Paweł Piegza Kraków 08.10.2008
Dariusz Pasciak
TEMAT: OZNACZANIE KĄTA TARCIA WEWNETRZNEGO I SPÓJNOŚCI SKAŁ W PRÓBIE TRÓJOSIOWEGO ŚCISKANIA.
1. Cel ćwiczenia:
Celem naszego ćwiczenia było oznaczenie na próbce skały o spoistej o względnie małej wytrzymałości i naturalnej wilgotności kąta tarcia wewnętrznego i spójności skał w próbie trójosiowego ściskania
2. Pojęcia
Kąt tarcia wewnętrznego szkieletu ziarnowego oznaczany symbolem φ jest jednym z parametrów wytrzymałości na ścinanie skał i gruntów (pokrewnym parametrem jest spoistość). Kąt tarcia wewnętrznego zależy od składu mineralnego, stopnia obtoczenia i wysortowania cząsteczek a także ich wzajemnego ułożenia, czyli stopnia zagęszczenia.Wartość tan(φ) jest proporcjonalna do siły normalnej działającej na płaszczyznę, jednak jest ona niezależna od powierzchni. Uważa się, że kąt tarcia wewnętrznego jest wynikiem oddziaływania pomiędzy cząsteczkami gruntu. Czasami określany jest on jako kąt naturalnego zsypu i oznacza kąt, jaki tworzy stok suchego gruntu niespoistego (np. piasku), który gdy zostaje przekroczony, ziarna tracą równowagę i zaczynają się osuwać w dół stoku.
Kohezja - ogólna nazwa zjawiska stawiania oporu przez ciała fizyczne, poddawane rozdzielaniu na części. Jej miarą jest praca potrzebna do rozdzielenia określonego ciała na części, podzielona przez powierzchnię powstałą na skutek tego rozdzielenia.
Dla skał spoistych oraz sypkich zawilgoconych zależność miedzy wytrzymałością na ścinanie, tarciem wewnętrznym i spójnością określa równanie Coulomba:
τ=σntgφ+c
gdzie: τ - naprężenie ścinające w płaszczyźnie ścinania Pa
σn - naprężanie normalne do tej płaszczyzny, Pa
gφ - współczynnik tarcia wewnętrznego
φ - kąt tarcia wewnetrzenego
c - spójnośc, Pa
Wartość siły poziomej obliczamy ze wzoru:
T = k*Δx
Gdzie: T - siła pozioma ścinająca, N
K - stała dynamometru, k = 4,8757 N/0,01mm
Δx - wskazania czujnika, mm
3. Aparatura:
1 - komora
2 - próbka
3 - wodoszczelna powłoka
4 - zbiornik
5 - butla
6 - monometr
7 - śruba dociskowa
8 - silnik
9 - kopuła
10 - dynamometr
11 - wskaźnik dynamometru
12 - cylinder
13 - śruby
14 - pokrętło
15 - dolne wieczko
16 - podstawka cylindra
17 - górne wieczko
18 - tłoczek
19 - zapadka
20 - koło pokrętne
21 - zapadka
22 - kran
23 - przewód odpowietrzający
24 - odpowietrzacz
25 - kran
26 - włącznik/wyłącznik
4. Przebieg ćwiczenia:
Próbkę (2) umieściliśmy w specjalnej gumowej wkładce, która zabezpieczyliśmy dodatkowo gumkami, zapobiegając przedostaniu się wody w komorze (1). Odpowiednio przygotowaną próbkę umieściliśmy w komorze (1), by móc to zrobić uprzednio za pomocą koła pokrętnego (20) i pokrętła (14) podnieśliśmy śrubę dociskowa (7). Zaworem (22) otworzyliśmy zawór z wodą, by ta pod wpływem ciśnienia, wypełniła komorę. Zakręciliśmy zawór odpowietrzający (23) oraz (25), następnie za pomocą manometru ustawiliśmy odpowiednie ciśnienie, każdorazowo dla odpowiedniej próbki. Uruchamiając silnik (8), próba dociskowa (7) powodowała odkształcenie dynamometru (10), co powodowało zmianę wskaźnika dynamometru (11) której wartość rejestrowaliśmy z 30 sekundowymi odstępami. Trójstronne naprężenie panujące w komorze , spowodowane naciskiem tłocznia (18), powodowało ścięcie próbki, a zatem zakończenie doświadczenia, w następstwie czego wyłączyliśmy silnik przyciskiem (26) Po skończonym doświadczeniu, zmniejszyliśmy ciśnienie, a także odkręciliśmy zawory odpowietrzające (23) i (25), by woda w komorze mogła spaść do poziomu nie pozwalającego na rozlanie się wody., następnie rozmontowaliśmy komorę by móc wyciągnąć zniszczoną próbkę, i założyć kolejną. Ćwiczenie to wykonywaliśmy dla 4 próbek tego samego materiału przy 4 różnych naprężeń przy takiej samej kolejności wykonywania ćwiczenia
