土壤应力包括那些负责将大量土壤颗粒保持在一起的内部力。原位应力如此呼唤,因为它们代表了在现场存在的土壤中存在的压力,在现场位置。
了解这些压力的幅度和性质对于有助于确定土壤行为和特征是必不可少的,包括:
- 压缩性。
- 基础承载力。
- 斜坡稳定性。
- 保持结构上的横向接地压力。
原位应力分析是广泛认可作为地下开口的工程和建设中的基本参数。它特别重要无聊的那隧道以及其他施工活动,其中失效模式,如沉降,沉降,躲起来, 和洞穴是一种可能性。
什么是原位的压力?
存在于土壤体或岩层内的原位应力主要通过覆盖压力(覆盖材料的重量)和构造力来施加。土壤是一种三相系统,包括固体(土壤颗粒),液体(大多数水)和气体(空气)的组合。
液体和气体阶段占据颗粒之间的空隙以形成土壤质量。这种土壤质量的行为特征主要受到这三个阶段的相互作用。这种三相组合物也产生了土壤体内的复合状态。
原位主应力存在于三种相互正交的应力;这些被称为:
- 垂直应力,也称为覆盖压力(ΣV)。
- 最小水平应力(ΣH)。
- 最大水平应力(ΣH)。
这些主要压力根据地理,地质和构造区域的幅度和取向而变化很大。
这些应力及其相应的菌株,强烈影响土壤和岩层的失效模式。通常进行原位应力测试以获得有关土壤或岩石行为的具体知识,并且通常是任何地质力学研究的起点。从测试获得的信息可用于:
- 预测所考虑的土壤或附近的结构的响应。
- 确定流量地下水。
- 确定进一步应力分析和计算机建模所需的边界条件。
原位应力测量技术
对现场压力的了解对于工程师和承包商来说是必不可少的,以确定高风险领域,以及设计并实施适当的控制措施,以尽量减少失败的可能性。
可以以合理的准确度确定引力和覆盖压力,水平应力测量需要直接,现场测量。
存在许多原位应力测量技术,有助于在给定的网站位置解释相关的应力参数和地质条件。(读进行原位应力测量:液压压裂与超导方法。)
水力压裂
自20世纪60年代初以来,液压压裂程序已在使用目前是确定原位应力的最常用方法之一。这种技术在石油和天然气工业中特别普遍。传统的液压压裂涉及使用将流体注入A的液压压力钻孔估计原位应力值。
液压压裂通过首先在位点位置钻孔钻孔来进行,并使用跨封装器隔离钻孔的一部分。利用钻孔的顶部和底段密封,将流体缓慢喷射到隔离部分中,在钻孔的侧壁上施加静压压力。
压力增加到施加的拉应力超过抗拉强度周围的土壤或岩石,导致骨折沿垂直于阻力的平面的相反方向发生,即最小主应力方向。
测量和记录该击穿发生的压力。
在垂直骨折的起始和传播之后,还记录了保持裂缝所需的压力,也称为闭合压力。击穿压力(PB)和闭合压力(PS)用作各种配方中的输入,以分别获得主要和较小的主应力。
过度运输
这种原位分析方法基于观察钻孔壁的响应,该孔引起的孔的过度孔。通常,一旦过度运算开始,使用适当的测量装置测量和记录隔离钻孔部分的应变或变形。
通过首先将钻孔钻到所需的测量深度来执行超挖。一种飞行员洞然后从钻孔的底部中心产生显着小于钻孔的直径。
在完成钻孔操作后,将检索设备以及芯岩和土壤样品,以进行进一步的实验室应力测试。(读了解现场调查的主要实验室检测方法。)
接下来,将应变计插入导孔中,并且通过先导孔的长度在钻孔的直径处开始过挖。收集由随后的应力浮雕产生的径向位移,并用于计算主应力的计算。
平插千斤顶测试
平插千斤顶试验是一种相对简单且廉价的方法,用于确定土壤质量中原位应力的大小。在该方法期间,在开挖或钻孔的固定距离(d)中插入两个销。然后将窄槽切割成销之间的土壤或岩石,使得引脚由于压缩的正常应力而在一起更靠近。
然后将平板插入槽中并加压以在外边缘开槽孔上施加应力;因此,导致引脚再次向外移动。千斤顶施加这种连续压力,直到销钉之间的距离达到槽之前达到原始的'D'值。
假设将引脚返回到其默认位置所需的力与预先存在的正常压力相同。
我们学到了什么
原位应力是提供工程师的重要参数,了解在给定的网站位置的未受干扰的土壤和岩石的状况和性质。
这些压力的测定允许有效监测现有的地面条件,并有助于促进至关重要的建设和工程设计决策。
每个原位应力测量技术都有自己的福利和局限性;因此,对于确保输出结果的准确性和有效性来了解每个方法的适用性是必不可少的。