mainokset:
kun maa-aineksen massa pysyy korkeammalla tasolla tukimuurin avulla, maa-aineksen massa pyrkii liukumaan ja saavuttamaan tasapainotilan tasaisella kaltevuudella, jota tukimuuri vastustaa. Tämä aiheuttaa painetta tukimuuriin, jota kutsutaan sivusuuntaiseksi maanpaineeksi. Yleensä tukimuuri rakennetaan ensin ja sitten seinän takana oleva maa-aines täytetään uudelleen; siksi säilytettyä maa-ainesta kutsutaan usein backfilliksi. Seinän takaosa on joko pystysuora tai hieman kallistettu pystyyn ja sivusuuntainen maanpaine on hieman kallistunut vaakatasoon seinän kitkan ja seinän takaosan kaltevuuden vuoksi.
maasivupaineen suuruus riippuu seuraavista tekijöistä:
i.muurin liikkeen tyyppi ja laajuus sekä siitä aiheutuva vaakasuora rasitus taustatäytteessä.
mainokset:
ii. täyttömateriaalin ominaisuudet, mukaan lukien tiheys (γ), koheesio (c) ja leikkauskulma (ɸ).
iii pohjavesiolosuhteet pohjavedessä, kuten pohjaveden syvyys ja ojitus.
iv tukimuurin takaosan pinnan karheusaste.
v. tukimuurin takaosan kaltevuus.
mainokset:
vi. syvyys tukimuuri, eli korkeus backfill säilytettävä.
vii. täyttöpinnan kaltevuus vaakatasossa.
viii lisäkuormat täyttöpinnalla, kuten liikennekuormat tai mahdolliset lisärakenteet.
Sivumaapaineen tyypit:
sivumaapaineen perustyyppejä on kolme.
mainokset:
ne ovat:
1. Aktiivinen maan paine.
2. Passiivinen maan paine.
3. Maan paine levossa.
mainokset:
seuraavassa käsitellään näitä kolmea sivutörmäpaineen perustyyppiä:
1. Aktiivinen Maanpaine:
Kuvassa 15.1 (a)on H-korkuinen tukimuuri, jossa on vaakasuora pinta. Jos tukimuuri ei olisi siellä, backfill olettaa vakaa tasainen Rinne. Tiedämme, että koossapysyvä maaperä olettaa vakaa kaltevuus vastaa kulma sisäisen kitkan ilman sivusuunnassa tukea. Näin ollen, kun backfill säilytetään, kiila maaperän yläpuolella tietty kaltevuus taipumus liukua ja siirtyä pois muusta backfill tasapainon. Tämä pyrkii työntämään tai pyörittämään seinää poispäin taustatäytteestä, jos seinä on vapaa liikkumaan tai pyörimään.
seinän liike poispäin taustatäytteestä aiheuttaa taustatäytteen laajenemisen, mikä johtaa jännityksen vapautumiseen, jolloin sivusuuntainen maanpaine pienenee. Näin ollen, mitä enemmän on liikettä seinän pois backfill, sitä enemmän on vaakasuora kanta backfill, muodossa laajenemisen, ja sitä vähemmän on sivusuunnassa maan paine. Aluksi, kun seinä on levossa, tyypillinen osa backfill tahansa syvyys altistetaan pystysuunnassa stressiä, koska itse paino maaperän elementin yläpuolella ja sivusuunnassa maan paine vaakasuorassa suunnassa. Maaperän elementin stressitilaa kuvaa Mohrin ympyrä (I) kuviossa. 15.1 (b), jossa ob on pystyrasitus ja OA1 on sivusuuntainen maanpaine levossa.
kun sivusuuntainen maanpaine pyrkii työntämään tai pyörittämään seinää poispäin taustatäytteestä, seinän liike poispäin taustatäytteestä aiheuttaa taustatäytteen laajenemisen, mikä johtaa jännityksen vapautumiseen, mikä vähentää sivusuuntaista maanpainetta. Näin ollen, mitä enemmän on liikettä seinän pois backfill, sitä enemmän on vaakasuora kanta backfill, muodossa laajenemisen, ja sitä vähemmän on sivusuunnassa maan paine.
mainokset:
tämä näkyy kuvassa. 15.1 (b), jonka Mohrin ympyrä (II), jossa σh = σ3 = OA2 on pienennetty sivusuuntainen maanpaine, kun taas pystyrasitus, yhtä suuri kuin σv = σ1 = ob, pysyy vakiona. Sivusuuntaisen maanpaineen pieneneminen aiheuttaa näin Mohrin ympyrän halkaisijan kasvun, jolloin se lähestyy Coulombin vikakuorta.
