Politechnika Koszalińska

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska

Zakład Geotechniki

Kierunek: Budownictwo

Ćwiczenie nr 11.

Wyznaczanie wytrzymałości gruntu na ścinanie w aparacie trójosiowym.

Prowadzący: Wykonali:

dr inż. Krzysztof Gajewski Ernest Kłosowski

Artur Malik

Daniel Marciniak

gr. 3.1.2

Oznaczenie spójności i kąta tarcia wewnętrznego przeprowadza się przez osiowe ściskanie cylindrycznych próbek aż do osiągnięcia stanu granicznego, lub umownego stanu granicznego, przy stałej wartości ciśnienia bocznego w komorze mieszczącej próbkę i stałej prędkości odkształceń.

Naprężenia σ ₁ i σ ₃ są naprężeniami głównymi; próbka ścina się pod kątem α do poziomu, wartość naprężenia normalnego σ i stycznego τ wyznacza się za pomocą kół Mohra. Otrzymane koło Mohra jest kołem granicznym, a uzyskane naprężenie styczne τ jest dla danego σ _n maksymalnym τ _f .

Koła Mohra zostały wyznaczone na podstawie poniższej tabeli:

K [kG/mm]	D p [cm]	F p [cm^2]	D t [cm]	F t [cm^2]	F n = F p - F t [cm^2]
50,3	3,8	11,341	1,1	1,150	10,191

Ciśnienie w komorze	σ 3	kG/cm^2	1,0	1,25	1,5	1,75	2,0	2,25	2,5	2,75	3,0
		kPa	100	125	150	175	200	225	250	275	300
Odkszt. dynam.	E d	mm	0,63	0,72	1,04	1,09	1,22	1,38	1,54	1,68	1,93
Siła na dynam.	P'= K*E d	kG	31,689	36,216	52,312	54,827	61,366	69,414	77,462	84,504	97,079
Siła osiowa	P = P' + F n*σ 3	kG	41,880	48,955	67,598	72,661	81,748	92,344	102,94	112,53	127,65
Naprężenie Osiowe	σ 1 = P/F p	kG/cm^2	3,693	4,317	5,960	6,407	7,208	8,142	9,077	9,922	11,256
		kPa	369,3	431,7	596	640,7	720,8	814,2	907,7	992,2	1125,6

Dla obliczenia spójności c _u i kąta tarcia wewnętrznego Φ _u wstępnie obliczamy współczynniki a i b wg wzorów:

gdzie:

σ _1i - naprężenia osiowe [kPa]

σ _3i - naprężenia normalne [kPa]

N - liczba ściętych próbek uwzględniona w obliczeniach

Obliczenie średnich odchyleń kwadratowych (s _c i s _Φ).

• dla poszczególnych par wartości σ _1i, σ _3i obliczamy różnice Δ _i oznaczonych i obliczonych wartości wytrzymałości na ścinania wg wzoru:

Δ _i =σ _1i - σ _3i tg Φ _u - c _u

• wartości pomocnicze (s _a) i (s _b) obliczamy wg wzorów:

• średnie odchylenie kąta tarcia wewnętrznego (s _Φ) obliczamy wg wzoru:

• średnie odchylenie kwadratowe spójności obliczamy wg wzoru:

Uwagi i wnioski:

W przeprowadzonym doświadczeniu wyznaczyliśmy spójność (c _u) i kąt tarcia wewnętrznego (Φ _u). Wartość kąta (Φ _u) zależy od wymiaru ziaren i od ich kształtu oraz stopnia zagęszczenia gruntu. Im grubsze są ziarna, tym szersza jest strefa ogarnięta tarciem wewnętrznym ziaren. Im bardziej ostre są krawędzie ziaren, tym większy jest opór ich tarcia przy wzajemnym obrocie, gdyż większy jest opór ich wzajemnego zaklinowania się. Im grunt jest bardziej zagęszczony, tym mniej swobody mają poszczególne ziarna przy obrocie i tym większy jest ich opór przy ścinaniu gruntu.

Natomiast spójność zależy od liczby kontaktujących się cząstek na jednostce powierzchni ścinania i od odległości pomiędzy tymi cząstkami. Spójność zależy tym samym od liczby cząstek w jednostce objętości danego gruntu, a więc od wskaźnika porowatości. Zależność oporu spójności od rodzaju gruntu można ująć następująco: grunty sypkie ziarniste bez cząstek iłowych mają spójność bliską zeru. W miarę wzrostu zawartości cząstek iłowych w gruncie spójność wzrasta, gdyż w jednostce objętości wzrasta liczba cząstek, a więc wzrasta liczba punktów kontaktowych na jednostce powierzchni ścinania.

Podczas ćwiczenia wykonywaliśmy badania w aparacie trójosiowego ścinania. Otrzymane wartości c _u i Φ _u w nieznaczny sposób odbiegają od danych tabelarycznych. Relacje te przedstawiają się następująco:

Rodzaj gruntu	wartości tabelaryczne		wartości otrzymane z wykresu		wartości otrzymane z obliczeń
piasek drobny	Φ u [ ^o] 33^0 ÷ 31^0	c u [kPa] 2 ÷ 1	Φ u [ ^o] 34^0	c s [kPa] 0,1	Φ u [ ^o] 34,864^0	c s [kPa] 0,177

5

---