1.)

Prawo zagęszczenia: opisuje nam warunki ściśliwości gruntu (im grunt jest drobniejszy tym czas zagęszczenia jest dłuższy).

Prawo tarcia: opisujące nam warunki wytrzymałości gruntu na ściskanie. Opór zależy od uziarnienia i zagęszczenia. Woda jako „smar” zmniejsza tarcie ale też wytrzymałość gruntu. Grunt może być traktowany jako ośrodek na którym posadowiona jest konstrukcja.

Grunt na którym się buduje, grunt z którego się buduje, może stanowić obciążenie dla konstrukcji podziemnych, może dawać parcie boczne, stanowi obiekt badania pod kątem wykorzystania w działalności użytkowej i badawczej.

Prawo filtracji: opisujące nam warunki przepływu wody w gruncie.

2.)

Własności fizyczne:

wilgotność: jest to stosunek wody zawartej w danej próbce gruntu do masy tej próbki wysuszonej w temperaturze 105-110 C.

Gęstość objętościowa gruntu. Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego: Jest to stosunek masy szkieletu gruntowego do jego objętości. (szkielet gruntowy: same, suche ziarna gruntu). Gęstość właściwa szkieletu gruntowego: masa szkieletu do objętość samych ziaren.

Porowatość gruntu: jest to stosunek objętości porów w danej próbce gruntu do jej całkowitej objętości.

Wskaźnik porowatości: jest ot stosunek objętości porów do objętości szkieletu gruntowego.

Stopień wilgotności: określa stosunek objętości wody w porach gruntu do objętości tych porów.

Stopień zagęszczenia gruntów sypkich: jest to stosunek zagęszczenia istniejącego w rzeczywistości do największego możliwego zagęszczenia.

Stopień plastyczności I_L: jest to stosunek różnicy wilgotności naturalnej i granicy plastyczności, a różnicą granicy płynności i plastyczności.

Wskaźnik plastyczności I_P: to różnica między granicą płynności a granicą plastyczności.

Granica płynności (W_L): na granicy między konsystencją płynną a plastyczną; jest to wilgotność jaką ma grunt przy której bruzda, rozdzielająca próbkę gruntu w miseczce aparatu Casagrande'a, złączy się po 25 uderzeniach miseczki na długości 10mm i wysokości 1mm.

Granica plastyczności (W_P): na granicy między konsystencją zwartą a plastyczną, jest to wilgotność jaką ma grunt gdy przy kolejnym wałeczkowaniu próbki gruntu wałeczek po osiągnięciu 3mm grubości pęka.

Granica skurczalności (W_S): między stanem zwartym a półzwartym, jest to wilgotność jaką ma grunt o konsystencji zwartej gdy przy suszeniu tego gruntu bryłka tego gruntu przestaje zmniejszać swoją objętość i jednocześnie zaczyna zmieniać na swojej powierzchni barwę na jaśniejszą.

Współczynnik filtracji: k [m/d, m/s, cm/d itp.]

Własności mechaniczne:

Kąt tarcia wewnętrznego: wielość ta zależy od wielkości ziaren, od ich kształtu i od stopnia zagęszczenia gruntu. Można wyznaczyć laboratoryjnie w aparatach bezpośredniego ścinania lub w aparacie trójosiowego ścinania.

Kohezja: jest to spójność gruntu [kPa, kg/cm²], jest to siła (naprężenie) wzajemnego oddziaływania(elektrostatycznego) cząstek na siebie. Jest to wartość właściwa tylko gruntom spoistym. Jej wartość zależy od: wymiaru cząstek (im mniejsze tym wyższa); wzajemnej odległości od siebie (im większa tym mniejsza). Woda jest elementem zawsze rozklinowywującym cząstki.

Odniesieniu do warunków wykorzystania w budownictwie gruntu (grunt jako obiekt na którym się buduje) to rozpoznając grunt i jego stan przy pomocy własności fizycznych i mechanicznych określamy wielkości jednostkowego poru objętościowego (wytrzymałość gruntu, jego nośność) który musi być większy od spodziewanych naprężeń od wznoszonej budowli. Równolegle bardzo istotnym elementem jest określenie warunków przepływu wody przez grunt i wywołanych tym przepływem zmian stanu podłoża gruntowego. Do opisania tej zależności wykorzystuje się wyniki płynące z opisu gruntu (w układzie trójfazowym) wynikające z trzech podstawowych praw mechaniki gruntu.

3.)