sivusuuntaisen maanpaineen lasku, joka johtuu seinän liikkeestä poispäin taustatäytteestä ja siitä johtuvasta laajenemisesta ja jännityksen vapautumisesta, jatkuu, kunnes Mohrin ympyrä koskettaa Coulombin taustatäyttömateriaalin vikakuorta. Kun Mohrin ympyrä koskettaa epäonnistumisen kirjekuorta, kuten Mohrin ympyrä (III) kuvassa osoittaa. 15.1 (b), täyttömateriaali on epäonnistumisen partaalla (rajoittava tasapaino) eikä sivusuuntaisen maanpaineen lasku voi tapahtua. Tukimuuriin kohdistuva pienin sivusuuntainen maanpaine, kun seinä liikkuu pois taustatäytteestä ja taustatäyttömateriaali on rajoittavassa tasapainossa, tunnetaan aktiivisena maanpaineena.
kun seinä siirtyy pois taustatäytteestä, vastatäytteen sanotaan olevan aktiivisessa tilassa ja pienin sivusuuntainen maanpaine, jonka taustatäyttö aiheuttaa aktiivisessa tilassa rajoittavassa tasapainotilassa, tunnetaan aktiivisena maanpaineena. Aktiivinen maanpaine syntyy, kun Mohrin jännitysympyrä missä tahansa backfillin kohdassa koskettaa Coulombin vikakuorta.
aktiivista maanpainetta merkitään tunnuksella pa, ja sen yksiköt ovat kN/m2, t/m2 tai kgf/cm2. Kaikki vapaasti liikkuvat tai pyörivät tukimuurit altistuvat oletusarvoisesti aktiiviselle maanpaineelle ja ne on suunniteltu kestämään samaa.
2. Passiivimaapaine:
kaikkia tukimuureja ei yleensä aseteta maanpinnalle etupuolelle, vaan ne asetetaan johonkin syvyyteen. Näin ollen tukimuurissa on multaa jonkin verran etupuolella. Kun seinä liikkuu aktiivisen maanpaineen vuoksi poispäin taustatäytteestä, se itse asiassa liikkuu kohti etupuolella olevaa maata.
etummainen maa-aines vastustaa seinän liikettä ja kohdistaa seinään sivusuuntaisen paineen vastakkaiseen suuntaan kuin aktiivinen maanpaine, kuten kuvassa on esitetty. 15.2. Myös muurin liike kohti etumaata aiheuttaa maa-aineksen puristumista, mikä puolestaan lisää etumaasta tulevaa sivuttaispainetta.
näin ollen mitä enemmän on seinän liike kohti etumaata, sitä enemmän on etumaassa oleva vaakasuora rasitus puristuksen muodossa ja sitä enemmän on etumaasta tuleva sivusuuntainen maanpaine, joka on vastakkainen aktiivisen maanpaineen kanssa. Tämä näkyy kuvassa. 15.3, Mohrin ympyrän (II), jossa σh = σ3 = OA2 on lisääntynyt sivusuunnassa maan paine, kun taas pystysuora jännitys, yhtä suuri kuin σv = σ1 = OB, pysyy vakiona. Sivusuuntaisen maanpaineen kasvu aiheuttaa Mohrin ympyrän halkaisijan pienenemisen, kuten Mohrin ympyrät (II) ja (III) osoittavat, ja Mohrin ympyrä pienenee pisteeseen, jota edustavat pisteet A4 ja B, joista tulee yhtäaikaisia.
sivusuuntaisen maapaineen kasvu etummaisesta maasta tekee siitä korkeampaa kuin pystyrasitus. Tässä vaiheessa sivusuuntaisesta maanpaineesta tulee suurin pääjännitys ja pystyrasituksesta pieni pääjännitys. Tämän osoittavat Mohrin piirit (IV), (V), (VI) jne., aiheuttaen jälleen kasvua halkaisija Mohrin ympyrän.
Mohrin ympyrän halkaisijan kasvu saa sen lähestymään Coulombin epäonnistunutta kirjekuorta. Sivusuuntaisen maanpaineen kasvu, joka johtuu seinän liikkeestä kohti etummaista maata ja siitä johtuvasta puristuksesta, jatkuu, kunnes Mohrin ympyrä koskettaa Coulombin etummaisen maaperän vikakuorta.
kun Mohrin ympyrä sivuaa epäonnistunutta kirjekuorta, kuten kuvassa 15 oleva Mohrin ympyrä (VIII) osoittaa.3, edessä maaperä on epäonnistumisen partaalla (rajoittava tasapaino) ja ei enää lisätä sivusuunnassa maan paine voi tapahtua. Suurin sivusuuntainen maanpaine, joka kohdistuu tukimuuriin, kun seinä liikkuu kohti etummaista maata saavuttaessaan rajoittavan tasapainonsa, tunnetaan passiivisena maanpaineena.
