inzeráty:
když je půdní hmota zadržována na vyšší úrovni opěrnou stěnou, zadržená hmota půdy má tendenci klouzat a předpokládat plochý sklon pro rovnováhu, který je odoláván opěrnou stěnou. To vyvíjí tlak na opěrnou stěnu, která je známá jako boční zemní tlak. Obvykle je nejprve postavena opěrná zeď a poté je půda za zdí zasypána; proto se zadržená půda často nazývá zásyp. Zadní část stěny je buď svislá nebo mírně nakloněná ke svislé poloze a boční tlak země je mírně nakloněn k vodorovné rovině v důsledku tření stěny a sklonu zadní části stěny.
velikost bočního zemního tlaku závisí na následujících faktorech:
i. typ a rozsah pohybu stěny a výsledné horizontální napětí v zásypu.
inzeráty:
ii. vlastnosti zásypového materiálu, včetně hustoty (γ), soudržnosti (c) a úhlu střihového odporu (ɸ).
iii. podmínky podzemní vody v zásypu, jako je hloubka hladiny vody a zajištění odvodnění.
iv. stupeň drsnosti povrchu zadní části opěrné stěny.
v. sklon zadní části opěrné stěny.
inzeráty:
vi. hloubka opěrné stěny, to znamená výška zásypu, který má být zachován.
vii. sklon zásypové plochy s vodorovnou rovinou.
viii. další zatížení na zásypové ploše, jako jsou dopravní zatížení nebo případné další konstrukce.
typy bočního zemního tlaku:
existují tři základní typy bočního zemního tlaku.
inzeráty:
jsou:
1. Aktivní tlak země.
2. Pasivní tlak země.
3. Tlak země v klidu.
inzeráty:
tyto tři základní typy bočních zemních tlaků jsou popsány níže:
1. Aktivní zemní tlak:
obrázek 15.1(a)ukazuje opěrnou stěnu výšky H S zásypem, který má vodorovný povrch. Pokud by tam nebyla opěrná zeď, zásyp by předpokládal stabilní plochý sklon. Víme, že půdy bez soudržnosti předpokládají stabilní sklon rovný úhlu vnitřního tření bez jakékoli boční podpory. Proto, když je zásyp zachován, klín půdy nad určitým sklonem má tendenci klouzat a vzdalovat se od zbytku zásypu pro rovnováhu. To má tendenci tlačit nebo otáčet stěnu od zásypu, pokud se stěna může volně pohybovat nebo otáčet.
pohyb stěny od zásypu způsobuje expanzi zásypu, což vede k uvolnění napětí, čímž se snižuje boční tlak země. Čím více je tedy pohyb stěny od zásypu, tím více je horizontální napětí v zásypu ve formě expanze a čím méně je boční tlak země. Zpočátku, když je stěna v klidovém stavu, je typický prvek zásypu v jakékoli hloubce vystaven vertikálnímu namáhání v důsledku vlastní hmotnosti půdy nad prvkem a bočního zemního tlaku ve vodorovném směru. Stav napětí pro půdní prvek je reprezentován Mohrovým kruhem (I)na obr. 15.1(b), kde OB je vertikální napětí a OA1 je boční tlak země v klidu.
když má boční zemní tlak tendenci tlačit nebo otáčet stěnu od zásypu, pohyb stěny od zásypu způsobuje expanzi zásypu, což má za následek uvolnění napětí, čímž se snižuje boční zemní tlak. Čím více je tedy pohyb stěny od zásypu, tím více je horizontální napětí v zásypu ve formě expanze a čím méně je boční tlak země.
inzeráty:
to je znázorněno na obr. 15.1 (b) podle Mohrovy kružnice (II), ve které σh = σ3 = OA2 je snížený boční tlak země, zatímco svislé napětí, rovné σv = σ1 = OB, zůstává konstantní. Snížení bočního zemního tlaku tak způsobuje zvýšení průměru Mohrova kruhu, což způsobuje, že se přiblíží k obálce selhání Coulombovy.
