Wody w gruncie:
- atmosferyczne – deszcz, para
- powierzchniowe – rzeki,
morza
- podziemne – w gruncie
Strefa
aeracji
-
strefa
trójfazowa: faza stała-grunt, f.
ciekła-woda, f. gazowa-powietrze. W tej strefie występuje woda
wysiękowa (z opadów), kapilarna (z podciągania kapilarnego), para
wodna oraz woda błonkowa (wokół ziaren gruntu)
Strefa saturacji - jest to strefa gruntu, którego pory są cały czas
wypełnione wodą, nie ma powietrza w porach
Sufozja – proces polegający na mechanicznym usuwaniu cząstek
mineralnych z gruntu przez przepływającą wodę podziemną.Pojawia
się przy spadku hydraulicznym. S.wywołana działalnością człowieka
często występuje przy pompowaniu wody.
Konsolidacja - w mechanice gruntów proces zagęszczania gruntu pod
własnym lub zewnętrznym obciążeniem. Konsolidacji ulegają grunty
iłowe. Mechanizm konsolidacji oparty jest na zmniejszaniu się
przestrzeni porowej i dysypacji wody. Proces konsolidacji jest bardzo
powolny.
Kolmatacja – przeciwieństwo sufozji, np. zamulanie z punktu
widzenia inżynierskiego to proces pozytywny, bo uszczelnia podłoże
budowli.
Filtracja. Zdolność gruntu do przepuszczania wody, uwarunkowana
siecią kanalików w porach, czynnik powodujący ruch wody to różnica
ciśnienia (poziomów wody: ΔH = h
1
-h
2
różnica poz. pizometr.).
Spadek hydrauliczny: I = ΔH / l;
l – odległość między dwoma
otworami, droga przepływu).
Prawo Darcyego. Na podstawie
wielu doświadczeń prowadzonych
na różnych rodzajach piasku,
Darcy stwierdził, że prędkość
wody przepływającej przez grunt
zależy od spadku hydraulicznego i wsp.filtr.
- dla gruntów niespoistych: v=Ki
- dla gruntów spoistych: v=k(I-I
0
)
Na podstawie doświadczeń Darcy podał:
Q = k∙I∙F
Q – ilość wody przepływającej [m
3
/s]
k – współczynnik filtracji [m/s]
F – pow. gruntu prostopadła do kier. przepływu [m
2
]
I – [-]
Prędkość filtracji przez przekrój F:
v=Q/F Q/f = k∙I = v
Podział gruntów w zależności od wsp. K:
Grunty
Rodzaje gr.
Wart. k m/s]
Przepuszc
zalne
Żw. drobnoziar.
10
-1
÷10
-3
Piasek
gr.
i
drobnoziar.
10
-3
÷10
-4
P. drobnoziar.
10
-4
÷10
-5
Słabo
przep.
P. pylasty, lessy
10
-5
÷10
-6
Pyły
10
-6
÷10
-8
Nieprzep.
Gliny
10
-8
÷10
-10
Iły
10
-10
÷10
-12
Badanie terenowe filtracji, metoda próbnego pompowania
Wyznaczanie wsp. K
Przyp. 1. Pomiar najdokładniejszy krzywej depresji (studnia + 2 otw.
Obserw.)
2
2
2
2
1
1
ln
(
)
x
Q
k
z
z
x
Przyp. 2. Studnia + 1 otw. obserw.
2
2
2
2
ln
(
)
x
Q
k
z
h
r
Przyp. 3. Najmniej dokładny
2
2
ln
(
)
Q
R
k
H
h
r
5 7 5
R
k H
Wzory teoretyczne filtracji:
1. Krugera (dla piasków średnich):
6
2
1,16 10
[m/ dobe]
n
k
2
1
1
6(1
)
[ c m ]
1 0 0
N
i
i
i
g
n
d
θ-sumaryczna powierzchnia ziaren;
n-porowatość;g
i
-%zaw.frakcji;d
i
-średnica frakcji;N-liczba frakcji
2. Wzór Hazera
2
1 0
[ m / d o b e ]
k
c d
d
10
-średnica miarodajna;
c-wsp. empiryczny, zależy od wskaźnika różnoziarnistości U
(dla U=1 c=1200; U=2÷4 c=800)
60
10
d
U
d
Stateczność skarp i zboczy
Współczynnik F skarpy można wyznaczyć ze stosunku siły granicznej
potrzebnej do wywołania przesuwu bryły gruntu, do aktualnie
działającej siły zsuwającej.
G
s
=G sinβ; N=G cosβ; T=N tgФ = G cosβ tgФ
Dla skarpy z gruntów sypkich (c=0,Ф≠0) i nachyleniu α bez
ograniczenia wysokości
F= T/G
s
= tgФ/tgβ.
