Условное расчетное сопротивление грунта: Расчетное сопротивление грунта – Несущая способность

Регистрируясь, вы соглашаетесь с Условиями использования и Политикой конфиденциальности. *

Испытания на удельное сопротивление почвы для проектирования катодной защиты

В этой статье обсуждается наиболее распространенный метод измерения удельного сопротивления почвы и даются некоторые рекомендации по правильному сбору достаточных данных для разработчика системы катодной защиты.

Одним из наиболее важных проектных параметров при рассмотрении применения катодной защиты для заглубленных конструкций является удельное сопротивление грунта. Испытания на удельное сопротивление грунта являются важным фактором для оценки коррозионной активности окружающей среды по отношению к подземным конструкциям.Это также оказывает огромное влияние на выбор типа, количества и конфигурации анода. Таким образом, очень важно, чтобы проектировщик CP имел точные данные о состоянии грунта как в конструкции, так и в любых предлагаемых местах расположения анодной системы. Отсутствие достаточных данных об удельном сопротивлении грунта может сделать конструкцию системы катодной защиты (системы CP) неэффективной и привести к дорогостоящим усилиям по восстановлению во время ввода в эксплуатацию.

Коррозионная активность почвы

Удельное сопротивление почвы является основным диагностическим фактором, используемым для оценки коррозионной активности почвы.При проведении испытаний на удельное сопротивление почвы можно оценить множество факторов, включая состав почвы, содержание влаги, pH, концентрации хлоридов и сульфат-ионов и окислительно-восстановительный потенциал. Все это общие компоненты программы лабораторных или полевых испытаний почвы, и все они влияют на удельное сопротивление почвы. Хотя может потребоваться комплексная программа испытаний почвы, особенно при выполнении анализа отказов, для большинства сред данные испытаний на удельное сопротивление почвы обеспечивают отличную основу для оценки коррозионной активности почвы.Ниже представлена ​​типичная диаграмма, которая коррелирует между удельным сопротивлением почвы и ее коррозионной активностью.

ИСТОЧНИК: Основы коррозии: Введение, NACE Press Book, 2 ^nd , издание Pierre Roberge

Испытания на удельное сопротивление почвы

Хотя существует несколько методов измерения удельного сопротивления грунта, наиболее распространенным методом полевых испытаний является четырехштырьковый метод Веннера (ASTM G57).В этом тесте используются четыре металлических зонда, вбитых в землю и разнесенных на одинаковом расстоянии друг от друга. Внешние контакты подключаются к источнику тока (I), а внутренние контакты — к вольтметру (V), как показано на рисунке 1.

Когда через внешние зонды в почву подается известный ток, внутренние зонды можно использовать для измерения падения напряжения из-за сопротивления почвы при прохождении тока между внешними зондами. Затем это значение сопротивления R может быть преобразовано в значение удельного сопротивления почвы по формуле: ρ = 2 × π × a × R, где «ρ» измеряется в Ом-см, а «a» — это расстояние между штырями в см.Это значение представляет собой среднее удельное сопротивление почвы на глубине, эквивалентной расстоянию между зондами, поэтому, если зонды расположены на расстоянии 5 футов друг от друга, полученное значение будет эквивалентно среднему удельному сопротивлению почвы на глубине 5 футов.

При проектировании системы катодной защиты обычно проводят несколько измерений удельного сопротивления почвы с использованием этой методики с различными расстояниями между зондами. Для неглубокого размещения анода обычно достаточно снятия показаний на глубинах 2,5 футов, 5 футов, 10 футов, 20 футов, 25 футов.Для применения с глубокими анодами измерения удельного сопротивления почвы могут быть рекомендованы на гораздо больших глубинах, соответствующих ожидаемой глубине системы глубоких анодов.

Эффекты слоев

Важно отметить, что значения удельного сопротивления почвы, полученные при испытании с помощью четырех штифтов, представляют собой среднее удельное сопротивление почвы от поверхности земли до глубины, и каждое последующее расстояние между зондами включает все показания сопротивления на мелководье над ним. Для целей проектирования катодной защиты часто необходимо определять сопротивление почвы на анодной глубине путем «вычитания» верхних слоев из глубоких показаний.Этот процесс «вычитания» верхних слоев требует некоторой вычислительной настройки. Один из популярных подходов называется методом Барнса, который предполагает слои почвы одинаковой толщины с границами, параллельными поверхности земли. Если данные измерений указывают на уменьшение сопротивления с увеличением расстояния между электродами, этот метод можно использовать для оценки удельного сопротивления слоев.

Значения данных сопротивления (R) должны быть представлены в табличном формате и затем преобразованы в проводимость, которая просто обратна значению сопротивления.Затем рассчитывается изменение проводимости для каждого последующего промежутка. Затем это значение преобразуется обратно в значение сопротивления слоя, принимая обратное значение изменения проводимости. Наконец, удельное сопротивление слоя рассчитывается с использованием ρ = 2 × π × a × R.

Для анализа Барнса, приведенного ниже, данные показывают, что зона низкого сопротивления существует на глубине от 60 до 100 метров.

Рекомендации по оборудованию для испытаний на удельное сопротивление грунта

С точки зрения электричества, земля может быть довольно шумной средой с воздушными линиями электропередач, электрическими подстанциями, железнодорожными путями и многими другими источниками, которые способствуют шуму сигнала. Это может исказить показания, что может привести к значительным ошибкам.По этой причине специализированное оборудование для измерения сопротивления почвы, которое включает в себя сложные электронные блоки, способные отфильтровывать шум, имеет решающее значение при получении данных удельного сопротивления почвы.

Существует два основных типа измерителей удельного сопротивления грунта: высокочастотные и низкочастотные.

Высокочастотные измерители удельного сопротивления почвы

Высокочастотные измерители работают на частотах значительно выше 60 Гц и должны ограничиваться сбором данных на глубине около 100 футов. Это связано с тем, что им не хватает напряжения для обработки длинных переходов, и они вызывают шумовое напряжение в потенциальных выводах, которое невозможно отфильтровать, поскольку удельное сопротивление почвы уменьшается, а расстояние между датчиками увеличивается.Они менее дороги, чем их части для низкочастотных счетчиков, и на сегодняшний день являются наиболее распространенным измерителем, используемым для тестирования удельного сопротивления почвы. В целях проектирования CP они часто используются для оценки коррозионной активности почвы и для проектирования мелких анодов.

Низкочастотные измерители удельного сопротивления почвы

Низкочастотные измерители генерируют импульсы в диапазоне от 0,5 до 2,0 Гц и являются предпочтительным оборудованием для более глубоких измерений удельного сопротивления почвы, поскольку они могут снимать показания с очень большими расстояниями между зондами.Некоторые модели могут работать с расстояниями в несколько тысяч футов. Эти модели обычно включают в себя более сложные блоки фильтрации электроники, которые превосходят те, что используются в высокочастотных моделях. Для конструкций CP, предусматривающих установку с глубоким анодом, низкочастотный измеритель является предпочтительным оборудованием для получения точных данных на глубине ниже 100 футов.

Рекомендации по полевым данным

При сборе точных данных об удельном сопротивлении почвы для проектирования системы катодной защиты важно учитывать следующие передовые методы, чтобы избежать ошибочных показаний:

1. Пригодность места проведения испытаний. Для использования метода тестирования с четырьмя выводами Веннера требуется открытое пространство, достаточное для правильного размещения выводов и сбора данных на необходимую глубину. Для систем катодной защиты с глубоким анодом это потребует минимум в три раза большей глубины анодной системы.
2. Избегать заглубленных трубопроводов и других металлических предметов. Наличие каких-либо заглубленных металлических конструкций (трубопроводов, трубопроводов, железобетонных конструкций, систем заземления и т. Д.) Обеспечивает слабые пути тока, которые могут вызвать эффект короткого замыкания, который исказит показания сопротивления и приведет к ошибочным показаниям удельного сопротивления почвы.
3. Глубина зондов. Важно, чтобы датчики были правильно вставлены в землю. Для показаний удельного сопротивления на мелководье слишком глубокие зонды могут повлиять на показания на мелководье. В идеале штифты должны быть не глубже 1/20 ^и расстояния между штифтами и не более 10 см (4 дюйма).
4. Избегайте мест с высоким электрическим шумом. Испытания почвы не следует проводить непосредственно под системами передачи высокого напряжения или рядом с другими внешними источниками тока в почве, такими как системы легкорельсового транспорта постоянного тока.
5. Точно запишите место и условия проведения испытания. Важно, чтобы место проведения испытания было точно записано вместе с условиями почвы и температурой во время испытания. Тестирование не следует проводить в мерзлой почве, а также в периоды сильной засухи или аномально влажных условий.

Резюме

Тестирование удельного сопротивления грунта с точным сбором данных является лучшим индикатором коррозионной активности грунта для заглубленных металлических конструкций и оказывает значительное влияние на проектирование систем катодной защиты.Наиболее распространенной методикой испытаний для сбора данных о почве в полевых условиях является четырехконтактный метод Веннера. При правильном сборе и использовании соответствующих аналитических методов полевые данные сопротивления почвы могут обеспечить точную оценку значений удельного сопротивления почвы для использования при проектировании соответствующей системы катодной защиты.

Узнайте об услугах по испытанию удельного сопротивления грунта MATCOR

У вас есть вопросы по испытаниям на удельное сопротивление почвы или вам нужно расценки на услуги или проектирование катодной защиты и материалы? Свяжитесь с нами по ссылке ниже.

СВЯЗАТЬСЯ С КОРРОЗИЕЙ

Глава 7 — Подпорные стены | Сейсмический анализ и проектирование подпорных стен, заглубленных сооружений, откосов и насыпей

Ниже приведен неисправленный машинно-читаемый текст этой главы, предназначенный для обеспечения наших собственных поисковых систем и внешних систем богатым, репрезентативным по главам текстом каждой книги с возможностью поиска. Поскольку это НЕПРАВИЛЬНЫЙ материал, пожалуйста, рассматривайте следующий текст как полезный, но недостаточный прокси для авторитетных страниц книги.

