1.1 Grunty tworzą wierzchnia warstwę litosfery, są to materiały powstałe z wietrzenia fizycznego, chemicznego i organicznego oraz rozdrobnienia mechanicznego skał pierwotnych.
1.2 Procesy geologiczne
- wewnętrzne ( ciśnienie górotwórcze, temp. w głębszych strefach)
- zjawiska wulkaniczne
- trzęsienia ziemi
- przesuwanie się wielkich mas skorupy ziemskiej
- ruchy tektoniczne ( górotwórcze, lądotwórcze i neotektoniczne)
- zewnętrzne (czynniki atmosferyczne, organizmy żywe)
- wietrzenie ( fizyczne, chemiczne, biologiczne) dotyczy rozpadu i rozkładu skał
- erozja (rzeczna, lodowcowa, powietrzna) dotyczy niszczenia pow. terenu i zmiany jego rzeźby
- denudacja - obniżenie terenu spowodowane wietrzeniem i erozja
- transport
- akumulacja
1.3 Grunty jako produkty wietrzenia skal
- grunty składają się z tych samych minerałów co skały
-właściwości fizyczne, chemiczne i mechaniczne materiałów decydują o właściwościach gruntów
- bloki, głazy i ziarna żwiru maja ten sam skald mineralny co skały z których powstały w skutek wietrzenia
- ziarna piasku składają się z najodporniejszych na wietrzenie minerałów (kwarc, krzemionka)
- cząstki pyłowe zawierają oprócz kwarcu także miki i skalenie (nieodporne na wietrzenie chemiczne)
- cząstki iłowe składają się przeważnie z materiałów ilastych (produkt wietrzenia chemicznego skaleni i mik)
1.4 Minerały ilaste
- w geologii inżynierskiej szczególnie ważne są ilaste produkty wietrzenia (szeroko rozprzestrzenione)
- grupa KAOLINITU - twardość strukturalna i Male uleganie działaniu wody
- grupa MONTMORYLONITU - nietrwała struktura (wymiana cząstek minerału) wykazują pęcznienie, ściśliwość i nie przepuszczalność wody
- grupa ILITU - właściwości pośrednie miedzy powyższymi
1 Woda w gruncie.
2 Prawa rządzące ruchem wody.
3 Zjawiska dynamiczne związane z ruchem wody gruntowej.
4 Ciśnienie spływowe
5 Wypór
2.1 Rodzaje wody w gruncie
- woda znajdująca się w gruncie wpływa na jego zachowanie się pod obciążeniem oraz powoduje zmianę właściwości fizycznych i mechanicznych
- w podłoży gruntowym występuje woda
- błonkowata (związana z cząstka gruntu)
- nie ulega sile grawitacji
- nie wytwarza ciśnienia hydrostatycznego
- ma większa gęstość od zwyklej wody
- kapilarna
- nie wywołuje ciśnienia hydrostatycznego
- wolna (gruntowa)
- swobodnie wypełnia pory
- całkowicie podlega sile grawitacji
- wywołuje ciśnienie hydrostatyczne
- lód
- ma znaczenie dla przemieszczania się wody i na właściwości gruntu
2.2 Warunki ruchu wody w gruncie
- ruch wody w warunkach naturalnych jest spowodowany silami grawitacji
- siły grawitacji dążą do wyrównania roznic poziomow wody w porach
- aby nastąpił ruch wody !!!!!!
- grunt musi być przepuszczalny
- musi zaistnieć różnicą ciśnień wody miedzy dwoma punktami (spadek hydrauliczny) OBA WARUNKI JEDNOCZESNIE
2.3 Filtracja
- przepływ wody w gruncie zależy od
- uziarnienia
- struktury
- porowatości
- temperatura i lepkość wody
- drobniejsze ziarna - większe opory ruchu wody
Prawo Darcy dla ruchu laminarnego
- liniowa zależność miedzy prędkością filtracji a spadkiem hydraulicznym
- miara filtracji jest współczynnik filtracji (stalą Darcy)
-jest wielkością charakterystyczna dla danego rodzaju gruntu
- zależy od porowatości, uziarnienia i temperatury
- NIE zależy od spadku hydraulicznego
2.4 Ciśnienie spływowe
- przepływająca przez grunt woda wywiera na jego szkielet ciśnienie
- powyższe ciśnienie odnosi się do jednostki objętości gruntu i jest ciśnieniem spływowym (hydrodynamicznym)
- jest skierowane zgodnie z kierunkiem filtracji
-jest silą z jaka woda działa na wybrana objętość gruntu
Skutki ciśnienia spływowego
- w przypadku ruchu wody gruntowej wartość ciężaru objętości gruntu z uwzględnieniem wyporu zmienia się na skutek działania ciśnienia spływowego
- może dojść do upłynnienia gruntu
- kurzawka
- wyparcie gruntu
- przebicie hydrauliczne
- sufozja
2.5 Wypór w gruncie
- ciśnieniem hydrostatyczne działa na ciało (szkielet gruntu) zanurzone w wodzie powoduje jego wypieranie
- szkielet gruntowy poddany sile wyporu jest pozornie lżejszy i wywiera mniejszy nacisk na niższe warstwy gruntu
- ciężar objętościowy gruntu poddanego sile wyporu nazywa się pozornym ciężarem objętości szkieletu gruntowego (ciężarem obj. gruntu z uwzględnieniem wyporu)
y = (1-n)(γs - γw)