Na podstawie materiałów archiwalnych i planu sytuacyjno wysokościowego projektuje się dla przewidywanej budowli siatkę otworów z których pobiera się materiał gruntowy umożliwiający oznaczenie cech fizycznych i mechanicznych gruntu. Siatka otworów uzależniona jest od wielkości, klasy obiektu i od wstępnego rozeznania terenu. Wiercenia wykonuje się przy użyciu odpowiednich filtrów (spiralny, okienkowy). Przy ich pomocy pobierane są z odpowiednich głębokości próby gruntu, tzn. Na zmianie każdej warstwy, co pół metra lub według zapisu w programie wierceń. Każda próba musi być przebadana makroskopowo i opisana w dzienniku budowy. Jest on prowadzony od głębokości 0 do głębokości Z. Badania makroskopowe obejmują: rodzaj gruntu, konsystencję, wilgotność, barwę, zapach.

Pobrane próby mogą być o strukturze naruszonej lub nienaruszonej. Próby o strukturze nienaruszonej i wilgotności naturalnej stosuje się do oznaczenia właściwości mechanicznych oraz gęstości objętościowej. Pozostałe cechy fizyczne mogą być oznaczone na próbach o strukturze naruszonej.

4.)

Izotopowy pomiar wilgotności i gęstości. Do tego celu wykorzystujemy sondy izotopowe powierzchniowe WO wilgotnościomierz, GO gęstościomierz otworowy. WP, GP- powierzchniowe.

Sonda GO przystosowana jest do pomiaru powierzchniowego gęstości objętościowej. Podaje nam uśrednione wyniki z półkola o średnicy ok. 35 mm licząc od położenia źródła izotopowego. Jako źródła używa się kobaltu lub cezu. Istota pomiaru polega na pomiarze natężenia promieniowania γ. Ilość promieniowania jest ściśle zależna od gęstości objętościowej ośrodka gruntowego. Im wyższa gęstość tym mniej kwantów dociera do licznika Gaygera.

Do pomiaru wilgotności używamy źródła izotopowego z rodziny uranowców. Polega ona na pomiarze ilości spowolnionych neutronów (dokonuje się ono na atomach wodoru). Zakres pomiaru WO jest od 0-45%.

Istotą pomiaru gęstości i wilgotności przy pomocy izotopów jest skrócenie czasu od momentu pomiaru do momentu otrzymania wyników w stosunku do metod klasycznych.

Metoda elektronowa stosowana jest do rozpoznania uwarstwienia podłoża w oparciu o pomiar oporności elektrycznej. Różne rodzaje gruntów mają różne oporności właściwe, co pozwala wydzielić partie gruntu, a przy wielokrotnych pomiarach określić ich rodzaj.

Do rozpoznawania podłoża może być też stosowana metoda sejsmiczna. Polega ona na rozpoznaniu uwarstwienia i rodzaju gruntu w oparciu o pomiar prędkości rozchodzenia się fal sejsmicznych.

5.)

W naturze występują trzy zasadnicze kierunki ruchu wody:

- w kierunku poziomym: do najczęściej spotykanych warunków poziomego przepływu wody w gruncie należy przepływ po warstwie nieprzepuszczalnej.

- w kierunku pionowym w dół: występuje najczęściej przy przesączaniu się wody zaskórnej przez niżej leżącą mało przepuszczalną warstwę.

- w kierunku pionowym w górę: ma on często miejsce, w praktyce budowlanej, przy pompowaniu wody z dna wykopu, w mało przepuszczalnej warstwie, będącej pod naporem wody międzywarstwowej od dołu.

6.)

Ciśnienie spływowe: przy ruchu wody w gruncie powstaje opór tarcia wody o cząstki gruntowe. Na pokrycie tego oporu musi być zużyta hydrauliczna różnica ciśnień wody działających na przednią i tylną powierzchnię, rozpatrywanego elementu gruntu.

Siłę ciśnienia wody, wywieraną na cząstki gruntowe zawarte w jednostce objętości, nazywamy ciśnieniem spływowym. Liczbowo równa się ona iloczynowi spadku hydraulicznego i ciężaru objętości wody. Kierunek działania tej siły jest styczny do linii przepływu.

7.)

