:

• Случай а: 15 мм,
• Случай б: 117 мм,
• Случай c: 50 мм.

Чрезмерное урегулирование в случае B подчеркивает необходимость дополнительного подкрепления, такие как стабилизация почвы или более глубокое встроение свай.

4.5. Численные сравнения

Параметрическое исследование сравнивалось консольное, Одиночный, и двойные закрепленные свайные системы:

• Кантилевер: \(u_x = 70 \текст{ мм}\), \(M_{Макс} "=" 250 \текст{ кНм/м}\),
• Одиночный: \(u_x = 40 \текст{ мм}\), \(M_{Макс} "=" 200 \текст{ кНм/м}\),
• Двойной закреплен: \(u_x = 25 \текст{ мм}\), \(M_{Макс} "=" 180 \текст{ кНм/м}\).

Система с двойным закрепленным обеспечила лучшую производительность, Снижение смещения 64% И изгибающийся момент 28% по сравнению с кантилеверной системой.

5. Научный анализ

5.1. Взаимодействие почвы

Анализ кривой p-Y показал, что поведение пассивного сбора в мягкой глине демонстрирует распаковка деформации, с гиперболической связью P-Δ:

\[ p = frac{\дельта}{а + B Delta} \]

где \(А ) и \(b\): Кривая параметры, и \(\delta\): Относительное смещение почвы.

Окончательное сопротивление почвы (\(p_u = 7.5 S_U )) был проверен с помощью полевых данных, Показание соглашения в рамках 5% численных прогнозов.

5.2. Эффект глубины раскопок

Увеличение глубины раскопок из 5 м до 8 м увеличился \(u_x\) к 50% и \(M_{Макс}\) к 30%. Взаимосвязь между глубиной раскопок (\(H\)) и смещение аппроксимируется как:

\[ U_X Предложение H ^{1.5} \]

Это нелинейное увеличение подчеркивает необходимость более глубокого встраивания или дополнительного соединения для более глубоких раскопок.

5.3. Влияние подземных вод

Гидростатическое давление увеличивало боковую нагрузку на 20–30% в богатых водах почвы. Обезвоживание уменьшено \(u_x\) к 15% и \(M_{Макс}\) к 10%, но требовалось тщательное управление, чтобы избежать нарушения гидрологического режима.

6. Рекомендации по проектированию

На основе анализа, Предлагаются следующие рекомендации:

1. Выбор кучи: Используйте высокопрочные стальные груды (например, IV Ларсен) с достаточным модулем секции, чтобы противостоять изгибающим моментам в мягких почвах.
2. Закрепление: Принять двойные закрепленные системы для раскопок глубже, чем 5 м, чтобы минимизировать перемещение и изгибные моменты.
3. Стабилизация почвы: Реализуйте глубокие груды почвы или струйную раствор в мягкой глине, чтобы повысить жесткость почвы и уменьшить поселение.
4. Мониторинг: Установите интринометры и геодезические датчики для мониторинга смещения свай и сил стойки в режиме реального времени.
5. Обезвоживание: Используйте контролируемое обезвоживание для снижения гидростатического давления, с мониторингом, чтобы предотвратить чрезмерное провало.

Похожие сообщения

Доступен ли метод трубчатых свай, подходящий для мягкого грунта??

Использование трубчатых свай при строительстве фундамента уже много лет является популярным выбором.. Трубчатые сваи используются для передачи нагрузки конструкции на более глубокие слои., более устойчивый слой почвы или камня.

трубчатые сваи | трубчатые сваи Марки сталей, материалы

Преимущества трубчатых ферм Использование трубчатых ферм в строительстве дает несколько заметных преимуществ.: Прочность и несущая способность: Трубчатые фермы известны своим высоким соотношением прочности и веса.. Соединённые между собой трубы равномерно распределяют нагрузку., в результате получается прочная и надежная конструкция. Это позволяет строить большие пролеты без необходимости использования чрезмерных опорных колонн или балок..

Каков стандарт для бесшовных труб и применений для транспортировки жидкости??

