5947

WSTĘP TEORETYCZNY

BADANIE W APARACIE BEZPOŚREDNIEGO ŚCINANIA

Przygotowanie do badania.

Obie części ramki łączy się ze sobą za pomocą śrub łączących, następnie wkłada się filtr na którym umieszcza się bibułę filtracyjną. Na bibułę układa się metalową ząbkowaną płytkę tak, aby ząbki były skierowane do góry , a kierunek ich pochylenia był zgodny z kierunkiem przesuwania się ramki w czasie przeprowadzania ścięcia, a następnie wkłada się przygotowaną próbkę. Środek grubości próbki powinien leżeć w płaszczyźnie połączeń ramki górnej z dolną. Na umieszczoną w skrzynce próbę wkłada się drugą metalową płytkę tak, aby ząbki były skierowane w dół a kierunek ich pochylenia był odwrotny do kierunku przesuwania się dolnej ramki. Na górze układa się tłoczek, na którym znajduje się stalowa kulka zapewniająca osiowe przekazywanie obciążeń. Zmontowaną w ten sposób skrzynkę ustawia się na ślizgach stołu aparatu tak, aby wsporniczek ramki górnej znajdował się blisko trzpienia dynamometru, a wsporniczek ramki dolnej dotykał o trzpień połączony z motorkiem elektrycznym, po czym próbkę poddaje się konsolidacji.

Przebieg badania.

Ścięcia próbki należy dokonać po osiągnięciu stabilizacji osiadań. Pomiar osiadania próbki gruntu przeprowadza się do czasu gdy różnica ostatnich dwóch odczytów czujnika nie przekracza 0,002mm. Po zakończeniu konsolidacji od wstępnego obciążenia należy obciążyć próbkę dodatkowym obciążeniem o innej wielkości dla każdej z próbek. Najczęściej stosuje się obciążenia równe 100, 150, 200, 300, 400 kPa. Po pięciu minutach działania obciążenia dodatkowego należy przystąpić do ścinania próbki. W tym celu śruby łączące górną ramkę z dolną należy wykręcić i wyjąć ze skrzynki. Przesunięcie się ramki dolnej względem górnej mierzy się przystawiają nóżkę czujnika do pionowej ścianki skrzynki dolnej. Skrzynka z próbką, przesuwając się do przodu oprze się wsporniczkiem ramki górnej o sworzeń dynamometru, wobec czego nastąpi przesuwanie ramek w przeciwnych kierunkach wzglądem siebie. Na skutek siły tarcia i spójności gruntu pierścień dynamometru zaczyna się odkształcać. Odkształcenie to wzrasta aż do chwili pokonania oporu gruntu na ścinanie (wskazówka w chwili ścięcia cofa się lub zatrzymuje przez pewien czas w miejscu).

Interpretacja wyników.

Siłę ścinającą przypadającą na jednostkę powierzchni oblicza się stosując wzór:

a - wielkość odkształcenia pierścienia dynamometru [mm]

b - skala dynamometru [N/mm]

F - pole powierzchni ścięcia

Wartość naprężeń normalnych przypadających na jednostkę powierzchni oblicza się ze wzoru:

P - obciążenie próbki

F - pole poziomego przekroju próbki

Kąt tarcia wewnętrznego można wyznaczyć:

Metodą graficzną nanosząc uzyskane wyniki na prostokątny układ współrzędnych (na osi odciętych σ, na osi rzędnych τ) a następnie łącz się je linią prostą aproksymującą te punkty. Kąt jaki tworzy ta prosta z osią naprężeń normalnych jest kątem tarcia wewnętrznego, a odcinek mierzony od początku układu współrzędnych do punktu przecięcia tej prostej z osią naprężeń ścinających daje wartość spójności danego gruntu.
Metodą analityczną polegającą na obliczeniu kąta tarcia wewnętrznego i spójności ze wzorów (aproksymacja liniowa metodą najmniejszych kwadratów).

0x01 graphic

APARAT TRÓJOSIOWEGO ŚCISKANIA

Przygotowanie

Próbka przeznaczona do badania powinna mieć kształt walca o średnicy równej 38mm i wysokości równej co najmniej dwukrotnemu wymiarowi średnicy. Na próbkę należy nałożyć cienką osłonę gumową, której średnica powinna być równa średnicy próbki, a długość przekraczać półtorakrotny wymiar długości próbki. Następnie na dolny koniec próby wkłada się krążek bibuły filtracyjnej i perforowane denko z osłoną gumową. Próbką ustawia się denkiem na trzonie podstawy aparatu i naciąga na trzon dolny koniec osłony gumowej. Na górnym końcu próby ustawia się tłoczek na który naciąga się osłonę gumową. Przygotowaną próbę przykrywa się kloszem.

Przebieg badania.

W aparacie wytwarza się ciśnienie w zbiorniku wodnym, w skutek czego klosz z umieszczona wewnątrz próbką napełnia się wodą(do ciśnienia 50 kPa) . Po uzyskaniu żądanego ciśnienia włącza się silnik elektryczny, który opuszcza w dół dynamometr. Dynamometr opierając się o trzpień dociskowy wywiera nacisk pionowy na badaną próbkę i odkształca się do momentu ścięcia próbki. Z chwilą ścięcia wskazówka czujnika zatrzymuje się przez pewien czas w miejscu lub zaczyna się cofać. Po odnotowaniu ciśnienia wody i odczytu czujnika dokonanego w chwili ścięcia podnosi się ciśnienie wody do 100 kPa i ponownie ścina się próbkę. Po odnotowaniu wyników, ciśnienie podnosi się do 300 lub 400 kPa i po raz trzeci ścina się próbkę. Próbkę należy ściąć co najmniej trzykrotnie trzykrotnie dla różnych ciśnień wody, w ten sposób uzyskuje się trzy pary sprzężonych naprężeń głównych σ₁i σ₃.

Interpretacja wyników.

Mając wyznaczone naprężenia σ₁i σ₃wyznacza się za pomocą kół Mohra kąt tarcia wewnętrznego i spójność. Przy wykreślaniu kół Mohra przyjmuje się układ współrzędnych prostokątnych , w którym oś rzędnych stanowią naprężenia ścinające, oś odciętych naprężenia główne. Odkładając na osi pierwszą parę naprężeń głównych wyznaczamy na tej osi dwa punkty, których odległość od siebie wyznaczy średnicę koła. Środek koła wyznacza wzór (σ₁+ σ₃)/2 a promień (σ₁- σ₃)/2. Wyznaczonym promieniem należy wykreślić półkole leżące nad osią naprężeń. W analogiczny sposób wyznacza się drugie i trzecie półkole.

Po wykreśleniu kół należy przeprowadzić obwiednię do otrzymanego zespołu kół, która jest zazwyczaj linią prostą. Miejsce przecięcia się obwiedni z osią τ daje wartość spójności a kąt nachylenia tej prostej do osi naprężeń jest kątem tarcia wewnętrznego. Wzór na opór gruntu na ścinanie będzie miał postać:

τ - opór gruntu na ścinanie

σ - naprężenie normalne

φ - kąt tarcia wewnętrznego

c- spójność

Po obciążeniu próbki gruntu ( którego wszystkie pory wypełnione są wodą ) jednostkowym obciążeniem część tego obciążenia przejmuje szkielet gruntowy, a część woda i można to zapisać wzorem;

σ_n= σ'_n+ u

W przypadku badania w aparacie trójosiowego ściskania, to naprężenie w gruncie można wyrazić w naprężeniach efektywnych według wzoru;

σ'_n= σ_n- u