Współczynnik wodoprzepuszczalności: jest to zdolność gruntu do przepuszczania wody siecią kanalików, utworzonych z jego porów. Opór, jaki grunt stawia wodzie przy jej przepływie, zależy w głównej mierze od:

- uziarnienia gruntów

- porowatości

- składu mineralnego i rodzaju kationu wymiennego

- temperatury wody (lepkość)

Czynnikiem powodującym przepływ wody w warunkach normalnych są siły grawitacji ziemskiej, dążące do wyrównywania różnic poziomów wody w naczyniach, pomiędzy którymi możliwy jest przepływ.

Jest to wartość stała charakterystyczna dla danego ośrodka gruntowego, zależy od porowatości gruntu, jego uziarnienia oraz od temperatury przepływającej wody.

Wzór Hazena: stosuje się go dla obliczenia przybliżonej wartości k dla gruntów sypkich.

K=C×d₁₀²; d₁₀- średnica miarodajna; C- współczynnik doświadczalny.

Zależność k od wskaźnika porowatości: k=A×²; A-stała wyznaczona doświadczalnie; - wskaźnik porowatości.

9.)

Struktura dyspersyjna: w strukturze tej cząstki rozmieszczone są równolegle do siebie i wykazują tendencje do odpychania się.

Struktura kłaczkowata: powstaje z cząstek prawie wyłącznie iłowych, rozmieszczenie cząstek jest typu powierzchnia krawędź, cząstki przyciągają się wzajemnie.

Wpływ struktury: element gruntu pracuje realnie dotąd aż nie osiągnie struktury jednorodnej. Wpływa ona na uszeregowanie się cząstek oraz na zniszczenie wiązań pomiędzy nimi. Element gruntu o strukturze kłaczkowatej oznacza się większą wytrzymałością, mniejszą ściśliwością i większą przepuszczalnością niż element o takim samym wskaźniku porowatości lecz o strukturze dyspersyjnej.

Powierzchnia graniczna: grunt składa się z oddzielnych ziarn i cząstek, które tworzą szkielet gruntowy. Pomiędzy mini znajdują się pory wypełnione wodą albo wodą i powietrzem (para wodna gaz). W układzie trójfazowym powierzchnia graniczna między fazą stałą a ciekłą jest miejscem występowania szeregu zjawisk fizyko-chemicznych (np. absorpcja wody błonkowej, potencjał elektrokinetyczny, pojemność wymienna, kohezja). Procesy te mają wpływ na strukturę oraz na możliwość wzmocnienia gruntu. Wielkość powierzchni granicznej przeliczona na jednostkę objętości danego gruntu nazywana jest powierzchnią właściwą.

10.)

Warstwa podwójnie jonowa: cząstki gruntowe otoczone są nie tylko molekułami wody ale również anionami (na powierzchniach bocznych) i kationami (na krawędziach). Ich zadaniem jest równoważyć elektrycznie jony znajdujące się na powierzchni cząstki gruntu. Cząstka gruntu otoczona jest warstwa dyfuzyjną złożoną z anionów i kationów. Wartość jonów jest różna. Warstwa jonów utwierdzonych na powierzchni cząstek i warstwa dyfuzyjna z absorbowanych jonów tworzy warstwę podwójną. Grubość obydwu warstw zależy od składu chemicznego cząstki, siła wzajemnego oddziaływania na siebie cząstek zależy od wartościowości kationów absorbowanych. Przy wyższej wartościowości jest ich mniej w warstwie dyfuzyjnej -osiąga się wówczas lepsze własności mechaniczne. Jeżeli cząstki ułożone są równolegle to grunt taki wykazuje wyższe pęcznienie niż przy nierównoległym ułożeniu. Na wartość pęcznienia istotny wpływ wywiera obecność i zawartość absorbowanych kationów. W środowisku naturalnym większość cząstek gruntowych obdarzona jest ujemnym ładunkiem elektrycznym. Rozmieszczenie jonów w roztworze w pobliży fazy stałej zależy od sił elektrostatycznego oddziaływania, oraz od ruchów ciepła. Siły elektrostatyczne powodują skupianie się obdarzonych przeciwnym ładunkiem jonów w pobliżu fazy stałej. Natomiast siły molekularnego ruchu ciepła dążą do równomiernego ułożenia jonów w roztworze. W miarę oddalania się od cząstki koncentracja jonów z przeciwnym ładunkiem maleje. Zwiększa się natomiast koncentracja jonów z ładunkiem tego samego znaku. Cząstka gruntu otoczona warstwą absorpcyjną i dyfuzyjną nazywa się miceiią.