68 В этой главе обобщены результаты исследований, проведенных для сейсмический анализ и проектирование подпорных стен. Главная Цели этих исследований заключались в следующем: â € Устранение ограничений с помощью текущих методов, используемых для оценки сейсмическое давление грунта на подпорные стены. Эти ограничения Есть трудности в использовании уравнений M-O для определенные комбинации сейсмического коэффициента и обратного уклона над удерживающей структурой или для задних условий где почвы несвязные или неоднородные.• Разработать руководство по выбору сейсмического коэффициента используется для проведения силовых или перемещенных оценка сейсмостойкости подпорных стен. В текущей практике существует значительная путаница в отношении выбор сейсмического коэффициента, особенно для различных типы стен. • Предоставить рекомендации по методикам, которые следует использовать для сейсмический анализ и проектирование альтернативных типов стен, которые могут использоваться для разработки спецификаций LRFD. Подход, принятый для достижения этих целей, предполагал использование результаты исследований движения грунта и рассеяния волн обсуждалось в предыдущих двух главах.В частности, приложение метод определения движений и смещений грунта краткое изложение в главе 5 предоставляет необходимую информацию для конструкции силовой и для определения подпорной стенки смещения. Информация в главе 6 используется для мод- Если настроить PGA на месте, чтобы учесть эффект рассеяния волн. эффекты. С этой информацией предоставляются две методики. для сейсмического анализа и проектирования подпорных стен. Первый предполагает использование классических уравнений M-O, а второе использует более методологию GLE для случаев, когда M-O pro- cedure не применяется или там, где оценка подпорной стены смещения желательны.7.1 Текущая практика проектирования Для транспортировки обычно используются различные типы стен. системы. Полезная классификация этих типов стен приведена на Рисунок 7-1 (FHWA 1996), на котором используется терминология, принятая в Спецификации конструкции моста AASHTO LRFD. Крой и Обозначения указывают на то, как стена построена, а не на необходимость. обычно характер земляных работ (разрез или ï¬ ll) связанных со стеной. Например, целая стена, такая как стена MSE или невесомая консольная стена, может использоваться для удержания грунта для крупный разрез шоссе, как показано на типичном Рис. В окнах с 7-2 по 7-5 показаны типы стен.Это становится важным важный фактор в последующих дискуссиях, связанных с внешними сейсмостойкость таких стен. Текущие технические характеристики моста AASHTO LRFD: сейсмический расчет типов подпорных стен, как указано в следующие параграфы: 1. Обычные гравитационные и полугравитационные консольные стены. (Статья 11.6.5). Положения сейсмического проектирования указывают на использование метода М-О (указанного в Приложении А, Ст. A11.1.1.1) для оценки эквивалентных статических сил для сейсмических нагрузки. Уменьшение из-за движений боковых стенок возможно. как описано в Приложении A (A11.1.1.1). 2. Невесомые консольные стены (статья 11.8.6). Сейсмический дизайн положения не являются явными. Скорее делается ссылка на принятая методология, хотя уравнения M-O используется как средство для расчета активного и пассивного давления обеспечил сейсмический коэффициент в 0,5 раза превышающий расчетный Используется PGA. 3. Анкерные стены (статья 11.9.6). Проведение сейсмического проектирования не являются явными, и делается ссылка на M-O способ для консольных стен. Однако статья A11.1.1.3 указывает на то, что, Для абатментов, ограниченных от бокового смещения обратные зазоры или сваи, боковое давление, вызванное инерцией силы в засыпке будут больше, чем заданные Анализ Мононобе-Окабе.Далее в обсуждении предлагается использовать коэффициент 1,5. в сочетании с адаптируемым к месту эксплуатации PGA для проектирования — где угодно существует сомнение, что абатмент может в достаточной степени податиться мобилизовать силу почвы ». К А П Т Е Р 7 Поддерживающие стены

69 Рисунок 7-1. Классификация заземляющих систем (по FHWA, 1996). Рисунок 7-2. Типы стен (по FHWA, 1996).

70 Рисунок 7-4. Стены MSE — конфигурация конструкции. Завершенная стена MSE Стена из геотекстиля Рисунок 7-3.Типы стен MSE (по FHWA, 1996).

71 4. Стены МСЭ (статья 11.10.7). Положения сейсмического проектирования очень явные и определены как для внешних, так и для внутренних стабильность. Для внешней устойчивости динамическая составляющая активное давление грунта рассчитывается с использованием уравнения M-O. тион. Уменьшение из-за движения боковой стенки возможно. митенки для гравитационных стен. Пятьдесят процентов динамической земли давление сочетается с инерционной нагрузкой на стену для оценки стабильность, с коэффициентом ускорения, измененным на действующий считайте возможное усиление ускорения грунта.В случае внутренней устойчивости элементы усиления рассчитан на горизонтальные внутренние инерционные силы, действующие на зона статического активного давления. 5. Сборные модульные стены (статья 11.11.6). Сейсмическая де- положения знаков аналогичны положениям для гравитационных стен. 6. Почвенно-гвоздевые стены. В настоящее время нет статических или сейсмических условий. предоставлено в Спецификации проектирования моста AASHTO LRFD. Однако руководство FHWA по дизайну стенок для ногтей (FHWA, 2003) предлагает придерживаться той же общей cedures, используемые для дизайна стен MSE, который включает использование уравнения M-O с модификациями инерционности основные эффекты.Использование уравнений M-O для расчета сейсмоактивных а пассивное давление грунта является доминирующим фактором при проектировании стен. Ограничения и проблемы дизайна кратко изложены ниже: ing разделы. Рисунок 7-5. Вырезать наклонную конструкцию. 7.2 Метод M-O и ограничения Аналитическая основа решения M-O для расчета сейсмоактивное давление грунта показано на рисунке 7-6 (взято из Приложения A11.1.1.1 моста AASHTO LRFD Технические характеристики). Этот рисунок идентифицирует уравнения для сейсмически активные давления земли (PAE), сейсмически активные земли коэффициент давления (KAE), сейсмическое пассивное давление грунта уверен (PPE), и коэффициент сейсмоактивного давления (KPE).Эти уравнения подразумевают, что почва внутри почвы однородный, несвязный материал в активном или пассивные нажимные клинья. 7.2.1 Сейсмические активные давления на землю Фактически, решение для сейсмически активных нагрузок на грунт: аналогично таковому для обычного кулоновского активного давления надежное решение для несвязной спинки, с добавлением горизонтальная сейсмическая нагрузка. Репрезентативные графики, показывающие влияние сейсмической нагрузки на коэффициент активного давления KAE показаны на рисунке 7-7.Эффект вертикальной сейсмической нагрузки традиционно игнорируется. Обоснование игнорирования верти- каловая нагрузка обычно объясняется тем, что чем выше частота вертикальных ускорений будет не в фазе с горизонтальные ускорения и будут иметь положительные и отрицательные вклад в давление на стенки, которое в среднем может вызвать разумно пренебречь дизайном.

72 Рисунок 7-7. Влияние сейсмического коэффициента и грунта угол трения от коэффициента активного давления.Рисунок 7-8. Влияние откоса засыпки на сейсмические коэффициент активного давления грунта с использованием M-O уравнение, где CF = сейсмический коэффициент. 38 ° в материале с Ï † = 35 °. Раствор M-O увеличивает сиг- ничтожно, если сейсмический коэффициент увеличивается до 0,25 для В том же случае, когда угол плоскости разрушения уменьшается до 31 °. На практике Однако, как показано на рисунках с 7-3 по 7-5, плоскость разрушения обычно пересекал твердые почвы или камни на вырубленном склоне за засыпкой, а не под углом откоса, определяемым чисто несвязный грунт, как обычно предполагается во время M-O анализы.Следовательно, в этой ситуации решение M-O ция не действует. Дизайнер может использовать подход M-O для простых не- однородные случаи, такие как показано на рисунке 7-10, с использованием следующая процедура, предполагая Ï † 1 <Ï † 2: Рисунок 7-6. Раствор M-O. Сейсмическое активное давление на грунт AEP H kv = −0 5 12. ³ () знак равно K п AE PE Сейсмическое пассивное давление грунта 0 5. γ Ï † θ β θ β H k Kv2 2 2 1∠’() знак равно ∠’− () PE AE где K потому что cos cos cos грех грех Cos co δ β θ Ï † δ Ï † θ δ β θ + + () Ã- ∠’ + () ∠’− () + + () 1 я s потому что cos cos cos я КПЭ âˆ ’() ⎡ ⎠£ ⎠¢ ⎤ ⎦⎠¥ знак равно ∠’+ () ∠’ β Ï † θ β θ β δ 2 2 2 ∠’+ () Ã- ∠’ + () ∠’+ () ∠’+ () − β θ Ï † δ Ï † θ δ β θ1 грех грех cos cos я я β () ⎡ ⎠£ ⎠¢ ⎤ ⎦⎠¥ −2 γ = удельный вес грунта (тыс.футов) H = высота стены (футы) Ï † = угол трения о грунт ( °) θ = arc tan (kh / (1 ∠’kv)) ( °) δ = угол трения между грунтом и стеной ( °) kh = коэффициент горизонтального ускорения (разм.) kv = коэффициент вертикального ускорения (разм.) i = угол заднего откоса (°) β = наклон стены к вертикали, отрицательный, как показано ( °) На Рисунке 7-8 показано влияние угла наклона засыпки на KAE. как функция сейсмического коэффициента и иллюстрирует конструкцию дилемма быстро увеличивающейся земли значения давления с умеренным увеличением углов наклона. Инжир- ure 7-9 указывает на основную причину, а именно на тот факт, что угол плоскости разрушения Î ± приближается к углу заднего откоса угол Ï ‰, что приводит к бесконечной массе активного разрушения клин.Например, для угла наклона 18,43 ° (3H: наклон 1V) и сейсмический коэффициент 0,2, плоскость разрушения находится под углом

