Ваш вопрос относится к изменению давления с глубиной в земле. Когда эта земля состоит из почв, боковое и вертикальное давление можно рассчитать несколькими различными способами, в зависимости от того, является ли ваша почва песком или глиной и присутствует ли грунтовая вода. Это может быть довольно сложным вопросом, как показано ниже.
Соотношение горизонтального и вертикального давления
Вообще говоря, при раскопках, в условиях засыпки и под фундаментом горизонтальное давление и вертикальное давление не считаются эквивалентными и зависят от взаимодействия структуры почвы с точки зрения активных, пассивных и в состоянии покоя.
Активные условия - это когда конструкция удаляется от почвы (уменьшается давление на конструкцию). Пассивные условия возникают, когда конструкция движется к почве (повышается давление на конструкцию), а в состоянии покоя почва достигает своего естественного состояния. Вы можете себе представить, что все три из этих условий могут наблюдаться в удерживающей структуре, так как она может вращаться или деформироваться в течение срока службы.
Как правило, большинство теорий предоставляют коэффициенты, которые можно использовать для расчета отношения горизонтального и вертикального давления на основе состояния взаимодействия грунт / структура и свойств почв. Некоторые основаны на коэффициенте Пуассона. Я даже использовал основанный на температуре коэффициент Пуассона для проведения упругого анализа горизонтальных и вертикальных давлений в битумных конструкциях дорожного покрытия с использованием уравнений Буссинеска.
Эффективный стресс
Там, где присутствуют грунтовые воды, давление выражается в единицах эффективного напряжения , то есть разницы между общим напряжением и давлением воды в порах. Это сложно понять, но оно связано с плавучестью почвы и другими факторами.
Например, рассмотрим интересующую точку на 10 м ниже поверхности земли, и для однородных песков с естественной плотностью 1300 кг / м3 общее напряжение на интересующей глубине 10 м будет составлять 130 кПа. Теперь рассмотрим, что свободная поверхность грунтовых вод находится на постоянной глубине 2 м, и предположим, что плотность воды равна 1000 кг / м3. Поровое давление на глубине 10 м будет основываться на толще воды 8 м, так что поровое давление будет составлять 80 кПа на интересующей глубине. Таким образом, эффективное напряжение на 10 м становится 130 кПа - 80 кПа = 50 кПа. Это очень упрощенное выражение, поскольку может быть много других факторов, например, флуктуации уровня воды, так называемые условия «зыбучих песков» и сохранение структур, таких как дренаж, среди многих других соображений.
Пески (без когезионных почв)
Для песчаных (несвязных) почв часто применяется теория Ранкина (эластичность). Для этого угол сдвига сопротивления грунта (угол трения) и угол наклона земляной / удерживающей конструкции становится критическим.
Угол трения песчаного грунта лучше всего измерять в лаборатории, но он также считается примерно эквивалентным естественному углу естественного откоса рыхлого сухого материала.
Глины (без трения)
Для грунтов со связующим элементом, таких как глины и комбинации глинистого ила, обычно применяется теория кулонов (клин) (пластичность). В соответствии с этим анализом почва представляется как клин (свободное тело) за структурой, и, поскольку решение является недетерминированным, пробуется множество возможных поверхностей разрушения до тех пор, пока решение не сойдется при максимальном давлении почвы.
Почвы с трением и сцеплением
Теория Колумба может использоваться на почвах, которые проявляют как трение, так и сцепление. Метод Ранкина не подходит для связных почв. Однако определение отношения горизонтального и вертикального напряжения может потребовать дальнейшего анализа.
Часто соотношение может быть установлено путем определения состояний напряжения, представленных кругом Мора . Эти свойства часто измеряются с помощью испытаний на трехосный сдвиг, когда колонка грунта испытывается в лаборатории в диапазоне ограничивающих давлений. Это может установить прочность сцепления и угол трения материала и отношение горизонтального и вертикального напряжения в зависимости от глубины.
Общая Упругая Теория
Существуют и другие теоретические методы, которые часто используются для вычисления горизонтальных и вертикальных давлений под точкой фундамента. Обычно применяются два метода: 1) теория Вестергаарда и 2) теория Буссинеска. Отношение горизонтального к вертикальному давлению в некоторой точке под поверхностью в значительной степени зависит от расчетного значения коэффициента Пуассона .
Теория Вестергаарда - это теория упругости, применяемая к слоистым средам. Это имеет место в большинстве условий, обычно встречающихся на практике.
Теория Буссинеска - это теория упругости, примененная к однородному упругому полупространству. Принимая во внимание, что это может быть неприменимо ко всем почвам, оно часто находит применение при упрощенных допущениях.
закрытие
Это всего лишь вкус более распространенных методов анализа, которые используются для оценки давления грунта при раскопках, под фундаментами и за несущими конструкциями. Есть и другие, например, Log Spiral Analysis для раскопанных раскопок, который часто используется. Хотя теории могут быть сложными, если учесть огромную трудность в установлении истинного состава подземных почвенных условий (т.е. наличия слоев, толщины слоев и изменчивости свойств почв), становится ясно, что анализ давления / напряжения требует большого опыта и навыков.