Pojemność wymienna: grunty posiadają zdolność absorbowania i zatrzymywania jonów rozpuszczonych w wodzie. Równocześnie oddają do roztworu równoważną ilość jonów. Ta ilość wyrażana jest w miliwalent/100 g suchej masy. Np. dla mądmorylonitu waha się 60- 100.

11.)

Hydratacja: cząstki wody składają się z niesymetrycznie rozłożonych w układzie trójkąta 2 atomów H i 1 atomu O. Całość jest elektrycznie obojętna. Woda ma budowę dipolową, charakteryzującą się orientacją tj. ułożeniem według położenia znaków. Jeżeli cząstka gruntu zetknie się z wodą powstaje pole elektryczne. Dzieje się to na skutek różnicy między wartością siły dielektrycznej cząstki gruntu i wody. W powstałym układzie następuje polaryzacja dipoli wody i ich orientacja. Powstające siły na powierzchni cząstki przyciągają do niej zorientowane dipole wody. Zjawisko to nazywa się hydratacją i w jej wyniku powstaje podwójna warstwa jonowa.

Tiksotropia: zawiesina koloidalna będąca w odpowiedniej koncentracji po okresie leżakowania w bezruchu może przejść w ciało galaretowate (żel). Żel może przejść ponownie w zol jeżeli układ poddamy np. wibracją. Zjawisko wywołane mechanicznym oddziaływaniem na zawiesinę gruntową jest właśnie tiksotropią. W czasie tego zjawiska tworzenie żelu obejmuje wszystkie cząstki zawiesiny. Po pewnym czasie powstaje z nich ciągła struktura komórkowa. Grunty zawierające bardzo drobne cząstki iłowe o wymiarach mniejszych niż 2 tysięczne mm są tiksotropowe. Zjawisko to może wystąpić również w gruntach zawierających niewielki procent ziarn większych. Można je wytłumaczyć hipotetycznie następująco:

- największe siły molekularnego przyciągania występują pomiędzy krawędziami i powierzchniami płaskimi cząstek iłowych (na krawędziach gromadzą się kationy natomiast na powierzchniach płaskich aniony).

- cząstki iłowe znajdujące się w zolu (zawiesina) o małej koncentracji i mające możliwości wykonywania ruchów obrotowych po pewnym czasie wskutek odbierania uderzeń od drgających molekuł wody (ruchy cieplne) układają się prostopadle do siebie tworząc ponownie strukturę komórkową (żel).

Zjawisko tiksotropi w geotechnice wykorzystuje się przy komponowaniu zawiesin bentonitowych, przy wykonywaniu szczelinowych przesłon (ścianek) lub np. przy sporządzaniu płuczki przy wierceniu otworów.

12.)

W przypadku działania pewnej wartości naprężenia zewnętrznego może nastąpić zniszczenie więzi międzycząsteczkowych. Powoduje to przesunięcie (ścięcie) jednej partii gruntu po drugiej. W praktyce może to być obserwowane przy zachwianiu stateczności skarp i wypieraniu gruntu spod fundamentów. Określenie wytrzymałości na ścinanie polega na pomiarze siły potrzebnej do ścięcia gruntu przy stałym obciążeniu normalnym, czyli to naprężenie działa prostopadle do płaszczyzny. Jeśli następuje wzrost naprężeń normalnych to wytrzymałość na ścinanie wzrasta. W strefie naprężeń ścinających wytrzymałość wzrasta w sposób nieograniczony, natomiast w strefie naprężeń rozciągających wytrzymałość gruntów spoistych jest wyraźnie ograniczona. Wynika to stąd że, krzywa (prosta) wyznaczona na podstawie ścinania przecina oś rzędnych. Wytrzymałość na ścinanie gruntów sypkich zależy od:

- wzajemnego tarcia ziarn

- wytrzymałości zazębień ziarn

- wytrzymałości na ścinanie samych ziarn

Wpływ składu mineralnego: wytrzymałość na ścinanie ziaren kwarcu zależy od wielkości siły potrzebnej do naruszenia pierwotnej równowagi ziarn grubszych. W tym przypadku kąt tarcia wewnętrznego osiąga wartość rzędu 60⁰, natomiast w przypadku ziarn drobniejszych średnicy wartość siły jest znacznie mniejsza -kąt tarcia wewnętrznego znacznie się obniża. Daje się zauważyć dążenie do wartości charakterystycznej dla poślizgu gładkich płaszczyzn kwarcowych (f=0,1 współczynnik tarcia; kąt tarcia =6⁰). Jeżeli będziemy badać wytrzymałość na ścinanie mieszaniny kwarc-muskowit (łyszczyki) to cecha ta zależy od składnika charakteryzującego się mniejszym tarciem (muskowitu). 10% dodatek muskowitu powoduje zmniejszenie wytrzymałości mieszaniny do takiej jaką ma sam muskowit. Zachowanie takie obserwuje się również w przypadku glankonitu, części organicznych lub koloidów które mogą powlekać cienką otoczką ziarna.