n - porowatość
γs - ciężar właściwy szkieletu gruntowego
γw -ciężar wody
1 Naprężenia w ośrodku gruntowym.
2 Źródła naprężeń w przestrzeni gruntowej
3.1 Naprężenia
- normalne Ϭ = N/A N prostopadle A
- styczne τ = T/A T II A
Naprężenia pierwotne
- naprężenia wywołane ciężarem wyżej lezących warstw gruntu (ze wzrostem głębokości naprężenia rosną
Naprężenia od siły skupionej
- gdy jest woda w gruncie to ciężar zmienia się na ciężar objętościowy pozorny co powoduje ze ciężar gruntu zmniejsza się
3.2 Założenia do wyznaczania naprężeń
- pod fundamentem budowli oraz pod budowla występują naprężenia od ciężaru wyżej lezących warstw gruntu i ciężaru budowli
- dla obciążeń zewnętrznych (w przypadku inżynierskim) przyjmuje się ośrodek gruntowy jako:
- półprzestrzeń sprężysta (liniowo odkształcalna)
- jednorodna
- izotropowa (działanie jednakowych śladowych naprężenia wywołuje jednakowe odkształcenia)
1 Odkształcenia w ośrodku gruntowym. ?????
2 Związki miedzy odkształceniami i naprężeniami. ?????
3 Osiadanie gruntu.
4 konsolidacja
4.1
4.2
4.3 Osiadanie jest to powolny ruch gruntu, w wyniku którego powierzchnia terenu ulega obniżeniu i powstaje niecka.
Osiadanie zachodzi najczęściej pod wpływem:
-ciężaru warstw nadległych (kompakcja),
-ciężaru obiektu budowlanego lub nasypu posadowionego na gruncie,
-obniżenia zwierciadła wód gruntowych,
ale także w wyniku:
-usunięcia materiału niżej leżącego przez jego rozpuszczenie lub wymycie (sufozja)
-wybranie materiału niżej leżącego przez człowieka w obszarach górniczych.
4.4 Konsolidacja w mechanice gruntów proces zagęszczania gruntu pod własnym lub zewnętrznym obciążeniem. Konsolidacji ulegają różne grunty mineralne (szczególnie istotna jest ona w przypadku iłów i innych gruntów spoistych) oraz organiczne (np. torf, gytia i inne). Mechanizm konsolidacji oparty jest na zmniejszaniu się przestrzeni porowej (a więc też objętości gruntu) i dyssypacji wody i przyjmuje się, że ma odmienny charakter w przypadku gruntów mineralnych oraz organicznych.
1 Wytrzymałość gruntu na ścinanie.
2 Przestrzeń naprężeni głównych. ?????
3 Hipoteza Coulomba-Mohra
Wytrzymałość gruntu na ścinanie w geotechnice, mechanice gruntów oznacza maksymalną siłę ścinającą lub też maksymalny opór stawiany tej sile przez grunt, po przekroczeniu którego dochodzi do znacznej deformacji plastycznej.
Naprężenie pierwotne, naprężenie geostatyczne to naprężenie powstające w gruncie od ciężaru wyżej leżących warstw.
5.3 Model Coulomba-Mohra
Opisuje zachowanie sztywnych materiałów takich, jak beton lub nasypy gruzu pod naprężeniem normalnym i ścinającym. Ogólnie teoria znajduje zastosowanie w przypadku materiałów, których wytrzymałość na ściskanie znacznie przekracza wytrzymałość na rozciąganie. W geotechnice i geologii inżynierskiej jest ona stosowana do opisu wytrzymałości na ścinanie gruntów luźnych i skalistych.
τ = Ϭ*tan fi +C C=0 grunt sypki
tan fi tarcie wewnętrzne
C spójność
T=N*tan fi
T=S równowagi graniczna
N*tan fi = G*sin alfa
G*cos alfa * tan fi = G*sin alfa
tan fi = tan alfa
fi = alfa
F = T /S = G*cos alfa * tan fi / G* sin alfa
F = tan fi / tan alfa
Stosunek większy lub równy od 1,5
1 Ruchy mas ziemnych.
2 Stateczność budowli ziemnych
6.1 Rodzaje ruchu mas ziemnych
- osuwisko - ruch mas gruntu w dół wzdłuż krzywoliniowej powierzchni poślizgu
- zsuw - obsuniecie się górnej warstwy gruntu po powierzchni poślizgu zbliżonej kształtem do płaszczyzny (grunty niespoiste)
- spływ - płyniecie masy gruntowej (gruntu przesyconego woda) bez określonej powierzchni poślizgu
- obryw - oderwanie i runiecie w dół z dużą szybkością mas skalnych
Rodzaje osuwisk
- osuwisko asekwentne - tworzy się w jednorodnych gruntach nieuwarstwionych; powierzchnia poślizgu w przybliżeniu kształt kola
- osuwisko konsekwentne- powierzchnia poślizgu jest zgodna z jakaś powierzchnia naturalna istniejąca w budowie geologicznej zbocza
- osuwisko insekwentne - powierzchnia poślizgu przecina wielowarstwowy masyw stoku w poprzez różnych gruntów
6.2 Ocena stateczności
- jedna z podstawowych analiz geotechnicznych wykonywana dla:
- zboczy (stoków) naturalnych
- skarp wykopów i nasypów
- budowli posada wianych na stokach
- konstrukcji oporowych
- skarp składowisk odpadów i osadników
- ocena stateczności zbocza polega na obliczeniu minimalnego współczynnika stateczności
Metody wyznaczania współczynnika stateczności
- sztywno-plastyczne (równowagi granicznej)
- płaskiej powierzchni poślizgu
- blokowe (paskowe)
- oparte na kołowej powierzchni poślizgu
- oparte na dowolnej powierzchni poślizgu
- sprężysto-plastyczne
- elementów skończonych
- różnic skończonych
- elementów brzegowych