Jump to content

Геотехническая инженерия

(Перенаправлено из инженерии почв )

Бостона Большой раскопку представил геотехнические проблемы в городской среде.
Сборная бетонная подпорная стена
Типичное поперечное сечение наклона, используемое в двумерном анализе.

Геотехническая инженерия , также известная как геотехника , является филиалом гражданского строительства, связанного с инженерным поведением земных материалов . Он использует принципы механики почвы и механики горных пород для решения своих инженерных задач. Это также опирается на знание геологии , гидрологии , геофизики и других родственных наук.

Геотехническая инженерия имеет применение в области военной техники , горнодобывающей техники , нефтяной инженерии , прибрежной техники и оффшорного строительства . Поля геотехнической инженерии и инженерной геологии имеют перекрывающиеся области знаний. Однако, хотя геотехническая инженерия является специальностью гражданского строительства , инженерная геология является специальностью геологии .

Люди исторически использовали почву в качестве материала для борьбы с наводнениями, ирригационными целями, местами захоронения, строительных фундаментов и строительных материалов для зданий. Дайки плотины и каналы начиная н , г. . , до менее не 2000 с и контроль наводнения . По мере расширения городов структуры были возведены и поддерживались формализованными фундаментами. Древние греки заметно построили поединки и полосатые фонды. Однако до 18 -го века теоретическая основа для дизайна почвы не была разработана, и дисциплина была скорее искусством, чем наукой, полагаясь на опыт. [ 1 ]

Несколько инженерных проблем, связанных с фундаментом, таких как The Lening Tower of PISA , побудили ученых начать принять более научный подход к изучению подземного пространства. Самые ранние достижения произошли в разработке теорий давления на землю для строительства подпорных стен . Анри Готье, французский королевский инженер, признал «естественный склон» разных почв в 1717 году, идея, позже известная как угол почвы . Примерно в то же время была разработана рудиментарная система классификации почвы также на основе веса единицы материала, которая больше не считается хорошим признаком типа почвы. [ 1 ] [ 2 ]

Применение принципов механики к почвам было задокументировано уже в 1773 году, когда Чарльз Кулон , физик и инженер, разработал улучшенные методы для определения давления на землю против военных валов. Кулон наблюдал, что при разрушении, за скользящей подпорной стенкой образуется отчетливая плоскость скольжения и предположил, что максимальное напряжение сдвига на плоскости скольжения, для целей проектирования, была суммой сплоченности почвы, и трение , где нормальное напряжение на плоскости скольжения и это угол трения почвы. Сочетая теорию Кулона с Кристиана Отто Мора , 2D стресс-состоянием теория стала известна как теория Мора-Кулона . Хотя теперь признается, что точное определение сплоченности невозможно, потому что не является фундаментальным свойством почвы, сегодня на практике все еще используется теория Mohr-Coulomb. [ 3 ]

В 19 веке Генри Дарси разработал то, что сейчас известно как закон Дарси , описывая поток жидкостей в пористых средах . Джозеф Буссинеск , математик и физик, разработал теории распределения напряжений в упругих твердых веществах, которые оказались полезными для оценки напряжений на глубине в земле. Уильям Ранкин , инженер и физик, разработал альтернативу теории давления на землю Кулона. Альберт Аттерберг разработал индексы консистенции глины , которые до сих пор используются сегодня для классификации почвы. [ 1 ] [ 2 ] В 1885 году Осборн Рейнольдс признал, что сдвиг вызывает объемное расширение плотных материалов и сокращение свободных гранулированных материалов .

Говорят, что современная геотехническая инженерия началась в 1925 году с публикации Erdbaumechanik Карлом фон Терзаги , инженера -механика и геолога. Многие считают отцом современной механики почвы и геотехнической инженерии, Терзаги разработал принцип эффективного стресса и продемонстрировал, что прочность на сдвиг почвы контролируется эффективным напряжением. [ 4 ] Terzaghi также разработал основу для теорий несущей способности основополагающих и теории прогнозирования скорости урегулирования глинистых слоев из -за консолидации . [ 1 ] [ 3 ] [ 5 ] После этого Maurice Biot полностью разработал трехмерную теорию консолидации почвы, расширяя одномерную модель, ранее разработанную Terzaghi, на более общие гипотезы и внедряя набор основных уравнений пориэластичности .