M-O метод, такой как хорошо известный, графический Метод Калмана, показанный на Рисунке 3-1. Принципы метод клина Калмана был включен в Компьютерная программа Caltrans CT-FLEX (Шамсабади, 2006). Эта программа будет искать критическую поверхность отказа. до максимального значения PAE для неравномерных уклонов и задние панели, включая избыточное давление.Для однородных связных грунтов обратной засыпки с прочностью c и Ï † параметров, решения, использующие допущения M-O анализа, имеют был разработан, как описано в разделе 7.3. Тем не менее самый универсальный подход для сложной засыпки и выемки откосов геометрии — использовать стандартные программы стабилизации склонов, как описано в разделе 7.4. 7.2.2 Сейсмическое пассивное давление на землю Также показано уравнение M-O для пассивного давления грунта. на рисунке 7-6. Сейсмическое пассивное давление становится важным. подходит для некоторых типов стен, которые развивают сопротивление от нагрузки закладной части стены.Если глубина заделки — мент ограничен, как и в случае многих гравитаций, полугравитации, и стены MSE, важность пассивного давления грунта к общему равновесию мало, и поэтому, используя статический пассивное давление грунта часто приемлемо. В случае негравитации консольных стен и анкерных стен элементы конструкции ниже глубины выемки зависят на пассивное давление грунта для стабильности и, следовательно, влияние сейсмической нагрузки на пассивное давление грунта может быть важный вклад.Работа Дэвиса и др. (1986) показывает что сейсмическое пассивное давление грунта может снизиться на 25%. центов относительно статического пассивного давления грунта для сейсмических коэффициент 0,4. Это уменьшение относится к материалу с Ï † = 35 градусов. и никакого трения о стену или обратный уклон. 73 Рисунок 7-10. Применение метода M-O для неоднородный грунт. Рисунок 7-9. Угол активной плоскости разрушения на основе уравнения M-O. 1. Рассчитайте активное давление PAE1 и активную плоскость отказа. угол (Î ± AE1) для материала основы.Графики, такие как Рис. Для простых случаев можно использовать коды 7-8 и 7-9. 2. Если ± AE1 <Î ± 1/2, решение остается в силе, и PAE1 дает правильное сейсмоактивное давление на стену. 3. Если ± AE1> ± 1/2, рассчитайте активное давление (PAE2) и активный Угол плоскости разрушения (Î ± AE2) для материала природного грунта. За связных (c-Ï †) грунтов, растворы, описанные в разделе 7.3, могут использоваться. Также рассчитайте активное давление (PAEi) для заданная граница раздела двух грунтов из предельного равновесия уравнения. Чем больше PAEi и PAE2, тем больше сейсмический сильное давление на стену.В большинстве случаев естественный срез почвы будет стабильным, в котором случае будет ясно, что активное давление, соответствующее угол среза Î ± 1/2 будет определяющим. Для более сложных случаев в- с неравномерными профилями обратного откоса и откосом / срезом почвы, численные процедуры с использованием тех же принципов

Хотя снижение пассивного давления грунта во время сейсмическая нагрузка учитывается в уравнении M-O для пассивные давления (Уравнение A11.1.1.1-4 в AASHTO LRFD Спецификации конструкции моста), уравнение M-O для пассивного давление грунта основано на зернистой почве и кулоновском теория отказа.Различные исследования показали, что кулон теория консервативна в определенных ситуациях. Подобно Уравнение M-O для активного давления грунта, уравнение M-O для пассивного давления грунта также не включает растворы любого связующего в почве. Предпочтительный подход к пассивному определению давления грунта заключается в использовании процедуры логической спирали, аналогичные предпочтительному подходу для гравитационная нагрузка. Shamsabadi et al. (2007) опубликовали обобщенный подход, следующий за процедурой лог-спирали, с учетом как сил инерции в почве клин и связующее содержимое в почве.Ключевой момент при определении статического пассивное давление — это трение о стенку, которое возникает в почве. настенный интерфейс. Обычная практика — предполагать, что некоторая стена трение произойдет при статической нагрузке. Количество интер- торцевое трение при статической нагрузке часто предполагается в диапазоне от От 50 до 80 процентов угла трения почвы. Аналогичное руководство не доступен для сейсмической нагрузки. В отсутствие каких-либо руководство, значение статического трения границы раздела часто используется для сейсмический расчет.Еще одно важное соображение при использовании сейсмических пассивное давление грунта — это величина требуемой деформации мобилизовать эту силу. Деформация для мобилизации па- давление грунта при статической нагрузке обычно принимается быть большим, скажем, от 2 до 5 процентов от высоты встроенной стены, в зависимости от типа почвы (то есть зернистые почвы будут ближе к нижнему пределу, в то время как связные грунты ближе к верхний предел). Для сейсмических исследований доступно только ограниченное руководство. загрузка (например, см. Shamsabadi et al., 2007), а там- перед смещением для мобилизации сейсмически пассивной земли Давление часто считается таким же, как при статической нагрузке. 7.3 Давление на землю M-O для связных грунтов Уравнение M-O было использовано для установления приемлемого собственный коэффициент давления земли (KAE) для данной сейсмической коэффициент kh. Хотя можно использовать кулон метод разработки уравнений или диаграмм давления земли, которые включать вклад любого связного контента, доступный Уравнения и диаграммы для коэффициентов давления грунта M-O были получены для чисто несвязного (фрикционного) грунта где критерием разрушения грунта будет Мора-Кулона критерий разрушения, параметризованный углом трения о грунт, Ï †.Однако опыт предельной устойчивости наклона равновесия Анализ показывает, что устойчивость данного склона очень чувствительна. способствует сцеплению почвы даже при очень небольшом сцеплении. 7.3.1 Оценка вклада от сплоченности Большинство естественных несвязных почв содержат мелкие частицы что часто способствует сплоченности, особенно в краткосрочной перспективе условия загрузки. Точно так же несвязные спинки редко полностью насыщенный, а частичное насыщение обеспечит некоторые кажущееся сцепление даже на чистом песке.Кроме того, оказывается быть обычной практикой в ​​некоторых штатах, чтобы разрешить использование задних почвы с содержанием 30% и более (возможно, содержат- немного глинистой фракции), особенно для стен МСЭ. Следовательно вероятность в этих случаях некоторой сплоченности очень высока. В эффект сплоченности, действительный или очевидный, является важным Это важный вопрос, который следует рассматривать в практических задачах проектирования. Уравнения M-O были распространены на почвы c-† с помощью Пракаш и Саран (1966), где были получены решения для случаи, включая эффект трещин растяжения и прилипания стен.Подобные решения также обсуждались Ричардсом и Ши (1994) и Чен и Лю (1990). Чтобы проиллюстрировать эту проблему, анализы были проведены вывод уравнений M-O для активных давлений грунта и расширяя его от критерия разрушения грунта до обобщенного c-Ï † критерий разрушения грунта. По сути, анализ предельного равновесия проводились с использованием пробных клиньев. Активное давление грунта значение (PAE) было вычислено, чтобы удовлетворить условию момента равновесие каждой из комбинаций предполагаемого испытания значения прочности клина и грунта на сдвиг по поверхности разрушения.Конфигурации пробных клиньев менялись до тех пор, пока относительное максимальное значение PAE получено для различных горизонтов. горизонтальный сейсмический коэффициент кх. Механизм планарного разрушения сохраняется в анализах и является разумным допущением для проблема активного давления грунта. Предполагалось отсутствие сцепления стенок. и трещины от растяжения не были включены. 7.3.2 Результаты анализов M-O почв со сплоченностью На рисунках 7-11 и 7-12 показано активное давление грунта. эффективные графики для двух разных углов трения почвы с разными Значения сцепления для горизонтальной спинки, при условии отсутствия сионные трещины и адгезия стен.На каждой диаграмме давление грунта коэффициенты представлены как функция сейсмического коэффициента (kh,) и различные значения сцепления (c). Значение c было нормальным. малайзируется продуктом ³ H, где γ — удельный вес почвы. и H — высота стены в представленных проектных схемах. Следующее иллюстрирует как использование, так и важность сплоченного вклада: 1. Для типичного угла трения уплотненной задней части 40 градусов, c / γ H будет около 0,083 и 0,167 для высоты склона. (H) 20 футов и 10 футов, соответственно (для γ = 120 фунтов на фут в сочетание небольшого значения сцепления c = 200 psf).2. Из рисунка 7-12 (для Ï † = 40 градусов) видно, что результирующие коэффициенты проектной силы Kae для сейсмического коэффициента 74

75 Рисунок 7-11. Таблицы сейсмических коэффициентов для c- почв для 35. Рисунок 7-12. Графики сейсмических коэффициентов для c-почв 40. kh = 0,3 будет (i) 0,4 для отсутствия сцепления; (ii) 0,25 для стены высота 20 футов при сцеплении 200 фунтов на квадратный фут, и (iii) быть 0,1 для стены высота на высоте 10 футов с сцеплением 200 фунтов на квадратный фут. 7.3.3 Влияние на дизайн Из этого примера видно, что небольшое количество сплоченности окажет значительное влияние на сокращение динамическое активное давление грунта для проектирования.Снижение для типичные проектные ситуации могут составлять порядка 50 человек. от центов до 75 процентов. Для многих комбинаций меньшего kh con- ditions (что было бы очень распространено в условиях CEUS) а также меньшая высота стенок, довольно небольшое значение сцепления будет означать, что склон устойчивый, а емкость почвы на нем — сам по себе, будет иметь внутреннюю силу сдвига, чтобы противостоять инерционному грунту нагрузка, приводящая к нулевому дополнительному давлению земли уверен, что сообщаемая подпорной стены во время сейсмического события.Этот феномен может быть фактором в объяснении хорошего пер- формирование подпорных стен при прошлых землетрясениях. Чтобы проиллюстрировать это, традиционно уменьшающие коэффициенты на порядка 0,5 были применены к адаптированной для сайта PGA для определения сейсмического коэффициента, используемого при проектировании стен. Стены движение является признанным оправданием редукционного tor, как обсуждалось ранее. Однако движение стены сдерживает cept может не подходить для подпорных стен, опирающихся на сваи, особенно, если для ограничения движения стена.В этом случае вклады небольшого количества когезия (например, 200 фунтов на квадратный фут) может эффективно снизить сейсмический коэффициент стены 20 футов высотой в 0,5 раза, тем самым достигается тот же эффект, что и для стены что может двигаться.