snížení bočního zemního tlaku v důsledku pohybu stěny od zásypu a následného rozpínání a uvolňování napětí pokračuje, dokud se Mohrův kruh nedotkne Coulombovy obálky selhání zásypového materiálu. Když se Mohrův kruh dotkne obálky selhání, jak ukazuje Mohrův kruh (III) na obr. 15.1(b) je zásypový materiál na pokraji selhání (omezující rovnováhu) a nemůže dojít k dalšímu snížení bočního zemního tlaku. Minimální boční zemní tlak vyvíjený na opěrnou stěnu, když se stěna pohybuje od zásypu a zásypový materiál je v mezní rovnováze, je znám jako aktivní zemní tlak.
když se stěna vzdaluje od zásypu, říká se, že zásyp je v aktivním stavu a minimální boční zemní tlak vyvíjený zásypem v aktivním stavu v jeho omezujícím rovnovážném stavu je znám jako aktivní zemní tlak. Aktivní tlak země nastává, když se Mohrův kruh napětí v kterémkoli bodě zásypu dotkne obálky selhání Coulombovy.
aktivní tlak země je označen symbolem pa a jeho jednotky jsou kN / m2, t / m2 nebo kgf / cm2. Všechny opěrné stěny, které se mohou volně pohybovat nebo otáčet, jsou ve výchozím nastavení vystaveny aktivnímu tlaku země a jsou navrženy tak, aby odolávaly stejnému.
2. Pasivní zemní tlak:
všechny opěrné stěny obvykle nejsou umístěny na povrchu země na přední straně, ale jsou položeny v určité hloubce. Proto má opěrná zeď na přední straně půdu do určité hloubky. Když se stěna pohybuje od zásypu kvůli aktivnímu tlaku země, ve skutečnosti se pohybuje směrem k půdě na přední straně.
pohyb stěny je vzdorován přední zeminou a vyvíjí boční tlak na stěnu, ve směru opačném, než je směr aktivního zemního tlaku, jak je znázorněno na obr. 15.2. Také pohyb stěny směrem k přední půdě způsobuje stlačení půdy, což zase zvyšuje boční tlak z přední půdy.
čím více je tedy pohyb stěny směrem k přední půdě, tím více je horizontální napětí v přední půdě ve formě komprese a čím více je boční tlak země z přední půdy opačný než tlak aktivní zeminy. To je znázorněno na obr. 15.3 Mohrovou kružnicí (II), ve které σh = σ3 = OA2 je zvýšený boční tlak země, zatímco svislé napětí, rovné σv = σ1 = OB, zůstává konstantní. Zvýšení bočního tlaku země způsobuje pokles průměru Mohrovy kružnice, jak ukazuje Mohrova kružnice (II) a (III), a Mohrova kružnice se zmenšuje na bod, který je reprezentován body A4 A B, které se stávají souběžnými.
další zvýšení bočního tlaku zeminy z přední půdy je vyšší než vertikální napětí. V této fázi se boční tlak země stává hlavním hlavním napětím a vertikální napětí se stává menším hlavním napětím. To ukazují Mohrovy kruhy (IV), (V), (VI) atd., což opět způsobuje zvětšení průměru Mohrova kruhu.
zvětšení průměru Mohrovy kružnice ji vede k přiblížení Coulombovy obálky selhání. Zvýšení bočního zemního tlaku v důsledku pohybu stěny směrem k přední půdě a následné stlačení pokračuje, dokud se Mohrův kruh nedotkne Coulombovy obálky selhání přední půdy.
když se Mohrův kruh dotkne obálky poruchy, jak ukazuje Mohrův kruh (VIII)na obrázku 15.3, přední půda je na pokraji selhání (omezující rovnováha) a nemůže dojít k dalšímu zvýšení bočního tlaku země. Maximální boční tlak země vyvíjený na opěrnou stěnu, když se stěna pohybuje směrem k přední půdě, zatímco dosáhne limitující rovnováhy, je známý jako pasivní tlak země.