kun seinä liikkuu kohti etummaista maata, etummaisen maa-aineksen sanotaan olevan passiivisessa tilassa ja suurinta sivusuuntaista maanpainetta, jonka etummainen maa-aines aiheuttaa passiivisessa tilassa rajoittavassa tasapainotilassaan, kutsutaan passiiviseksi maanpaineeksi. Passiivista maanpainetta syntyy, kun Mohrin jännitysympyrä missä tahansa etummaisen maan kohdassa koskettaa Coulombin vikakuorta.
toinen käytännön esimerkki passiivisesta maanpaineesta on tukimuurin pohjan alapuolella oleva leikkausavain. Leikkuuavain kuvassa. 15.3 on säädetty parantamaan vakautta seinän liukumista vastaan. Kun tukimuuri liikkuu aktiivisen paineen vuoksi poispäin takatäytteestä, leikkuuavain liikkuu myös samaan suuntaan, mutta kohti etuseinän pohjan alapuolella olevaa maata.
tämä synnyttää passiivista maapainetta leikkausavaimeen. Sitä merkitään tunnuksella pP, ja sen yksiköt ovat kN/m2, t/m2 tai kgf/cm2. Passiivinen maanpaine on itse asiassa vakauttava voima, joka parantaa tukimuurin vakautta, toisin kuin aktiivinen maanpaine.
3. Maan paine levossa:
Kuvassa 15.4 näkyy kellarin tukimuuri, jossa seinä on jäykästi kiinnitetty kellarin laataan. Kellarin tukimuuri on siis kiinnitetty paikalleen, eikä se voi siirtyä pois taustatäytteestä, kun siihen kohdistuu sivusuuntainen maanpaine. Sivusuuntaista maanpainetta, jonka taustatäyttö kohdistuu tukimuuriin, joka on kiinnitetty paikalleen ja joka ei voi liikkua, kutsutaan maanpaineeksi levossa.
sitä merkitään tunnuksella p0, ja sen yksiköt ovat kN/m2, t/m2 tai kgf/cm2. Koska seinä ei liiku, maahan kohdistuva paine ei aiheuta sivusuuntaista rasitusta, ja siten taustatäyte ei laajene eikä jännityspurkaus pääse purkautumaan. Maan paine levossa on siis aina enemmän kuin aktiivinen maan paine samansyväiselle maaperälle.
sillan tukipylväs on kiinnitetty jäykästi sillan kansilaattaan, ja se on myös samalla tavalla paikallaan ja siten alttiina maanpaineelle levossa.
näin ollen tukimuuriin kohdistuva sivusuuntainen maanpaine riippuu seinän liikkeen suunnasta ja laajuudesta. Kuva 15.5 esittää sivusuuntaisen maanpaineen vaihtelun Y-akselilla seinän liikkeen funktiona. Kun seinä liikkuu poispäin takatäytteestä, sivusuuntainen paine laskee seinän liikkeen kasvaessa; seinään kohdistuvaa pienintä sivusuuntaista maanpainetta kutsutaan aktiiviseksi maanpaineeksi.
kun seinä liikkuu kohti maata, syntyy sivusuuntainen maanpaine kasvaa seinän liikkeen kasvaessa; seinään syntyvä suurin sivusuuntainen maanpaine tunnetaan passiivisena maanpaineena. Seinään kohdistuvaa sivusuuntaista maanpainetta, kun seinä on kiinnitetty paikalleen, kutsutaan maanpaineeksi levossa.
Maapaineen lauseke levossa:
kun materiaaliin kohdistuu kolmiulotteisia (3D) jännityksiä σx, σy ja σz kolmen koordinaattiakselin X, y ja z suuntaisesti, X-akselin suuntainen kanta voidaan laskea materiaalien mekaniikan periaatteista as –
ex = 1 / E …(15.1)
missä ex on vaakasuora kanta (X-suunnassa), E on maaperän kimmomoduuli ja μ On Poissonin suhde. Maapaineen ollessa levossa –
ex = 0 …(15.2)
σx = σy = P0 …(15.3)
korvaa nämä arvot Eq. (15.1), meillä on –
ex = 1 / E = 0
tai P0-μ (P0 + σz) = 0 ⇒ p0-µp0-μσz = 0 ⇒ P0 – (1 + μ) = μσz
P0 = σz …(15.4)
p0 = K0σz …(15.5)
missä K0 on maanpaineen kerroin levossa ja σz on maan omapainosta johtuva pystyrasitus syvyydessä z, jossa lasketaan maan paine levossa –