Мобилизация сплоченности может значительно снизить сейсмические минимальное давление на землю, чтобы учесть такие сокращения в проектной практике не всегда прямолинейно из-за неопределенностей определение величины сцепления для уплотненных плёнок где смешанные c-Ï † условия существуют при полевых условиях.Этот особенно верно для несвязных слоев, где степень насыщенности оказывает значительное влияние на кажущуюся сплоченность от капиллярности. С точки зрения дизайна, неопределенности в сумме сплоченность или кажущаяся сплоченность затрудняет включение вклад сплоченности во многих ситуациях, особенно в случаях, когда используются чистые материалы основы, следует учитывать меньше потенциальных преимуществ частичного насыщения. Тем не мение, там, где связные почвы используются для засыпки или где естественные почвы имеют четкое связное содержание, тогда проектировщику следует рассмотреть возможность включения некоторых эффектов сплоченности в определение сейсмического коэффициента.7.4 Подход GLE к определению Сейсмические активные давления Чтобы преодолеть ограничения метода M-O для случаев с неоднородными грунтами и сложным откосом геометрия, обычная предельно-равновесная устойчивость откоса со- могут использоваться компьютерные программы. Концепция проиллюстрирована, в статье Чу (1995). Для целей как оценки- Использование этого подхода и его применение к примерам, используемым для рекомендованная методика (Приложение F), компьютер программа SLIDE (RocScience, 2005), широко используемая программа геотехническими консультантами.Основной принцип использования таких программ для земляных прессов. правильные вычисления показаны на рис. 7-13. Шаги в анализа заключаются в следующем: 1. Настройте геометрию модели, профиль грунтовых вод и расчет свойств грунта. Внутренняя поверхность стены или плоскость, на которой необходимо рассчитать давление грунта, следует моделировать как свободную границу. 2. Выберите подходящий метод анализа устойчивости откосов. Метод Спенсера обычно дает хорошие результаты, потому что он удовлетворяет равновесию сил и моментов.3. Выберите подходящую схему поиска скользящей поверхности. Круглые, линейные, полилинейные или случайные поверхности могут быть исследовано SLIDE и другими коммерческими стабилизаторами откосов. программы анализа эффективности. 4. Приложите давление грунта как граничную силу к забое. удерживаемой почвы. Расположение силы предполагается в одна треть от основания (1–3 H, где H — удерживаемая почва высота) для статических случаев. Для сейсмических случаев местоположение может быть разумно предположить, что на средней высоте (0,5 H) оставшейся почвы. Однако разные точки приложения от 1 до 3 H и 2–3 H от основания можно исследовать для определения максимальное сейсмическое давление грунта.Угол приложенного сила зависит от предполагаемого угла трения между стенкой и почвы. Горизонтальная нагрузка имитирует гладкую стену, тогда как нагрузка, наклоненная на Ï † градусов, указывает на то, что угол трения между стеной и почвой равен или больше внутреннего трения угол наклона почвы. 5. Измените величину прилагаемой нагрузки до минимума. отношение C / D составляет 1,0. Соотношение C / D эквивалентно к запасу прочности для анализов. Сила соответствует- ding с отношением C / D, равным 1,0, равно общему давлению грунта на подпорная конструкция.6. Подтвердите проектные допущения и свойства материала с помощью проверка нагрузок на отдельные срезы на выходе. Программа SLIDE откалибрована по растворам M-O. рассмотрев примеры, показанные на рисунках 7-14 и 7-15. Первый набор рисунков показывает применение SLIDE для расчет активного давления грунта на стену с горизонтальным назад Два анализа на рис. 7-14A показывают вычисление расчет активного давления грунта для однородной опоры и сейсмическое ускорение 0,2g и 0.4г. Расчетная пере- результаты идентичны результатам из уравнения M-O. Два Анализ на Рисунке 7-14B показывает вычисление активного давление грунта для корпуса с негомогенной засыпкой. Инжир- В таблицах 7-15A и 7-15B показаны аналогичные анализы для стены. с наклонной засыпкой. 7.5 Сейсмические исследования, зависящие от высоты Расчетные коэффициенты Текущие технические характеристики моста AASHTO LRFD используют пиковое ускорение грунта в сочетании с анализом M-O для расчета сейсмического давления грунта для подпорных стен. Бывший за исключением стен MSE, где коэффициенты усиления как функция пикового ускорения грунта, на основе исследований Сегрестин и Бастик (1988), текущий подход не делает корректировка заданного ускорения грунта по высоте стены.В главе 6 представлен фундаментальный подход к созданию этих корректировки на основе анализа рассеяния для упругих грунтов. Чтобы Подтвердите, что рекомендации в главе 6 применимы для сидячих в местах, где существует контраст импеданса между основаниями. dation и ï¬lls, а также возможное влияние нелинейного грунта поведения, был проведен дополнительный набор анализов. Полученные результаты 76 Рисунок 7-13. Принятие наклона программы устойчивости для расчета сейсмических давление земли (Chugh, 1995).

77 Рисунок 7-14A.Калибровочные анализы SLIDE для горизонтальной засыпки (однородный грунт условия). из этих анализов используются с результатами анализов в Глава 6 для разработки рекомендаций для зависящих от роста коэффициенты сейсмического проектирования. 7.5.1 Оценка импедансных контрастов и поведение почвы Чтобы изучить влияние импедансных контрастов и нелинейности влияние почвенного покрова на высоту, одномерный SHAKE91 (1992) был проведен анализ, который задокументирован в подробности в Приложении G. Первоначальный набор анализов SHAKE повторно рассмотрены многие параметры, первоначально оцененные Seg- Рестин и Бастик: • Высота стены 20 футов.• Три различных скорости поперечной волны для грунта, поддерживающего стена (820 футов / сек; 1200 футов / сек; и 3300 футов / сек). Идрисс мод- улус и кривые зависимости демпфирования от деформации сдвига для породы. • Уплотненная задняя часть внутри стены с within † = 30 градусов и максимальный модуль сдвига (Gmax) равен 70 (σ⠀ ²m) 0,5. В

78 Рисунок 7-14B. Калибровочный анализ SLIDE для горизонтальной засыпки (неоднородные грунтовые условия). оценка устойчивости конструкции моста AASHTO LRFD Характеристики.Графики, показывающие эти сравнения, представлены в Приложение G. Эти результаты показывают усиление в верхней части стена, а также максимальное среднее ускорение вдоль стены высота, аналогичная результатам Сегрестина и Бастика. Тем не мение, последние исследования ограничивались стенами высотой 20 футов (6 метров). Впоследствии были проведены дополнительные параметрические исследования. воздуховод для оценки влияния высоты стен, импеданса Модуль упругости семян и Идрисса, а также кривые демпфирования использовались для представляют собой эффекты деформации сдвига.• Девять движений земли в соответствии с обсуждениями в Глава 5, включая две, используемые Сегрестином и Бастиком. Эти исследования были успешно откалиброваны по результатам исследований не- сделанный Сегрестином и Бастиком (1988) для стен MSE, которые формирует основу для расчета сейсмических коэффициентов стены MSE и ex-

79 Рисунок 7-15A. Калибровочный анализ SLIDE для наклонной засыпки (однородные грунтовые условия). 7.5.2 Результаты импедансного контраста и оценки нелинейности Результаты исследований, обобщенные выше и описанные в Приложении G обычно следуют тенденциям, похожим на волну исследования рассеяния, описанные в главе 6.Однако исходя из по изучению результатов и для упрощения результатов для разработка рекомендуемых спецификаций и комментариев уровни контрастов и ускорений, используя тот же ВСТРЕЧИВАНИЕ модели: • Ответ оценивается на высоте стен 20, 50 и 100 футов. • Модуль сдвига при низкой деформации изменен на Gmax = 59 (â € ² м) 0,5. чтобы соответствовать относительной плотности 75 процентов, которая была считается более реалистичным. • Используется девять движений земли, как указано выше.

80 Рисунок 7-15B.Калибровочный анализ SLIDE для наклонной засыпки (неоднородные грунтовые условия). тарифы для Технических условий проектирования моста AASHTO LRFD, использование простой линейной функции для описания редукции средние зависящие от высоты сейсмические коэффициенты, как показано на Рисунок 7-16, рекомендуется. Сравнения с кривыми в результате исследований рассеяния в зависимости от высоты также отмечены на Рисунке 7-16. Кривые на Рисунке 7-16 из Главы 6 немного отличаются: ² эквивалентных значений, чем показано для упрощенного подхода.Эти значения составляют 1,7, 1,1 и 0,4 для спектральных диапазонов UB, mid и LB. ответ соответственно. Различия в значениях β объясняют разница между расположением линий для кривых из главы 6 по сравнению с упрощенными линейными функциями.

Рекомендации по сейсмическим коэффициентам, используемым для оценка давления грунта на основе упрощенной прямой линии Показанные функции могут быть выражены следующими уравнениями: где kmax = пик сейсмического коэффициента у поверхности земли = Fpga PGA; и ± = ï¬ll коэффициент уменьшения в зависимости от высоты.Для грунтов фундаментов типа C, D и E где H = высота в футах; и β = FvS1 / kmax. Для условий фундамента класса A и B (т.е. и условия мягких пород) указанные выше значения Î ± должны быть увеличился на 20 процентов. Для стен высотой более 100 футов ± коэффициенты могут быть приняты за 100-футовое значение. Запись также для практических целей, стены менее 20 футов в высота и на очень твердом грунте (фундамент B / C- tions), kav â ‰ ˆ kmax, что было традиционным предположением для дизайна.7.6 Дизайн на основе смещения для гравитации, полугравитации, и стены MSE Концепция разрешения стенам скользить во время землетрясения дизайн, основанный на нагрузке и перемещении (т.е. Анализ скользящих блоков Newmark для вычисления перемещений Î ± β = + () ∠’[] 1 0 01 0 5 1.. () H 7-2 k kav = Î ± max () 7-1 81 год Рисунок 7-16. Рекомендуется упрощенный масштабный коэффициент, зависящий от высоты для дизайна. Рисунок 7-17. Концепция анализа скользящих блоков Ньюмарка (ААШТО, 2007). когда ускорения превышают горизонтальное предельное равновесие ускорение урожайности) был введен Ричардсом и Элмсом (1979).Основываясь на этой концепции (как показано на рисунке 7-17), Элмс и Мартин (1979) предположили, что ускорение проектирования коэффициент 0,5 А при анализе M-O будет достаточным для псевдостатический расчет предельного равновесия с учетом допуска должно быть выполнено для горизонтального смещения стены 10A (в дюймах). Расчетный коэффициент ускорения (A) — это пиковое значение грунта. ускорение у основания скользящего клина за стеной в гравитационных единицах (то есть г). Эта концепция была принята AASHTO в 1992 г. и повторяется в следующем абзаце. из статьи 11.6.5 проекта моста 2007 года AASHTO LRFD Характеристики. При соблюдении всех следующих условий боковой сейсмический нагрузки могут быть уменьшены, как предусмотрено в Статье C11.6.5, в результате бокового перемещения стенки из-за скольжения, от определенных значений