В своей книге 1948 года Дональд Тейлор признал, что взаимодействие и расширение плотно упакованных частиц способствовало пиковой прочности почвы. Roscoe, Schofield и Wroth, с публикацией « Получение почв» в 1958 году, установили взаимосвязь между поведением изменения объема (расширение, сокращение и консолидация) и поведением сдвига с теорией пластичности с использованием механики критического состояния почвы. Критическая государственная почвенная механика является основой для многих современных современных конститутивных моделей, описывающих поведение почвы. [ 6 ]

В 1960 году Алек Скемптон провел обширный обзор доступных составов и экспериментальных данных в литературе об эффективной достоверности стресса в почве, бетоне и породе, чтобы отклонить некоторые из этих выражений, а также уточнить, какие выражения подходят в соответствии с Для нескольких рабочих гипотез, таких как напряжение-деформация или силовое поведение, насыщенная или не насыщенная среда, а также поведение в породе, бетон или почве.

Геотехническое исследование

[ редактировать ]

Инженеры -геотехники исследуют и определяют свойства условий и материалов подземных поверхностей. Они также разрабатывают соответствующие земляные работы и удерживающие структуры , туннели и структурные основы , а также могут контролировать и оценивать сайты, которые могут дополнительно включать мониторинг участков, а также оценку риска и смягчение природных опасностей . [ 7 ] [ 8 ]

Геотехнические инженеры и инженерные геологи проводят геотехнические исследования, чтобы получить информацию о физических свойствах почвы и породы, лежащих в основе и прилегающих к месту для разработки земляных работ и фундаментов для предлагаемых конструкций, а также для восстановления бедствия на земляные работы и структуры, вызванные условиями подземного. Геотехнические исследования включают в себя поверхностную и подповерхностную исследование участка, часто включающего подповерхностную выборку и лабораторные испытания извлеченных образцов почвы. Иногда геофизические методы также используются для получения данных, которые включают измерение сейсмических волн (давление, сдвиг и волны Rayleigh ), методы поверхностных волн и методы скважины, а также электромагнитные обзоры (магнитометр, удельное сопротивление и радар, простирающий на земле ). Электрическая томография может быть использована для обследования свойств почвы и скал и существующей подземной инфраструктуры в строительных проектах. [ 9 ]

поверхности Разведка может включать в себя обследования на ногах, геологическое картирование , геофизические методы и фотограмметрию . Геологическое картирование и интерпретация геоморфологии обычно завершаются в консультации с геологом или инженерным геологом . Разведка подземных поверхностей обычно включает в себя тестирование на месте (например, стандартный тест на проникновение и тест на проникновение конуса ). Копание испытательных ям и траншей (особенно для размещения разломов и слайд -плоскостей ) также может использоваться для изучения условий почвы на глубине. Склевы большого диаметра используются редко из-за проблем безопасности и расходов. Тем не менее, они иногда используются, чтобы позволить геологу или инженеру быть опускаемым в скважину для прямого визуального и ручного изучения почвы и горной стратиграфии .

Различные пробоотборники почвы существуют для удовлетворения потребностей различных инженерных проектов. Стандартный тест на проникновение , в котором используется толстостенный пробоотборник с разделенной ложкой, является наиболее распространенным способом сбора нарушенных образцов. Сэмплеры поршня, использующие тонкостенную трубку, чаще всего используются для сбора менее нарушенных образцов. Более продвинутые методы, такие как Sherbrooke Block Sampler, являются превосходными, но дорогими. Замороженная земля Coring обеспечивает высококачественные нетронутые образцы из наземных условий, таких как заливка, песок, морена и зоны перелома камней. [ 10 ]

Геотехническое моделирование центрифуги является еще одним методом тестирования физических моделей геотехнических проблем. Использование центрифуги увеличивает сходство тестирования моделей масштаба с участием почвы, поскольку прочность и жесткость почвы подвержены ограничивающему давлению . Центробежное ускорение позволяет исследователю получить большие (масштабные прототипы) напряжения в небольших физических моделях.