když se stěna pohybuje směrem k přední půdě, říká se, že přední půda je v pasivním stavu a maximální boční tlak země vyvíjený přední půdou v pasivním stavu v jejím omezujícím rovnovážném stavu je znám jako pasivní tlak země. Pasivní tlak země nastává, když se Mohrův kruh napětí v kterémkoli bodě přední půdy dotkne obálky selhání Coulombovy.
dalším praktickým příkladem pasivního tlaku země je případ smykového klíče, který je umístěn pod základnou opěrné stěny. Smykový klíč znázorněný na obr. 15.3 je upraven pro zlepšení stability stěny proti klouzání. Když se přídržná stěna pohybuje od zásypu v důsledku aktivního tlaku, smykový klíč se také pohybuje ve stejném směru, ale směrem k půdě pod základnou stěny na přední straně.
tím vzniká pasivní zemnící tlak na smykový klíč. Označuje se symbolem pP a jeho jednotky jsou kN / m2, t / m2 nebo kgf / cm2. Pasivní zemní tlak je ve skutečnosti stabilizační síla zlepšující stabilitu opěrné stěny, na rozdíl od aktivního zemního tlaku.
3. Tlak země v klidu:
obrázek 15.4 ukazuje opěrnou stěnu suterénu, ve které je stěna pevně připevněna k základové desce. Opěrná stěna suterénu je proto upevněna na svém místě a nemůže se pohybovat od zásypu, když je vystavena bočnímu zemnímu tlaku. Boční zemní tlak vyvíjený zásypem na opěrnou stěnu, která je upevněna na místě a nemůže se pohybovat, se nazývá zemní tlak v klidu.
označuje se symbolem p0 a jeho jednotky jsou kN / m2, t / m2 nebo kgf / cm2. Protože se stěna nepohybuje, vyvíjený tlak země nezpůsobuje žádné boční napětí,a proto nedochází k expanzi zásypu a uvolnění napětí. Zemský tlak v klidu je proto vždy větší než aktivní zemský tlak pro stejnou hloubku půdy.
opěra mostu je pevně připevněna k palubní desce mostu a je také podobně upevněna v poloze, a proto je v klidu vystavena zemnímu tlaku.
boční zemní tlak vyvíjený na opěrnou stěnu tedy závisí na směru a rozsahu pohybu stěny. Obrázek 15.5 ukazuje kolísání bočního zemního tlaku na ose y jako funkci pohybu stěny. Když se stěna pohybuje od zásypu, boční tlak se snižuje s nárůstem pohybu stěny; minimální boční tlak země vyvíjený na stěnu je známý jako aktivní tlak země.
když se stěna pohybuje směrem k půdě, generovaný boční tlak země se zvyšuje se zvýšením pohybu stěny; maximální boční tlak země generovaný na stěně je známý jako pasivní tlak země. Boční zemní tlak vyvíjený na stěnu, když je stěna upevněna v poloze, se nazývá zemní tlak v klidu.
odvození výrazu pro zemský tlak v klidu:
když je materiál vystaven trojrozměrnému (3D) namáhání, σx, σy a σz, podél tří souřadnicových os, x, y A z, lze napětí podél osy x vypočítat z principů mechaniky materiálů as –
ex = 1 / E …(15.1)
kde ex je horizontální kmen (ve směru X), E je modul pružnosti půdy a μ je Poissonův poměr. V případě tlaku země v klidu –
ex = 0 …(15.2)
σx = σy = P0 …(15.3)
nahrazením těchto hodnot v Eq. (15.1), Máme –
ex = 1 / E = 0
nebo p0-μ (p0 + σz)= 0 ⇒ p0-µp0-μσz= 0 ⇒ p0 – (1 + μ) = μσz
p0 = σz …(15.4)
p0 = K0σz …(15.5)
kde K0 je koeficient zemského tlaku v klidu a σz je vertikální napětí způsobené vlastní hmotností půdy v hloubce z, kde se vypočítá zemský tlak v klidu –