с использованием метода Мононобе-Окабе, указанного в Приложении A11, Статья A11.1.1.1: • Стеновая система и любые конструкции, поддерживаемые стеной, могут терпеть боковое движение в результате скольжения конструкции тур. • Основание стены не ограничено скольжением, кроме почвы трение по основанию и минимальное пассивное сопротивление грунта.• Если стена функционирует как опора, верх стены должен также быть ограниченными, например, надстройка поддерживается скользящими подшипники ing. В комментарии к этой статье отмечается, что, В целом типичная практика среди государств, находящихся в сейсмически активных зон — спроектировать стены для снижения сейсмического давления. реагирует на смещение от 2 до 4 дюймов. Тем не менее допустимая степень деформации будет зависеть от характер стены и то, что она поддерживает, а также что впереди со стены.Наблюдения за работой обычного кантилевера гравитационные подпорные стены во время прошлых землетрясений, и в частности лар во время землетрясения Хиогокен-Намбу (Кобе) в 1995 г., выявили значительный наклон или поворот стен, кроме того к горизонтальным деформациям, изменяя циклическую несущую способность разрушения фундаментов стен при землетрясении. Чтобы выдерживают постоянные деформации стен, включая смешанные скользящие и вращательные режимы разрушения с использованием блока Ньюмарка предположения о неудаче, необходимо сформулировать более сложные связанные уравнения движения.Для оценки могут потребоваться связанные уравнения движения. существующие подпорные стены. Однако с точки зрения критерии эффективности для сейсмического проектирования новых конвенционных подпорных стен, предпочтительный подход к проектированию — ограничить наклон или вращательный режим отказа, насколько это возможно, обеспечение адекватного соотношения мощности к землетрясениям (то есть высокие отношения C / D) для несущей способности фундамента. и сосредоточить внимание на критериях производительности обеспечивающие приемлемые сдвиги скольжения (что ниже Соотношение C / D относительно опоры или опрокидывания).Для более слабых материалы фундамента, это требование разрушения при вращении может приводит к использованию свайных или опорных фундаментов, где боковые Микрофонные нагрузки будут больше, чем для раздвижной стены. Большая часть современной литературы по обычной подпорной стенки сейсмический анализ, включая европейские своды правил, сосредоточиться на использовании методов анализа скользящих блоков Ньюмарка. Для коротких стен (менее 20 футов высотой) концепция спинки целесообразно деформировать зону активного разрушения в виде жесткого блока, как обсуждалось в предыдущем абзаце.Однако для более высоких стены, динамический отклик грунта в зоне разрушения приводит к к неравномерным ускорениям с высотой и сводит на нет предположение о жестком блоке. Для стен высотой более 20 футов использование высоты — зависимые сейсмические коэффициенты рекомендуется для определения максимальные средние сейсмические коэффициенты шахты для активного отказа зоны, и может использоваться для определения kmax для использования в Анализ скользящих блоков Newmark. По сути, это представляет несвязанный анализ деформаций в отличие от полного сопряженный динамический анализ постоянных деформаций стен.Однако этот подход обычно используется для сейсмических исследований. анализ устойчивости откосов, как описано в главе 8. Существующие спецификации проектирования моста AASHTO LRFD использовать эмпирическое уравнение, основанное на пиковом ускорении грунта для вычисления смещения стен для заданного ускорения текучести стены — действие. Это уравнение было получено из исследований ограниченного число ускорений землетрясения и имеет вид: где ky = ускорение выхода; kmax = пик сейсмического коэффициента у поверхности земли; V = максимальная скорость относительно земли (дюймы / сек), которая является такие же, как PGV, обсуждаемые в этом отчете; и d = смещение стены (дюймы).На основе изучения описанной базы данных движения грунта в главе 5 рекомендуются пересмотренные функции перемещения. исправлены для определения смещения. Для участков WUS и почвенных участков CEUS (уравнение 5-8) Для скальных участков CEUS (уравнение 5-6) где kmax = пик сейсмического коэффициента у поверхности земли; и PGV = максимальная скорость грунта, полученная в результате расчета. спектральное ускорение за 1 секунду и настроено для класса локального сайта (то есть Fv S1), как описано в Глава 5. Приведенные выше уравнения перемещения представляют собой средние значения и его можно умножить на 2, чтобы получить 84-процентную уверенность. уровень.Сравнение с настоящим уравнением AASHTO: показано на рисунке 7-18. 7.7 Обычная сила тяжести и полугравитационные стены — Рекомендуемый метод проектирования для внешней устойчивости Исходя из материала, представленного в предыдущих пунктах, рекомендованная методология проектирования для традиционной гравитации и полугравитационные стены можно описать следующими шагами: журнал . . журнал . logmax mad k k k ky y () = ∠’− () + −1 31 0 93 4 52 1 x Максимум. журнал . журнал () ∠’() + () 0 46 1 12k PGV журнал . . журнал . logmax mad k k k ky y () = ∠’− () + −1 51 0 74 3 27 1 x Максимум.журнал . журнал () ∠’() + () 0 80 1 59к PGV d V k g k ky = () () −0 087 2 4. () max max 7-3 82

1. Создайте первоначальный проект стены с помощью AASHTO LRFD. Спецификации конструкции моста для статической нагрузки с использованием соответствующих Собственные факторы нагрузки и сопротивления. Это устанавливает стену размеры и вес. 2. Оцените пиковый коэффициент ускорения грунта на площадке. (kmax) и спектральное ускорение через 1 секунду (S1) от Карты сейсмической опасности за 1000 лет приняты AASHTO (включая соответствующие факторы модификации почвы участка).3. Определите соответствующий PGV из корреляции уравнение между S1 и PGV (уравнение 5-11, глава 5). 4. Измените kmax, чтобы учесть влияние высоты стены, как описано. на Рисунке 7-16 раздела 7.5. 5. Оцените потенциальное использование уравнения M-O для определения: шахты PAE (рис. 7-10), как описано в разделе 7.2, принимая учитывать свойства и геометрию откосов, а также значение kmax из шага 3. 6. Если PAE не может быть определено с помощью уравнения M-O, используйте анализ устойчивости предельно-равновесного откоса (как описано в разделе 7.4) установить PAE. 7. Убедитесь, что давление в стене и критерии опрокидывания для максимальной сейсмической нагрузки, необходимой для удовлетворения критерий производительности. Если критерии соблюдены, проверьте скольжение потенциал. Если все критерии соблюдены, статический дизайн считается удовлетворительным. тори. Если нет, переходите к шагу 8. 8. Определите сейсмический коэффициент текучести стенок (ky), где начинается скольжение стены. 9. Как показано на Рисунке 7-19, обе движущие силы [PAE (k), kWs, kWw] и силы сопротивления [Sr (k) и PPE (k)] являются функцией сейсмического коэффициента, определение ky для ограничения равновесия (способность к спросу = коэффициент безопасности = 1.0) требует интерактивной процедуры с использованием следующие шаги: 10. Определите значения PAE как функцию сейсмического сопротивления. эффективный k (

Из примеров дизайна и признавая, что статические конструкции имеют по своей сути высокие коэффициенты безопасности, рекомендация удалите шаг 7 и замените его простым предложением, чтобы уменьшить сейсмический коэффициент из шага 6 с коэффициентом 50 (как в существующие спецификации AASHTO) кажутся реалистичными. Это особенно актуально, поскольку новая функция перемещения Это дает значения значительно меньше, чем нынешний AASHTO Спецификации. 7.8 Стены MSE — рекомендуемые Методы проектирования Текущие спецификации AASHTO для стен MSE в основном основаны на методах псевдостатической устойчивости с использованием M-O Уравнение сейсмоактивного давления грунта.В этом подходе dy- К статическому составу добавляются составляющие динамического давления грунта. инструменты для оценки внешней устойчивости скольжения или для определения усиленная длина для предотвращения выхода из строя в случае внутренних стабильность. Ускорения, используемые для анализа, и используемые концепции для распределения растягивающих напряжений в арматурных лентах был вдохновлен численным анализом, проведенным Сегрестиным и Бастик (1988), как описано в Приложении H. (Копия Работа Сегрестина и Бастика была включена в более ранние проекты Отчет по проекту НЧРП 12-70.Однако ограничения авторских прав исключено включение копии этого документа в настоящий Заключительный отчет.) 7.8.1 Текущая методология проектирования За последние 15 лет с момента принятия AASHTO de- знаковый подход, многочисленные публикации по сейсмическому проектированию методологии для стен MSE появились в литературе. Публикации описывают псевдостатическое, предельное равновесие методы, численные методы с использованием динамического анализа и результаты модельных испытаний с использованием центрифуг и встряхиваемых столов. А исчерпывающее изложение большей части этой литературы было опубликовано Автор: Bathurst et al.(2002). Это видно из обзора этого литература, которая согласна с новым надежным подходом к проектированию, возможность пересмотра проектных спецификаций еще не появилась из-за сложность проблемы и текущие потребности в исследованиях. За последние несколько лет наблюдения за геосинтетическими откосы и стены во время землетрясений показали, что эти типы конструкций хорошо работают во время сейсмических событий. В конструкции испытали небольшие постоянные деформации такие как выпуклость лица и трещины за конструкцией, но обвала не произошло.Сводка сейсмических полевых работ. форма показана в Таблице 7-1. Присущая пластичность и • гибкость таких структур в сочетании с консерватизмом. статических процедур проектирования часто упоминается как причина удовлетворительного заводская производительность. Тем не менее, как отмечает Bathurst et al. (2002) обратите внимание, инструменты сейсмического проектирования необходимы для оптимизации конструкции этих структур в сейсмических средах. В следующих разделах текущий дизайн AASHTO описаны методы внешней и внутренней устойчивости, рекомендации по модификации, включая краткие Некоторые из нерешенных вопросов дизайна.7.8.2 Стены MSE — метод проектирования для внешней устойчивости Текущий метод расчета AASHTO для внешних сейсмических стабильность описана в Статье 11.10.7.1 в Разделе 11 Технические характеристики показаны на рис. 7-21. Метод оценивает скользящую устойчивость стены MSE при комбинированных статические и землетрясения. Для инерционной нагрузки на стену и M-O активные оценки давления грунта, метод AASHTO принимает рекомендации Сегрестина и Бастика (1988), где максимальное ускорение определяется: где A — пиковый коэффициент ускорения грунта.Однако, как описано в Приложении H, приведенное выше уравнение является консервативным для большинства условий площадки, а высота стен — зависимый средний сейсмический коэффициент, показанный на Рисунке 7-16 в разделе 7.5 рекомендуется как для гравитационной стены, так и для стены MSE. дизайн. Уменьшенная ширина основания 0,5H используется для расчета массы удерживающей MSE стенка используется для определения стены инерционного загрузить PIR в методе AASHTO (уравнение 11.10.7.1-3). В очевидное обоснование этого связано с потенциальной разностью фаз. между активным давлением M-O, действующим за стенкой и инерционная нагрузка на стену.Сегрестин и Бастик (1988) рекомендуют отремонтировать 60 процентов массы стены, совместимой с AASHTO, тогда как японская практика заключается в использовании 100 процентов массы. Исследование данных испытаний на центрифуге не показывает признаков фазы разница. Чтобы соответствовать предыдущему обсуждению не- гравитационные консольные стены, эффекты высоты и предельное равновесие методов анализа следует использовать общую массу стены, чтобы вычислить инерционную нагрузку. Спецификации конструкции моста AASHTO LRFD для MSE стены отделяют сейсмическую динамическую составляющую силы за стеной вместо использования общей активной силы PAE как обсуждается в разделе 7.4. Если принять коэффициент нагрузки 1,0, A A Am = ∠’() 1 45. () 7-4 84 Рисунок 7-20. Шаги процедуры проектирования.