Фонд дизайн

[ редактировать ]

Основа инфраструктуры структуры передает нагрузки от структуры на землю. Геотехнические инженеры проектируют основы на основе характеристик нагрузки конструкции и свойств почв и коренных породов на участке. Как правило, геотехнические инженеры сначала оценивают величину и местоположение нагрузок, которые необходимо поддерживать перед разработкой плана расследования для изучения подземной поверхности и определения необходимых параметров почвы в полевых и лабораторных испытаниях. После этого они могут начать дизайн инженерного фонда. Основными соображениями для геотехнического инженера в области проектирования фундамента являются несущие , поселения и движение за землей под основами. [ 11 ]

Земляные работы

[ редактировать ]
Устройство управляемый / ролик, военно -морским флотом США

Геотехнические инженеры также участвуют в планировании и выполнении земляных работ , которые включают улучшение земли, [ 11 ] Стабилизация наклона и анализ стабильности наклона.

Улучшение земли

[ редактировать ]

Различные методы геотехнической инженерии могут быть использованы для улучшения земли, включая геосинтетику подкрепления , такую ​​как геоселла и геограммы, которые диспергируют нагрузки на большую площадь, увеличивая грузоподъемность почвы. С помощью этих методов геотехнические инженеры могут снизить прямые и долгосрочные затраты. [ 12 ]

Стабилизация склона

[ редактировать ]
Простая секция скольжения склона.

Геотехнические инженеры могут анализировать и улучшать стабильность наклона с использованием технических методов. Стабильность наклона определяется балансом стресса сдвига и прочности сдвига . Ранее стабильный уклон изначально может повлиять различные факторы, что делает его нестабильным. Тем не менее, геотехнические инженеры могут разработать и реализовать инженерные наклоны для повышения стабильности.

Анализ стабильности наклона
[ редактировать ]

Анализ стабильности необходим для проектирования инженерных наклонов и оценки риска разрушения наклона на естественных или разработанных склонах путем определения условий, при которых максимальная масса почвы будет скользить по сравнению с основанием почвы и приводит к сбое склона. [ 13 ] Если интерфейс между массой и основанием наклона имеет сложную геометрию, анализ устойчивости наклона является сложным, и численные методы решения требуются . Как правило, точная геометрия интерфейса неизвестна, и предполагается упрощенная геометрия интерфейса. Конечные наклоны требуют проанализирования трехмерных моделей, поэтому большинство склонов анализируются, предполагая, что они бесконечно широко и могут быть представлены двумерными моделями.

Субдисциплинарные

[ редактировать ]

Геосинтетика

[ редактировать ]
Коллаж геосинтетических продуктов.

Геосинтетика - это тип пластиковых полимерных продуктов, используемых в геотехническом инженерии, которые повышают инженерные показатели при одновременном снижении затрат. Это включает в себя геотекстиль , геограммы , геомембраны , геоцелл и геокомпозиты . Синтетический характер продуктов делает их подходящими для использования в земле, где требуется высокий уровень долговечности. Их основные функции включают дренаж , фильтрацию , подкрепление, разделение и сдерживание.

Геосинтетика доступна в широком диапазоне форм и материалов, каждый из которых соответствует немного другому конечному использованию, хотя они часто используются вместе. некоторые геосинтетики подкрепления, такие как геограммы и в последнее время, клеточные системы удержания , улучшают способность подшипника, факторы модуля и жесткость и прочность почвы. Показано, что [ 14 ] Эти продукты имеют широкий спектр применений и в настоящее время используются во многих приложениях для гражданской и геотехнической инженерии, включая дороги, аэродромы, железные дороги, насыпь , насыпные насыпь, стопорные сооружения, водохранилища , каналы, плотины, свалок , банковская защита и инженерная инженерия. [ 15 ]

Платформы оффшорной Мексики.