Стандарт на бесшовные трубы для транспортировки жидкости зависит от страны или региона, в котором вы находитесь., а также конкретное применение. Однако, Некоторые широко используемые международные стандарты для бесшовных труб, передающих жидкость,: АСТМ А106: Это стандартная спецификация для бесшовных труб из углеродистой стали для эксплуатации при высоких температурах в США.. Обычно используется на электростанциях., нефтеперерабатывающие заводы, и другие промышленные применения, где присутствуют высокие температуры и давления.. Он охватывает трубы классов А., Б, и С, с различными механическими свойствами в зависимости от марки. API 5Л: Это стандартная спецификация для линейных труб, используемых в нефтегазовой промышленности.. Включает бесшовные и сварные стальные трубы для систем трубопроводного транспорта., включая трубы для транспортировки газа, вода, и нефть. Трубы API 5L доступны в различных классах., например Х42, Х52, Х60, и Х65, в зависимости от свойств материала и требований применения. АСТМ А53: Это стандартная спецификация для бесшовных и сварных черных и горячеоцинкованных стальных труб, используемых в различных отраслях промышленности., включая приложения для транспортировки жидкостей. Он охватывает трубы двух марок., А и Б, с различными механическими свойствами и предназначением. ОТ 2448 / В 10216: Это европейские стандарты для бесшовных стальных труб, используемых в системах транспортировки жидкостей., включая воду, газ, и другие жидкости. Читать далее

Каковы наиболее распространенные типы коррозии, которым должны противостоять бесшовные трубы, передающие жидкость??

Бесшовные трубы, передающие жидкость, устойчивы к различным типам коррозии в зависимости от используемого материала и конкретного применения.. Некоторые из наиболее распространенных типов коррозии, которым должны противостоять эти трубы, включают:: Равномерная коррозия: Это самый распространенный вид коррозии., где вся поверхность трубы корродирует равномерно. Чтобы противостоять этому типу коррозии, трубы часто изготавливаются из коррозионностойких материалов., например, из нержавеющей стали или с защитным покрытием. Гальваническая коррозия: Это происходит, когда два разнородных металла контактируют друг с другом в присутствии электролита., приводит к коррозии более активного металла.. Для предотвращения гальванической коррозии, трубы могут быть изготовлены из аналогичных металлов, или их можно изолировать друг от друга с помощью изоляционных материалов или покрытий.. Точечная коррозия: Питтинг – это локализованная форма коррозии, которая возникает, когда небольшие участки на поверхности трубы становятся более восприимчивыми к коррозии., приводит к образованию небольших ямок. Этот тип коррозии можно предотвратить, используя материалы с высокой питтинговой стойкостью., например, сплавы нержавеющей стали с добавлением молибдена., или путем нанесения защитных покрытий. Щелевая коррозия: Щелевая коррозия возникает в узких пространствах или зазорах между двумя поверхностями., такой Читать далее

Какие бывают типы клиновидных проволочных экранов?

Сита из клиновой проволоки, также известный как сита из профильной проволоки, обычно используются в различных отраслях промышленности из-за их превосходных возможностей скрининга. Они изготовлены из проволоки треугольной формы.,

Чем отличается перфорированная обсадная труба от щелевой обсадной трубы ?

2 7/8Перфорированная обсадная труба J55 K55 является одним из основных продуктов, производимых из стали., их можно использовать для воды, масло, месторождения для бурения газовых скважин. Толщина может поставляться от 5,51 до 11,18 мм в зависимости от глубины скважины клиента и требуемых механических свойств.. Обычно они имеют резьбовое соединение., как НИЭ или ЕУЭ, который будет проще установить на месте. Перфорированные обсадные трубы длиной 3-12 м доступны для буровых установок разной высоты.. Диаметр отверстия и открытая площадь на поверхности также настраиваются по индивидуальному заказу.. Популярный диаметр отверстий составляет 9 мм., 12мм, 15мм, 16мм, 19мм, и т. д..