5. Obliczenia
Rodzaj skały:
|
Skała sypka: piasek |
||||||
Wartość naprężeń głównych б1 i б3 dla próbki numer |
1 |
||||||
Czas pomiaru
min |
Zmiana wysokości próbki
10-2mm |
Wskazanie dynamometru
Δx 10-2mm |
Stała dynamometru
K N/10-2mm |
Siła pionowa
F N |
Powierzchnia próbki
S m2 |
Naprężenie pionowe
б1 Pa |
Naprężenie poziome б3 Pa |
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 |
|
4,5 7 38 74 112 150 190 230 267 309 346 387 427 467 494 |
8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 |
37,3725 58,135 315,59 614,57 930,16 1245,75 1577,95 1919,15 2217,435 2566,245 2873,53 3214,035 3546,235 3878,435 4102,67 |
0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 |
0,33*105 0,51*105 2,78*105 5,42*105 8,20*105 10,99*105 13,92*105 16,85*105 19,56*105 22,64*105 25,35*105 28,35*105 31,29*105 34,22*105 36,19*105 |
0,5*105 0,5*105 0,5*105 0,5*105 0,5*105 0,5*105 0,5*105 0,5*105 0,5*105 0,5*105 0,5*105 0,5*105 0,5*105 0,5*105 0,5*105 |
Rodzaj skały:
|
Skała sypka: piasek |
||||||
Wartość naprężeń głównych б1 i б3 dla próbki numer |
2 |
||||||
Czas pomiaru
min |
Zmiana wysokości próbki
10-2mm |
Wskazanie dynamometru
Δx 10-2mm |
Stała dynamometru
K N/10-2mm |
Siła pionowa
F N |
Powierzchnia próbki
S s2 |
Naprężenie pionowe
б1 Pa |
Naprężenie poziome б3 Pa |
0,5 1,0 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 |
|
15 44 81 120 153 194 234 275 315 355 396 437 478 517 550 |
8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 |
124,575 365,42 672,705 996,6 1270,665 1611,17 1943,37 2283,875 2616,075 2948,275 3288,78 3629,285 3969,79 4293,685 4567,75 |
0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 |
1,10*105 3,22*105 5,93*105 8,79*105 11,21*105 14,21*105 17,14*105 20,15*105 23,08*105 26,01*105 29,01*105 32,02*105 35,02*105 37,88*105 40,30*105
|
1*105 1*105 1*105 1*105 1*105 1*105 1*105 1*105 1*105 1*105 1*105 1*105 1*105 1*105 1*105 |
Rodzaj skały:
|
|
||||||
Wartość naprężeń głównych б1 i б3 dla próbki numer |
3 |
||||||
Czas pomiaru
min |
Zmiana wysokości próbki
10-2mm |
Wskazanie dynamometru
Δx 10-2mm |
Stała dynamometru
K N/10-2mm |
Siła pionowa
F N |
Powierzchnia próbki
S s2 |
Naprężenie pionowe
б1 Pa |
Naprężenie poziome б3 Pa |
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7 7,5 |
|
10 40 75 115 153 194 233 272 313 354 394 432 470 5009 534 |
8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 |
83,05 332,20 622,875 955,075 1270,665 1611,17 1935,065 2258,96 2599,465 2939,17 3272,17 3587,76 3903,35 4227,245 4434,87 |
0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 |
0,73*105 2,93*105 5,49*105 8,43*105 11,21*105 14,21*105 17,07*105 19,93*105 22,93*105 25,94*105 28,87*105 31,65*105 34,44*105 37,29*105 39,13*105 |
1,5*105 1,5*105 1,5*105 1,5*105 1,5*105 1,5*105 1,5*105 1,5*105 1,5*105 1,5*105 1,5*105 1,5*105 1,5*105 1,5*105 1,5*105 |
Rodzaj skały:
|
|
||||||
Wartość naprężeń głównych б1 i б3 dla próbki numer |
4 |
||||||
Czas pomiaru
min |
Zmiana wysokości próbki
10-2mm |
Wskazanie dynamometru
Δx 10-2mm |
Stała dynamometru
K N/10-2mm |
Siła pionowa
F N |
Powierzchnia próbki
S s2 |
Naprężenie pionowe
б1 Pa |
Naprężenie poziome
б3 Pa |