Оффшорная (или морская ) геотехническая инженерия связана с дизайном фундамента для человеческих конструкций в море , вдали от береговой линии (в противоположность суше или прибрежной технике). Нефтяные платформы , искусственные острова и подводные трубопроводы являются примерами таких сооружений. [ 16 ]

Существует ряд существенных различий между геотехнической инженерией на берегу и оффшор. [ 16 ] [ 17 ] Примечательно, что исследование площадки и улучшение земли на морском дне стоят дороже; Оффшорные структуры подвергаются воздействию более широкого диапазона геохазар ; и экологические и финансовые последствия выше в случае неудачи. Оффшорные структуры подвергаются воздействию различных нагрузок окружающей среды, особенно ветра , волн и течений . Эти явления могут повлиять на целостность или обслуживание структуры и ее основания в течение ее оперативного срока службы, и их необходимо учитывать при оффшорной конструкции.

В подводной геотехнической инженерии материалы морского дна считаются двухфазным материалом, состоящим из породы или минеральных частиц и воды. [ 18 ] [ 19 ] Структуры могут быть зафиксированы на месте на морском дне-как и для пирсов , причалов и ветряных турбин с фиксированным дном-или может содержать плавающую структуру, которая остается примерно фиксированной по сравнению с его геотехнической точкой привязки. Подводная швартовка плавучих конструкций, инженерированных человеком, включает в себя большое количество оффшорных нефтяных платформ и с 2008 года несколько плавающих ветряных турбин . Два распространенных типа инженерных конструкций для закрепления плавучих конструкций включают в себя натянувшую ногу и контейневую свободную швартовую системы. [ 20 ]

Метод наблюдения

[ редактировать ]

Впервые предложенным Карлом Терзаги , а затем обсуждается в статье Ральфа Б. Пек , метод наблюдения представляет собой управляемый процесс контроля, мониторинга и обзора строительства, который позволяет включать изменения во время и после строительства. Метод направлен на достижение большей общей экономики без ущерба для безопасности путем создания конструкций на основе наиболее вероятных условий, а не наиболее неблагоприятных. [ 21 ] Используя метод наблюдения, пробелы в доступной информации заполняются измерениями и исследованиями, которые помогают оценивать поведение структуры во время конструкции , что, в свою очередь, может быть изменено в соответствии с результатами. Метод был описан Пеком как «учиться как-ты-го-го-хо». [ 22 ]

Метод наблюдения может быть описан следующим образом: [ 22 ]

  1. Общее исследование, достаточное для установления грубой природы, схемы и свойств месторождений .
  2. Оценка наиболее вероятных условий и наиболее неблагоприятных мыслимых отклонений.
  3. Создание дизайна на основе рабочей гипотезы о поведении, ожидаемой при наиболее вероятных условиях.
  4. Выбор величин, которые должны наблюдаться в качестве конструкции, и расчет их ожидаемых значений на основе рабочей гипотезы в наиболее неблагоприятных условиях.
  5. Заранее отбор для действия действий или модификации дизайна для каждого обозримого значительного отклонения результатов наблюдений от прогнозируемых.
  6. Измерение количества и оценка фактических условий.
  7. Модификация дизайна на фактические условия

Метод наблюдения подходит для строительства, которая уже началась, когда происходит неожиданное развитие или когда сбой или несчастный случай вырисовываются или уже произошли. Он не подходит для проектов, проект которого не может быть изменен во время строительства. [ 22 ]

Смотрите также

[ редактировать ]


Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Das, Braja (2006). Принципы геотехнической инженерии . Thomson Learning.
  2. ^ Jump up to: а беременный Будху, Муни (2007). Почвенная механика и фонды . John Wiley & Sons, Inc. ISBN  978-0-471-43117-6 .
  3. ^ Jump up to: а беременный Нарушенные свойства почвы и геотехнический дизайн, Schofield, Andrew N., Thomas Telford, 2006. ISBN   0-7277-2982-9
  4. ^ Guerriero V., Mazzoli S. (2021). «Теория эффективного стресса в почве и породе и последствий для процессов разрушения: обзор» . Геоссауки . 11 (3): 119. Bibcode : 2021geosc..11..119G . doi : 10.3390/Geosciences11030119 .
  5. ^ Механика почвы, Ламб, Т. Уильям и Уитмен, Роберт В., Массачусетский технологический институт, Джон Вили и сыновья., 1969. ISBN   0-471-51192-7
  6. ^ Поведение почвы и критическая государственная механика почвы, Вуд, Дэвид Мьюр, издательство Кембриджского университета, 1990. ISBN   0-521-33782-8
  7. ^ Terzaghi, K., Peck, RB и Mesri, G. (1996), Mechanics Mechanics in Engineering Practice 3 -е изд., John Wiley & Sons, Inc. ISBN   0-471-08658-4
  8. ^ Holtz, R. and Kovacs, W. (1981), Введение в геотехническую инженерию , Prentice-Hall, Inc. ISBN   0-13-484394-0
  9. ^ Deep Scan Tech (2023): Deep Scan Tech раскрывает скрытые сооружения на месте самого высокого здания Дании .
  10. ^ "Geofrost Corting" . Геофрост . Получено 20 ноября 2020 года .
  11. ^ Jump up to: а беременный Хан, Цзе (2015). Принципы и практика улучшения земли . Уайли. ISBN  9781118421307 .
  12. ^ Raju, VR (2010). Технологии улучшения земли и истории случаев . Сингапур: исследовательские услуги. п. 809. ISBN  978-981-08-3124-0 Полем Улучшение земли - принципы и приложения в Азии.
  13. ^ Pariseau, William G. (2011). Проектный анализ в каменной механике . CRC Press.
  14. ^ Hegde, AM и PALSULE PS (2020), Производительность геосинтетики, усиленная субградой, подвергаемой повторным нагрузкам транспортных средств: экспериментальные и численные исследования. Передний. Построенная среда. 6:15. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbuil.2020.00015/full .
  15. ^ Кернер, Роберт М. (2012). Проектирование с геосинтетикой (6 -е издание, том 1 изд.). Xlibris. ISBN  9781462882892 .
  16. ^ Jump up to: а беременный Дин, ETR (2010). Оффшорная геотехническая инженерия - принципы и практика. Томас Телфорд, Рестон, Вирджиния, 520 с.
  17. ^ Рэндольф, М. и Гурвеник, С. , 2011. Оффшорная геотехническая инженерия. Spon Press, Нью -Йорк, 550 с.
  18. ^ Das, BM, 2010. Принципы геотехнической инженерии. Cengage Learning, Стэмфорд, 666 с.
  19. ^ Аткинсон, J., 2007. Механика почв и фундаментов. Тейлор и Фрэнсис, Нью -Йорк, 442 с.
  20. ^ Плавающие оффшорные ветряные турбины: ответы в морском штате - Оптимальные проекты Парето и экономическая оценка , P. Sclavounos et al., Октябрь 2007 года.
  21. ^ Николсон, D, TSE, C и Penny, C. (1999). Метод наблюдения в наземной технике - принципы и приложения. Отчет 185, Ciria, Лондон.
  22. ^ Jump up to: а беременный в Пек, РБ (1969). Преимущества и ограничения метода наблюдения в прикладной почвенной механике, Geotechnique, 19, № 1, с. 171-187.
  • Бейтс и Джексон, 1980, Глоссарий геологии: Американский геологический институт.
  • Кринин и Джадд, 1957, Принципы инженерной геологии и геотехники: МакГроу-Хилл, Нью-Йорк.
  • Вентура, Пьерфранко, 2019, Фонды, том 1, Статическое и Сейсмическое моделирование, Хопли, Милан
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 12af80e8b076ab5bbb6ddf91d6cf95c9__1726589160
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/12/c9/12af80e8b076ab5bbb6ddf91d6cf95c9.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Geotechnical engineering - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)