следующее уравнение (Уравнение 11.10.7.1-2) используется для определения сейсмодинамическая составляющая активной силы: где γs = удельный вес почвы; и H = высота стены. Использование символа PAE сбивает с толку, так как сейсмическая динамика динамическое приращение обычно определяется как ”PAE. Тогда как это не сразу видно, как это уравнение было получено, оно P A HAE m s = 0 375 2.() γ 7-5 предполагается, что использовалось приближение для КАЭ предложено Сидом и Уитменом (1970), а именно: где KA = статический коэффициент активного давления; и KAE = общий коэффициент землетрясения. Следовательно, используя терминологию AASHTO, ”PAE = (0,75 Am) — 0,5 ³sh3 = 0,375Ам ³с ч3 K K kAE A h = + 0 75. () 7-6 85 1 «Армированная земля», 1990, 1991, 1994; 2 Коллин и др., 1992; 3 Элиаху и Ватт, 1991; 4 Стюарт и др., 1994; 5 Сандри, 1994; 6 Ситар, 1995; 7 Тацуока и др., 1996; 8 Ling et al., 1997; 9 Ling et al., 1989; 10 Ling et al., 2001 Таблица 7-1. Сводка сейсмических полевых характеристик армированных грунтовых конструкций (Нова-Рессиг, 1999).

Обратите внимание, что Сид и Уитмен (1970) упростили proach был разработан для использования в условиях ровной местности. Если бы упрощение Сида и Уитмена действительно использовалось для разработать уравнение (7-6), тогда в принципе целесообразно ел только на ровной поверхности и может недооценивать сопоставлять сейсмические давления грунта, если уклон находится выше подпорная стена.Для внешней устойчивости только 50 процентов последней силы приращение добавляется к статической активной силе, снова отражая либо разность фаз из-за инерционных нагрузок на стену, либо отражения снижение на 50 процентов за счет возможности деформации как рекомендуется для консольных стен. Вместо вышеизложенного Рекомендуемый подход для стен MSE — это процедура проектирования аналогично тому, как это делается для гравитационных и полугравитационных стен (раздел 7.6), где полная активная сила землетрясения используется для скользящей ста- оценки способности.Также отмечается, что AASHTO LRFD Bridge Design Spec- Диагностика предполагает проведение детальной боковой деформации анализ с использованием метода Ньюмарка или численного моделирования если ускорение по земле превышает 0,29g. Однако, как не- ругается за гравитационные и полутяжелые стены из-за высокие коэффициенты безопасности, используемые для расчета статической нагрузки, в большинстве случаев сейсмические коэффициенты доходности, вероятно, будут достаточно высокими, чтобы минимизировать Изобразите возможные смещения скользящего блока. 86 Рисунок 7-21. Сейсмическая внешняя устойчивость стены МСЭ (ААШТО, 2007).

7.8.3 Стены MSE — метод проектирования для внутренней устойчивости Текущий метод проектирования AASHTO для внутренних сейсмических стабильность описана в Статье 11.10.7.2 Раздела 11 Спецификации AASHTO и показаны на Рисунке 7-22. Метод предполагает, что внутренние силы инерции генерируют При этом дополнительные растягивающие нагрузки в арматуре действуют на зона активного давления считается одинаковой для статического чехол для загрузки. Билинейная зона определяется для нерастяжимых пере- такие элементы, как металлические полосы и линейная зона для раздвижные полоски.Хотя это можно было разумно ожидать что эти активные зоны будут выходить наружу для сейсмических случаях, как для анализов M-O, численного и центрифужного мод- els указывают на то, что усиление ограничивает такие внешние движения и только относительно небольшие изменения в местоположении видимы. Внутренняя сила инерции в методе AASHTO рассчитывается как рассчитывается с использованием ускорения Am, определенного в разделе 7.8.2 для случай внешней устойчивости. Как обсуждалось ранее, ак- Уравнение ускорения, используемое для оценки внешней устойчивости: слишком консервативен для большинства условий сайта, и использование Концепция среднего сейсмического коэффициента, зависящего от высоты стен обсуждается в разделе 7.5 рекомендуется. В методе AASHTO полная инерционная сила распределяется к подкреплениям пропорционально их эффективному сопротивлению длины Lei, как показано на рисунке 7-22. Этот подход следует Конечное моделирование элементов, проведенное Сегрестином и Бастиком. (1988), и приводит к более высоким растягивающим усилиям при более низком армировании. мент слоев. Это противоположная тенденция к возрастающей сейсмике. нагрузка, используемая AASHTO для оценки внешней устойчивости на основе уравнения M-O. В случае внутренней устойчивости оценка, Vrymoed (1989) использовал подход области притока который принимает на себя инерционную нагрузку на каждую арматуру слой увеличивается линейно с высотой над носком стены для равномерных слоев арматуры.Аналогичный подход был использован Ling et al. (1997) в анализе предельного равновесия. Эта концепция предполагает, что большая длина арматуры может понадобиться наверху стен с увеличением ускорения. уровней, и подход AASHTO может быть необслуживаемым. активный. Ввиду этой неопределенности в распределении широко обсуждаемый в литературе, предлагаемый компромисс для равномерного распределения силы инерции внутри арматуры. мент. По сути, это среднее значение растягивающей нагрузки. 87 Рисунок 7-22.Сейсмическая внутренняя устойчивость стены МСЭ (ААШТО, 2007).

из существующего подхода AASHTO с этим определяется по площади притока полос в инерционном активная зона. Компьютерная программа MSEW (ADAMA, 2005) была разработан и коммерчески доступен для проектирования стен MSE используя текущую спецификацию проектирования мостов AASHTO LRFD — ции. Приложение программы для проектирования представительства стена приведена в Приложении I, где более старые допустимые Расчет напряжений (ASD) сравнивается с LRFD технические характеристики.Небольшой сейсмический коэффициент 0,1 используется для дизайн. Для Конструкция LRFD и сейсмическая нагрузка не влияют на де- подписать. Предлагаемые рекомендации по модификации сейсмических методика расчета (коэффициенты ускорения и растягивающая нагрузка дистрибутив) не может быть непосредственно включен в программу, но изменения в исходный код можно было внести без особых усилий, и влияние изменений на дизайн изучено путем изучения несколько примеров. План работы в главе 4 определил методологию включая применение программ предельного равновесия для ас- оценка внутренней устойчивости стен МСЭ.В частности, ком- компьютерные программы SLIDE и ReSSA (версия 2) собирались для проведения подробных исследований. После выполнения ограниченная оценка обеих программ, следующие проблемы были отмечены относительно их обращения в ААШТО ЛРФД Технические характеристики конструкции моста: 1. Поскольку методологии статического и сейсмического проектирования должны умело быть несколько последовательным, принятие таких программ для сейсмического проектирования означает, что подобный подход должен использоваться для статического дизайна. Это потребует серьезного пересмотра применение методологии статического проектирования LRFD AASHTO.2. Принимая во внимание использование ReSSA (версия 2) для статического анализа успешно сравнили с анализами FLAC Лещинский и Хан (2004), аналогичные сравнения имеют не выявлено проблем сейсмической нагрузки. Такие сравнения обеспечили бы большую уверенность в использовании программа предельного равновесия для моделирования механики загрузка. В частности, основной проблемой является распространение сейсмических боковых сил к арматурным полосам от предела равновесный анализ. Было бы полезно, если бы в будущем цен- трифуг-тесты, например, полоски могут быть измерять нагрузки при сейсмической нагрузке.Ввиду этих опасений принятие предельного равновесия анализ в настоящее время не рекомендуется для внутренней статистики MSE. анализ способности, хотя будущие исследования их потенциала применение гарантировано. Подходы к расчету деформации не определены для меж- Окончательная стабильность в Спецификациях AASHTO. Такие методы сложны, так как они связаны со скользящей текучестью армирующих полос или возможное растяжение в случае геосинтетических сеток или геотекстиля. Методы варьируются от более сложного компьютерного анализа FLAC- относится к упрощенным методам, основанным на предельном равновесии и Анализ скользящих блоков Newmark.Bathurst et al. (2002) сумма- сочетает в себе ряд из этих методов. Подходы, основанные на методы предельного равновесия и скользящего блока Ньюмарка: также описано, например, Ling et al. (1997) и Полсен и Крамер (2004). Сравнения сделаны в двух последних бумаги с результатами испытаний центрифуги и встряхивающего стола, с некоторая степень успеха. Однако явное приложение этих основанных на характеристиках методов в AASHTO LRFD Технические требования к конструкции моста в настоящее время преждевременны. 7.9 Другие типы стен В рамках этого проекта были рассмотрены три других типа стен: (1) невесомые консольные стены, (2) анкерные стены и (3) грунт ногтевые стенки.Обработка этих стен менее детализирована. чем описано выше для полугравитационных стен и стен MSE. Часть этого уменьшенного усилия связано с общей характеристикой — тики негравитационных консольных, анкерных и грунтовых стенок гвоздей к стенам, которые были оценены. Следующие подразделы кратко изложите рекомендуемый подход к этим типы стен. 7.9.1 Невесомые консольные стены Эти стены включают стены из шпунтовых свай, солдатских свай и утеплителей. стены (без анкеров) и секущие / касательные свайные стены.Каждый из эти стены похожи в том смысле, что они создают свое сопротивление. к нагрузке от несущей способности стены, расположенной ниже поверхности земли. Высота этих стен обычно колеблются от нескольких футов до 20-30 футов. За этим высоты, обычно необходимо использовать анкеры для дополнения жесткость стеновой системы. Глубина стены ниже глубины выемки обычно в 1,5 — 2 раза больше высоты открытой поверхности стены. 7.9.1.1 Соображения по сейсмическому проектированию Традиционный подход к сейсмическому расчету этих стен — использовать уравнения M-O.Статья C11.8.6. Спецификации конструкции моста AASHTO LRFD указывают, что должен использоваться сейсмический коэффициент kh = 0,5A, и эта стена инерционными силами можно пренебречь. В этом контексте A — пик ускорение грунта для площадки на основе опасности AASHTO- карта и классификация сайта. Использование коэффициента 0,5 означает, что стена может двигаться, хотя это не исключение. открыто сказано. Как обсуждалось в предыдущих разделах, исходный развитие фактора 0,5 предполагало, что стена может переместите 10A (в дюймах), что может составлять несколько дюймов и более и что часто было бы неприемлемым условием для этого класс стен.88