- równowaga zbocza w gruntach niespoistych będzie zachowana,
gdy β<θ (kąt nachylenia zbocza < kąt tarcia wewnętrznego).
[gdyby trzeba było wyprowadzić, to z G
s
< T]
Stateczność skarp w gruntach spoistych określić jest bardzo trudno
ze względu na możliwą niejednorodność ośrodku gruntowego,
zmienność cech wytrzymałościowych gruntu w czasie, wpływ wody
gruntowej na warunki stateczności, brak dokładności metod
obliczeniowych.
Ogólnie podczas sprawdzania stateczności skarp w gruntach spoistych
przyjmuje się ze powierzchnie poślizgu w gruntach jednorodnych są
krzywoliniowe, a w niejednorodnych mogą być płaszczyznami
łamanymi. Są 2 podstawowe grupy metod obliczeń stateczności
skarp: na podstawie granicznego stanu naprężeń ośrodka gruntowego i
na podstawie analizy warunków równowagi bryły osuwającej się
wzdłuż powierzchni poślizgu (np. metoda Felleniusa, Kreya czy
Taylora). W metodzie Felleniusa (pasków) uznajemy ze grunt sunie
jako całość.
F- (∑sił utrzymujących)/(∑sił powod. poślizg)
Metoda Felleniusa
Założenia:
- połprzestrzeń sprężysta, płaski stan naprężenia
- siła ciężkości rozkłada się na kierunku stycznym i normalnym do
płaszczyzny poślizgu
- siła tarcia – reakcja na płaszczyźnie poślizgu zgodnie z równaniem
Coulomba:
n
t g
c
Wskaźnik stateczności:
1
0
1
(
c o s
)
(
s i n
)
n
i
i
i
u
i
n
i
i
i
G
t g
l c
M
F
M
G
Naprężenia w gruncie.
1. Osiadanie od siły skupionej
Założenia
- półprzestrzeń sprężysta, jednorodna, izotropowa
- nie uwzględnia się ciężaru gruntu γ = 0
- prostoliniowy rozkład naprężeń
- naprężenia radialne
2
cos
R
Q k
R
Rozkład naprężeń
5
1 / 2
3
3
5
c o s
; c o s
3
2
z
z
z
R
R
Q z
R
Osiadanie:
0
0
3
2
2
0
1
3
2
z
z
z
z
E
S
d z
d z
E
Q
S
E r
z
d z
r
r
z
2. Osiadanie od fundamentów
3
5
0 0
0 0
3
2
( , , )
B L
z
z
B L
Q z
d xd y
R
B L z
q
d Q d xd y
q – obciążenie fundamentem
Stan naprężenia/odkształcenia
Naprężenia średnie (hydrostatyczne):
1
1
1
(
)
3
3
x
y
z
p
I
Naprężenia dewiatorowe:
2
2
2
1
2
2
3
1
3
2
1
(
)
(
)
(
)
2
3
q
I
Dewiator naprężenia
x
xy
xz
y
yz
z
p
p
p
Kąt Lodego:
3
3
2 7
1
arcs i n
3
2
6
6
I
q
Odkształcenia objętościowe
v
x
y
z
Odkształcenia dewiatorowe (intensywność):
2
2
2
1
2
2
3
1
3
2
2
(
)
(
)
(
)
9
4
3
q
D
I
Kąt Lodego:
3
2
3
4
a r c s i n
3
D
I
q
Niezmienniki naprężeń:
1
2
2
1
2
1
1
(
)
(
)
2
2
(
)
4
(
)
x
y
x
y
xy
p
q
Niezmienniki odkształceń:
1
2
2
2
1
2
1
(
)
(
)
2
v
x
y
q
x
y
xy
Modele plastyczności, wzmocnienia plastyczności:
1. Powierzchnia plastyczności:
( )
0
F
Funkcja skalarna, liczona na podstawie stanu naprężeń
(
,
,
,
,
,
)
x
y
z
xy
yz
xz
2. Równanie plastycznego płynięcia:
G(σ)-funkcja skalarna, stanu naprężenia, która opisuje zachowanie się
gruntu po przekroczeniu granicy plastyczności (są 2 przypadki):
a) stowarzyszone prawo płynięcia
Jednakowy kształt powierzchni dla F iG, ta sama funkcja
b) nie stowarzyszone prawo płynięcia
Przypadek b) zachodzi w gruncie, wtedy występuje niesymetryczna
macierz sztywności
3.Wzmocnienie plastyczne
a) wzmocnienie izotropowe
, k-liczba, wzmocnienie
Radialnie rozszerza się
b) wzmocnienie kinematyczne
( , )
F
- wektor przesunięcia powierzchni plastyczności
c) wzmocnienie izotropowo – kinematyczne
( , , )
F
k
( )
( )
G
F
( )
( )
G
F
( , )
F
k