Politechnika Wrocławska Wrocław, 04 V 2009

Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego

Instytut Geotechniki i Hydrotechniki

Zakład Geomechaniki i Budownictwa Podziemnego

MECHANIKA GRUNTÓW

OZNACZENIE EDOMETRYCZNEGO MODUŁU ŚCIŚLIWOŚCI ORAZ WSPÓŁCZYNNIKA WODOPRZEPUSZCZALNOŚCI GRUNTU

Sprawdzający: Dr inż. Marek Kawa Michał Nycz (162308)
Krzysztof Piotrowski (162290)

Andrzej Serwicki (162352)

Marta Ważny (162294)

Wtorek N 9:15 - 11:00

Wyznaczenie parametrów wytrzymałości na ścinanie. Parametry wytrzymałości

całkowitej: ϕu, cu oraz parametry wytrzymałości efektywnej ϕ′, c′.

I Część teoretyczna.

Opór tarcia w odniesieniu do jednostki powierzchni ścinania gruntów niespoistych w stanie równowagi granicznej wyraża się wzorem Coulomba:

τ_f = σ_n tg Φ + C

gdzie: τ - naprężenie ścinające, (Pa)

Φ - kąt tarcia wewnętrznego w stopniach

σ_n - naprężenie normalne do płaszczyzny ścinania, (Pa)

C - spójność, (Pa)

Wytrzymałość gruntu na ścinanie jest to maksymalny opór jednostkowy jaki stawia grunt naprężeniom ścinającym w chwili nastąpienia ścięcia. Określenie wytrzymałości gruntu na ścinanie sprowadza się do określenia kąta tarcia wewnętrznego i spójności.

Laboratoryjnie kąt tarcia wewnętrznego i spójności gruntu wyznacza się za pomocą:

1. aparatu bezpośredniego aparatu ścinania (skrzynkowego)

2. aparatu trójosiowego ściskania

Oznaczenie wytrzymałości na ścinanie za pomocą aparatu bezpośredniego ścinania.

Do badania należy używać próbek w stanie najbardziej zbliżonym do stanu w jakim grunt będzie pracował w naturze. Próbki do badań powinny być tak pobrane aby płaszczyzna ścinania była równoległa do powierzchni terenu w miejscu ich zalegania w podłożu.

Ścięcia próbki należy dokonać po osiągnięciu stabilizacji osiadań (po zakończeniu osiadania przy danym stopniu obciążenia). Pomiar osiadania próbki gruntu przeprowadza się do czasu, gdy różnica dwóch ostatnich odczytów czujnika nie przekracza 0,002 mm. Jeżeli potrzeby obliczeń statycznych nie podają innych warunków, to stosujemy dodatkowe obciążenie wynoszące 100, 150, 200, 300 i 400 kPa.

Siłę ścinającą przypadającą na jednostkę powierzchni obliczamy z wielkości odkształcenia pierścienia dynamometru, skali pierścienia dynamometru i pola powierzchni ścięcia stosując wzór

τ_f =

w którym: τ_f - wytrzymałość próbki na ścinanie (Pa)

Q_max - największa wartość siły ścinającej (N); oblicza się ją z iloczynu liczby

działek odczytanych na czujniku dynamometru R i stałej dynamometru C_d

F - pole płaszczyzny ścięcia próbki gruntu (cm²)

W przypadku, gdy Q_max nie występuje, siła Q natomiast wzrasta w sposób ciągły wraz ze wzrostem wzajemnego przesunięcia skrzynek, wówczas jako wartość τ_f należy przyjąć wartość naprężenia odpowiadającego przesunięciu skrzynek równemu 10% długości boku próbki.

Naprężenia normalne, obliczamy dzieląc obciążenie P przez pole powierzchni obciążanej próbki F, która w aparacie bezpośredniego ścinania równa się polu powierzchni ścięcia próbki:

σ_n =

Graficznie kąt tarcia wewnętrznego i spójność badanego gruntu wyznacza się nanosząc uzyskane wyniki na prostokątny układ współrzędnych. Wartości kąta tarcia wewnętrznego i spójności przyjmuje się z wykresu wykonanego na podstawie wyników przeprowadzonych badań.

Gdy dysponujemy wynikami σ_n i τ_f uzyskanymi z badań laboratoryjnych, możemy

wyznaczyć kąt tarcia wewnętrznego Φ_u i spójność C_u za pomocą zasady aproksymacji liniowej, metodą najmniejszych kwadratów:

Φ_u = arctg Φ_u=

C_u =

gdzie: N - liczba uwzględnionych punktów na wykresie

Średnie odchylenie kwadratowe wytrzymałości na ścinanie (Sτf) obliczamy ze wzoru:

Sτ_f =

w którym: τ_f - wartość wytrzymałości (oporu) gruntu na ścinanie, (Pa)

N - liczba uwzględnionych punktów na wykresie

τ'_f - wartość wytrzymałości gruntu na ścinanie, (Pa) określona ze wzoru:

τ'_f = σ_n tg Φ_u + C_u

Ciśnieniem porowym u - nazywa się tę część jednostkowego obciążenia, którą przyjmuje woda znajdująca się w porach gruntu

Uwzględniając efektywne naprężenia normalne i ciśnienie porowe, wzór na opór gruntu na ścinanie będzie miał postać:

τ_f = σ_n' tg Φ' +c'

gdzie: τ_f - opór gruntu na ścinanie, (Pa)

σ_n' - efektywne naprężenia normalne (σ' = σ - u), (Pa)

c' - spójność efektywna, (Pa)

Wnioski:

Badanie w wytrzymałości gruntu w aparacie bezpośredniego ścinania wykonaliśmy
w czterech seriach zwiększając za każdym razem naprężenie pionowe działające na próbkę. Naprężenia działające 50 kPa, 50 kPa, 97 kPa, 147 kPa. Druga seria badań została wykonana błędnie, wskutek ruszenia próbki w trakcie montażu w aparacie bezpośredniego ścinania, zatem wyniki z tej serii zostały pominięte do wyznaczania naprężeń ścinających. Dla naprężenia pionowego 50 kPa, max naprężenie ścinające wyniosło 32,7 kPa, dla 97 kPa naprężenia pionowego - max naprężenie ścinające wyniosło 43,6 kPa, dla 147 kPa naprężenia pionowego - max naprężenie ścinające wyniosło 98,1 kPa. Wykorzystując te dane stworzono wykres prostej granicznej, z której interpolując zmierzono kąt tarcia wewnętrznego badanego piasku średniego Φ_u=33,18°

---