Большинство негравичных консольных стен являются гибкими и поэтому поскольку обычный подход к статическому проектированию предполагает, что развиваются условия активного давления грунта. Количество движения также будет достаточно, чтобы оправдать использование M-O уравнение для оценки сейсмоактивного давления грунта. Как- когда-либо, а не коэффициент 0,5, который в настоящее время приводится в AASHTO В технических условиях предполагается, что рассеяние волн торренты, описанные в разделе 7.5 этой главы.За типичные негравитационные консольные стены, высота которых составляет 25 футов или меньше, это означает, что коэффициент будет в диапазоне от 0,8. до 0,9, а не 0,5. Решение, использовать ли данный коэффициент 0,5 в AASHTO будет зависеть от количества постоянного переезда- невесомая консольная стенка, допустимая в течение проектное сейсмическое событие. Если проектировщик конструкций рассматривает проект и соглашается, что средние постоянные движения стен от 1 до 2 дюймов на уровне выемки допустимы, сейс- микрофонный коэффициент, использованный при расчете (после уменьшения для рассеяния эффекты) можно дополнительно уменьшить до 0 раз.5. Допустимость коэффициента 0,5 основана на нескольких соображения: • Допустимые напряжения в стене не превышаются во время землетрясение и после землетрясения, так как есть вероятно, будет постоянное перемещение стены не менее чем на 1-2 дюйма мент на уровне раскопок. • Погодные условия на участке позволяют внешнее движение для развития. Если тротуары, тротуары, или защитные барьеры предотвращают движение наружу от 1 до 2 дюйма, то уменьшение 0,5 вроде бы не было подходящее.• Эстетика стены после постоянного движения сохраняется. приемлемо. Часто с ходом будет какое-то вращение — на линии выемки грунта, в результате чего стена наклоняется. наружу. Эта стена может быть конструктивно приемлемой, но это может вызвать вопросы, не опрокидывается ли упаковка. • Движение на уровне выемки или наверху стены, который, вероятно, будет составлять не менее 1-2 дюймов из-за ротации, не повредить инженерные сети или другую инфраструктуру расположен выше или ниже стены.Еще одно важное соображение — это характеристики поддерживаемая почва. Невесомые консольные стены обычно строится нисходящим методом, где установлена ​​система несущих конструкций (то есть шпунт или солдатская куча), а затем выкапывается земля перед структурные элементы. Во многих случаях естественная почва позади стена будет иметь связное содержимое. Как обсуждалось в Раздел 7.3, активное давление грунта можно значительно изменить. д., если почва имеет связный компонент.Если исследования сайта может подтвердить, что этот связный компонент существует, тогда он делает ощущение, что метод проектирования учитывает этот эффект. Одно важное отличие стен этого класса от гравитационные стены и стены MSE — это то, что емкость стены зависит от пассивного давления на поверхности конструкции блок: либо шпунт, либо солдатик. Для статической нагрузки, пассивное давление обычно оценивается по графикам, как показано в статье 3.11.5.4 Спецификации проектирования мостов AASHTO LRFD фикции.Для солдатских свай эффективная ширина несущей элемент ниже основания стены принимается от 1 до 3 диаметра сваи с учетом клиновидной формы грунта реакция. Верхние несколько футов почвы также обычно не- выбран для расчета статического пассивного давления грунта. Это сделано для учета будущих временных раскопок, которые могут происходят. Ввиду низкой вероятности проведения раскопок- кольца во время расчетного землетрясения, этот подход может для случаев сейсмической нагрузки можно пренебречь.При сейсмической нагрузке снижение сейсмических пассивных возникает давление. Это сокращение можно оценить с помощью M-O уравнение для пассивных давлений (Уравнение A11.1.1.1-4). Как- однако, как отмечалось ранее в этой главе, уравнение M-O для пассивное давление грунта основано на зернистом грунте и кулоновском теория отказа. Различные исследования показали, что кулон теория может быть консервативной в определенных ситуациях. М-О уравнение также не включает вклады каких-либо когерентных содержание сива в почву.Подобно предыдущему обсуждению для активные давления, эффекты сцепления на пассивной земле давление оказалось значительным. В качестве альтернативы пассивному уравнению давления M-O сейсмическое пассивное давление грунта можно оценить с помощью диаграмм. на рисунках с 7-23 по 25. Эти диаграммы показывают взаимосвязь между KPE и kh как функция нормализованного сцепления почвы сион. Графики были разработаны с использованием процедур логарифмической спирали, следуя методологии, опубликованной Shamsabadi et al.(2007). Межфазное трение для этих диаграмм составляет 0,67 Ï †. Proce- dures, описанные Shamsabadi et al. можно использовать для оценки сейсмический пассивный коэффициент для других условий интерфейса. Для мобилизации прохода требуется значительная деформация. рабочее давление и, следовательно, для статического расчета коэффициент пассивного давления часто снижается на некоторую величину контролировать деформации. Для статической нагрузки уменьшение составляет обычно от 1,5 до 2. При отсутствии конкретных исследований, показывающих в противном случае такое же сокращение может быть подходящим для случай сейсмической нагрузки в анализе предельного равновесия, чтобы ограничить деформация негравитационной консоли.Этот подход будет принято, если использовать компьютерную программу SPW 911 или проглотить. В качестве альтернативы можно использовать численный подход, например, в рамках компьютерная программа PY WALL (Ensoft, 2005) может явно учитывать смещение за счет использования p-y пружин. Такие программы, как L-PILE и COM624, также можно использовать для сделать эти анализы, хотя необходимо соответствующее рассмотрение быть отдано развитию кривых p-y. Эти программы не настроены специально для оценки сейсмической реакции 89

Рисунок 7-25.Коэффициент сейсмического пассивного давления грунта на основе процедуры бревенчатой ​​спирали (продолжение) (c сцепление почвы, общий удельный вес почвы, H — высота). но может использоваться для оценки сейсмических характеристик путем введения обеспечение соответствующего давления почвы и последовательных реакций с ожидаемыми во время сейсмического события. Appen- dix K описывает исследование, которое было частью NCHRP 12-70 Проект, демонстрирующий использование общей балки-колонны подход к оценке негравитации консольных подпорных стенок при сейсмической нагрузке.Включено в Приложение К дис- Здесь приведены рекомендации по p- и y-множителям для уменьшения построить кривые p-y для сплошных (шпунтовых) подпорных стен. 7.9.1.2 Методология сейсмического проектирования Предлагается следующий подход к проектированию не- гравитационные консольные стены: 1. Выполните статическое проектирование в соответствии с мостом AASHTO LRFD. Технические характеристики. 2. Определите пиковый коэффициент ускорения грунта (кмакс.). и спектральное ускорение S1 на 1 секунде от 1000-летнего карты, принятые AASHTO (включая соответствующий сайт факторы модификации почвы).3. Определите соответствующий PGV из корреляционного уравнения. между S1 и PGV (см. главу 5). 4. Измените kmax, чтобы учесть влияние высоты стены как де- описано в Разделе 7.6. Включите компонент когезии как 90 Рисунок 7-23. Коэффициент сейсмического пассивного давления грунта на основе процедуры бревенчатой ​​спирали (c сцепление почвы, общий удельный вес почвы, H — высота). Рисунок 7-24. Коэффициент сейсмического пассивного давления грунта на основе процедуры бревенчатой ​​спирали (продолжение) (c сцепление почвы, общий удельный вес почвы, H — высота).