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7 7,5 8 8,5 |
|
8 35 69 105 142 182 223 264 304 342 382 422 460 501 539 576 597 |
8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 8,305 |
66,44 290,675 573,045 872,025 1179,31 1511,51 1852,015 2192,52 2524,72 2840,31 3172,51 3504,71 3820,3 4160,805 4476,395 4783,68 4958,085 |
0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 0,001135 |
0,59*105 2,56*105 5,06*105 7,69*105 10,40*105 13,33*105 16,34*105 19,34*105 22,27*105 25,06*105 27,99*105 30,91*105 33,70*105 36,70*105 39,49*105 42,20*105 43,74*105 |
2*105 2*105 2*105 2*105 2*105 2*105 2*105 2*105 2*105 2*105 2*105 2*105 2*105 2*105 2*105 2*105 2*105
|
Maksymalna wartość naprężeń stycznych w układzie osi współrzędnych p - q |
|||||||
Lp. i |
б1 105Pa |
б3 105Pa |
pi 105Pa |
qi 105Pa |
pi2 |
pi*qi |
|
1 2 3 4 |
36,19*10540,30*105 39,13*10543,74*105 |
0,5*105 1*105 1,5*105 2*105 |
18,34*105 20,65*105 20,31*105 22,87*105 |
17,84*105 19,65*105 18,81*105 20,87*105 |
336,54*1010 426,42*1010 412,67*1010 523,04*1010 |
327,37*1010 405,77*1010 382,23*105 477,30*105 |
|
Σ |
159,36*105 |
5*105 |
Σpi=82,17*105 |
Σqi= 77,17*105 |
Σpi2= 1698,67*1010 |
Σ pi*qi =1592,67*1010 |
|
|
|
|
(Σpi)2= 6751,91*1010 |
||||
tgδ - kąta nachylenia prostej w układzie p - q |
0,69 |
||||||
b - odcinek rzędnej odciętych przez prosta w układzie p - q |
5,06 |
||||||
φ - uśredniony kąt tarcia wewnętrznego dla danego rodzaju skały, |
44o |
||||||
c - uśredniona spójność dla danego rodzaju skały, Pa |
7,04 |
||||||
6. Wnioski
W wyniku trójosiowego ściskania materiał skalny, przy próbie zniszczenia osiągnął uśredniony kąt tarcia 44o.
Odcinek rzędnej odciętych przez prostą w układzie p-q wynosi 5,06*105Pa , zaś uśredniona spójność dla danego rodzaju skał wyniosła 7,04*105 Pa.
Ćwiczenie zostało przeprowadzone na 4 próbkach tego samego materiału i o tej samej średnicy. Z obserwacji możemy wnioskować następującą zależność: podczas wzrostu naprężeń poziomych rosną także naprężenia pionowe.
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Oznaczanie kąta tarcia wewnętrznego i spójności skał w próbie trójosiowego ściskania sprawko
Oznaczenie kąta tarcia wewnętrznego i spójności skał w próbie bezośredniego ścinania(7), 3 semestr,
Oznaczenie kąta tarcia wewnętrznego i spójności w próbie trójosiowego ściskania(10), 3 semestr, labo
MG3.DOC, TEMAT: Oznaczanie kąta tarcia wewnętrznego i spójności gruntu za pomocą aparatu trójosioweg
sem IV MG lab knsp ozn kąta tarcia wewn spójności gruntów w próbie?zpośredniego ścinania
Oznaczanie kąta tarcia wewnętrznego obliczenia alek
Oznaczanie kąta tarcia wewnętrznego obliczenia
MECHANIKA GRUNTOW sprawozdanie -B, 10. WYKONANIE OZNACZENIA SPÓJNOŚCI I KĄTA TARCIA WEWNĘTRZNEGO W A
oznaczenie spojnosci i kata tarcia wewnetrznego w aparacie bezposr dcinania
sem IV MG lab 04-wykr ozn kata tarcia wewn i spojnosci w probie ściskania
sem IV MG lab knsp ozn kata tarcia wewn i spojnosci w probie ściskania
sem IV MG lab 04 obl ozn kata tarcia wewn i spojnosci w probie ściskania poprawa
sem IV MG lab 04 obl ozn kata tarcia wewn i spojnosci w probie ściskania
badanie kąta tarcia wesnętrznego i spójności obie metody
Badanie skał w stanie trójosiowego ściskania
Cwiczenie 03, Spójnośc i kąt tarcia wewnętrznego
Spójność i kąt tarcia wewnętrznego, Semestr III, Geologia Inżynierska, Geologia inż ćwiczenia, Spraw
Cwiczenie 03 Spójnośc i kąt tarcia wewnętrznego
więcej podobnych podstron