соответствующий. Примените коэффициент 0,5 к полученному сейсмическому со- эффективен, если от 1 до 2 дюймов среднего постоянного движения может быть приняты, и условия таковы, что они будут развиваться. В противном случае используйте kmax без дальнейшего уменьшения. 5. Вычислите давление стенок, используя уравнение M-O для активных давления, графики на рисунках 7-11 и 7-12, или Метод обобщенного предельного равновесия. Оценить давление земли убедитесь в пассивной загрузке, используя графики на Рисунке 7-25 или методология, опубликованная Shamsabadi et al.(2007). Не используйте уравнение M-O для пассивного давления. 6. Оцените структурные требования с помощью подходящего программного обеспечения. пакет или с помощью ручных методов (например, бесплатная поддержка земли). Подтверждение того, что смещения суть помогает развить состояние активного давления. 7. Проверьте общую устойчивость при сейсмической нагрузке, используя предел программа равновесия, такая как SLIDE с сейсмическим коэффициентом Удобно модифицировано для эффектов высоты. Предположим, что критический поверхность проходит под конструктивным элементом.Если емкость- соотношение спроса и предложения (то есть запас прочности) менее 1,0, оцените смещения. Можно использовать обобщенный подход предельного равновесия. там, где этого требуют грунтовые условия, сейсмический коэффициент или геометрия. В этом анализе вклад структурных элементов должны быть включены в оценку стабильности. Программ такие как SLIDE позволяют встраивать структурный элемент за счет использования эквивалентной реакции, где реакция отдельных членов «размазывается», чтобы получить эквивалент двумерное представление.7.9.2 Анкерные стены Следующий класс стен по сути такой же, как негравитационные. консольные стены; однако якоря используются для обеспечения дополнительных опора к стенам. Обычно анкеры устанавливаются когда высота стены превышает 20 футов, а иногда даже меньше высота, если над стеной или стеной есть крутой откос выдерживает большие нагрузки от конструкции. Высота на якоре стены могут превышать 100 футов. Анкерная стена может использоваться как в разрезе, так и в условиях полного заполнения. • Для всех условий реакция обычно обеспечивается якорь мертвеца.Этот тип стен обычно ограничен в использовании на портовых сооружениях, где используется якорь с одним мертвецом увеличить мощность стены. Пока мертвец может быть используется для строительства автомагистралей, в частности для ретро-зданий, другие типы стен, такие как MSE или полугравитационный консольный стены, как правило, более рентабельны для новых стен. • В местах срезанного откоса стена использует один или несколько залитых раствором якоря для развития дополнительной мощности. Якоря обычно используются союзник установлен на расстоянии примерно 10 футов по вертикали; горизонтальный интервал солдатских свай часто составляет от 8 до 10 футов.Спецификации конструкции моста AASHTO LRFD содержат ciï ¬ c указание минимальной длины анкеров в Рисунок 11.9.1-1. Одним из ключевых факторов для анкерной стены является то, что каждая анкер испытывается нагрузкой в ​​процессе строительства. В испытание под нагрузкой используется для подтверждения того, что анкер выдержит длительное срок нагрузки требований. Тестирование обычно включает в себя выдерживая от 1,5 до 2-х кратную расчетную (рабочую) нагрузку и контроль ползучести анкера. Существуют четко определенные критерии для определения допустимости анкера при испытании или тестирование производительности.7.9.2.1 Соображения по сейсмическому проектированию Спецификации конструкции моста AASHTO LRFD обеспечивают ограниченное руководство по сейсмическому расчету анкерных стен. В статье 11.9.6 указывается, что «положения статьи 11.8.6. должны применяться ». Указанная статья посвящена негравитации. консольные стены, и в основном утверждает, что уравнения M-O следует использовать с сейсмическим коэффициентом kh = 0,5 А. Также были рекомендованы различные другие методы для сейсмостойкость анкерных стен: • Отчет FHWA Geotechnical Earthquake Engineering (FHWA, 1998a) представляет подход для закрепления стен с одним мертвецом.Этот метод предлагает использовать Уравнения M-O для оценки сейсмических активных и пассивных давления. Метод расчета рекомендует, чтобы анкеры располагаться за потенциальной активной поверхностью разрушения. Этот Поверхность разрушения ï меньше, чем та, которая используется для статической стабилизации. анализ деятельности. • Более свежий документ FHWA Ground Anchors and Anchored Systems (FHWA, 1999) обеспечивает обсуждение внутренняя устойчивость с использованием псевдостатической теории и внешней стабильность. Опять же, подход заключается в использовании уравнений M-O.В документе отмечается, что, использование сейсмического коэффициента от половины до двух трети пикового горизонтального ускорения грунта, деленное на гравитация, казалось бы, обеспечивает дизайн стены, который ограничит деформации при расчетном землетрясении до малых значений приемлемо для highwa

1. Питательные вещества почвы и растений

Эта глава учит людей:

1. Определите физические свойства почвы и опишите, как они влияют на пригодность почвы для выращивания растений.
2. Опишите органическое вещество и то, как его можно использовать для улучшения почвы.
3. Объясните, как собрать образец почвы и как использовать отчет об испытании почвы.
4. Для каждого из шести макроэлементов опишите симптомы дефицита или избытка.
5. Определите стратегии по снижению воздействия удобрений на качество воды.
6. Опишите разнообразие жителей почвы, их преимущества и стратегии по укреплению их здоровья.

Почва — это живая, дышащая, естественная сущность, состоящая из твердых тел, жидкостей и газов.Почва выполняет пять основных функций:

1. Обеспечивает среду обитания для организмов
2. Перерабатывает отходы
3. Фильтры для воды
4. Служит инженерным материалом
5. Обеспечивает среду для роста растений ¹

Наше внимание будет сосредоточено на пятой функции. В этой роли почва обеспечивает структурную стабильность для растений, удерживает и отводит воду и питательные вещества, необходимые для роста растений.

Идеальная почва для роста растений содержит 50% пор и 50% твердых веществ, при этом поровое пространство заполнено равными частями воздуха и воды.Такое распределение происходит редко, потому что поровое пространство зависит от текстуры почвы и управления почвой. Например, обработка почвы увеличивает поровое пространство, а плохой дренаж и уплотнение уменьшают его.

Твердые вещества почвы представляют собой смесь минеральных материалов и органических веществ . Минеральные материалы обычно представляют собой выветрившуюся породу разного размера, называемую песком, илом и глиной. Органическое вещество состоит из разлагающихся остатков растений и микробов. Относительные количества порового пространства, минерального и органического вещества сильно различаются в зависимости от типа почвы.Но для роста растений большинство почвоведов согласны с тем, что 50% порового пространства, 45% минеральных веществ и 5% органических веществ составляют идеальное соотношение (рис. 1–1a). Распределение грунта и порового пространства в уплотненном и плохо дренированном грунте показано на рис. 1–1b и 1–1c.

Даже небольшое количество органического вещества может сильно повлиять на физические, химические и биологические свойства почвы.

¹ Brady, N.C. и R.R. Weil. 2004. Элементы природы и свойств почв, 2-е издание.Атланта, Джорджия: Prentice Hall
.

Рис. 1–1a. Распределение твердых частиц и порового пространства в идеальной почве.

Рисунок 1–1b.Распределение твердых частиц и порового пространства в уплотненном грунте.

Рисунок 1–1c. Распределение твердых частиц и порового пространства в плохо дренированной почве.

Большинство естественных, нетронутых почв состоит из трех отдельных слоев переменной толщины.Слои — это верхний слой почвы, подпочва и материнский материал . Каждый слой может иметь два или более подслоя, называемых горизонтами . В совокупности горизонты составляют почвенный профиль. Преобладающий исходный материал зависит от региона Северной Каролины. В предгорьях и горах Северной Каролины материнский материал обычно представляет собой выветренную коренную породу, известную как сапролит. В днищах рек и на террасах ручьев предгорий и гор Северной Каролины материнскими материалами являются пойменные отложения, доставленные из верховьев рек, где произошла эрозия.На прибрежной равнине Северной Каролины материнскими веществами являются морские отложения, отложившиеся в течение эонов по мере того, как океаны проходят естественные циклы наступления и отступления. На самой восточной прибрежной равнине Северной Каролины преобладающим материнским материалом является органическое вещество. Эти органические почвы обычно встречаются в районах, которые всего 50 000 лет назад находились ниже уровня моря. Это болота, где растут и процветают растения. Но эти участки слишком влажные, чтобы остатки растений (листья, ветви, корни, стволы и т. Д.) Могли эффективно разложиться.

Свойства почвы зависят от глубины почвы. Поверхность почвы или верхний слой почвы (горизонты O и A на рис. 1-2) обычно содержит меньше глины, но больше органического вещества и воздуха, чем нижние слои почвы. Верхний слой почвы обычно более плодороден, чем другие слои, и имеет наибольшую концентрацию корней растений.

Подземный слой (горизонты B и C на Рисунке 1-2), известный как подпочва, обычно имеет более высокое содержание глины и более низкое содержание органических веществ, чем верхний слой почвы.

Свойства почвы часто ограничивают глубину проникновения корней растений.Например, корни не прорастут через непроницаемый слой. Этот слой может быть скальной породой (рис. 1–3), уплотненной почвой или химическим барьером, например кислым (очень низким) pH . Высокий уровень грунтовых вод также может ограничить рост корней из-за плохой аэрации почвы. Немногие большие деревья растут на мелкой почве, потому что большие деревья не могут развить достаточно сильную корневую систему, чтобы предотвратить их опрокидывание. Мелкие почвы также более подвержены засухе, потому что они содержат меньше воды и, следовательно, высыхают быстрее, чем более глубокие почвы.Вода, теряемая в результате стока на мелководных почвах, вместо этого будет поглощена более глубокими почвами. Кроме того, глубокая почва позволяет корням исследовать больший объем, что означает, что корни могут удерживать больше воды и питательных веществ для растений.

Почвы меняются в трех измерениях. Первое измерение идет сверху вниз по профилю почвы. Два других измерения — с севера на юг и с востока на запад. Практическое значение этой трехмерной изменчивости состоит в том, что когда вы перемещаетесь по штату, округу или даже полю, почвы меняются.Это изменение объясняется пятью факторами почвообразования:

1. Основной материал
2. Биологическая активность
3. Климат
4. Топография
5. Время

Различие даже в одном из этих факторов приведет к другому типу почвы. Почвы, формирующиеся из разных материнских материалов, различаются. Почвы, сформированные из одного и того же материнского материала в разных климатических условиях, различаются. Почвы на вершине холма отличаются от почв внизу.Вершина холма теряет материал из-за естественной эрозии; нижняя часть получает материал сверху. Учитывая количество возможных комбинаций этих пяти факторов, неудивительно, что в настоящее время в Северной Каролине нанесено на карту более 450 уникальных серий почв. В мире насчитывается более 20 000 различных серий почв. Ряды почвы на уровне микрорайона можно найти, набрав «Web Soil Survey» в любой поисковой системе в Интернете.

Рисунок 1–2.Почвенные горизонты.

Джон А. Келли, USDA-Служба сохранения природных ресурсов

Джон А.Келли, Служба охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США