Kształt ziarn: wywiera durzy wpływ na wartość kąta tarcia wewnętrznego. W przypadku ziarn dobrze obtoczonych jest on o około 10-16% mniejszy w stosunku do nie obtoczonych. Istotną rolę odgrywa również orientacja ziarn do kierunku działania siły. Jeżeli kierunek orientacji ziarn wydłużonych lub blaszkowatych pokrywa się z kierunkiem siły ścinającej to kąt t. w. Jest mniejszy niż w przypadku orientacji ziarn o kierunku normalnym do siły ścinającej.

Wpływ struktury: kąt t. w. maleje wraz ze zmniejszaniem się wymiarów ziarn. Dąży do wartości oporu tarcia spowodowanego przez jednakowe pary minerałów o gładkich powierzchniach. W żwirach i piaskach gruboziarnistych opór tarcia zależy od wielkości (charakteru) zazębień się ziarn. W przypadku płaskich ziaren muskowitu opór zależy przede wszystkim od tarcia samych ziarn. Natomiast dla piasków drobnych i pylastych zależy od zazębienia jak i od tarcia ziarn.

W gruntach zagęszczonych w miarę wzrostu odkształceń wytrzymałość na ścinanie wzrasta. Przy dalszym odkształceniu wytrzymałość zmniejsza się do pewnej wartości minimalnej.

W przypadku gruntów luźnych zjawisko przebiega odwrotnie. Prędkość ścinania gruntów w stanie suchym nie ma wpływu na opór ścinania. W przypadku gruntów nawodnionych przebieg zjawiska komplikuje się . naprężenia w płaszczyźnie ścięcia składają się wówczas z naprężeń przenoszonych przez szkielet gruntowy oraz naprężeń przenoszonych przez wody porowe [_f(σtg σnaprężenia efektywne, -n. porowe]. Jeżeli woda ma możliwość swobodnego odpływu to jej ciśnienie w porach nie ulega zmianie. Jeżeli odpływ jest utrudniony ciśnienie wody w porach gruntu wzrasta, różnica (σ maleje, podobnie jak naprężenie _f. Przy powolnym ściskaniu (przykładaniu obciążeń) szkielet gruntowy przyjmuje w całości naprężenia ścinające (ścinanie powolne), w innym przypadku przyjmuje tylko część naprężeń (ścinanie szybkie).

13.)

Kąt stoku naturalnego: jest to kąt nachylenia swobodnej powierzchni gruntu sypkiego do płaszczyzny poziomej.

 To porównanie jest słuszne tylko dla ośrodków idealnie sypkich (istnieje w nich tylko tarcie na powierzchni ziarn). Słuszne zatem jest to w przypadku gdy naprężenia działające na ziarno są bardzo małe i wywołane tylko ciężarem ziarn.

Stopień rozdrobnienia i kształt ziarn: wraz ze wzrostem wymiarów ziarn kąt  maleje. Grunty dobrze obtoczone charakteryzują się mniejszą wartością, natomiast zbudowane z płaskich ziarn (blaszkowate ziarna muskowitu) mają wartość  większą.

Wilgotność: dla gruntów suchych  waha się 30-40⁰. Wilgotność równa kapilarnej pojemności wodnej (5-15%) zwiększa kąt  o około 10-15%. Przy całkowitym zatopieniu stoków  zmniejsza się przez: -wypór wody powoduje osłabienie wzajemnych zazębień ziarn; - zmniejszenie tarcia między ziarnami gruntu.

Filtracja: w przypadku filtracji w kierunku stoku nawadnianie, kąt  (piaski suche) =30⁰, osiąga wartość '=27-28⁰ - tak jak przy pełnym zatopieniu stoku. W przypadku drenowania stoku wartość kąta '' jest znacznie mniejszy - ok. 21⁰. Przyczyną zmniejszenia do tak małej wartości jest efekt działania ciśnienia spływowego.

Poza tym na wartość kąta stoku naturalnego mają wpływ obciążenia statyczne i dynamiczne, charakter powierzchni.

14.)

Ściśliwość: jest to właściwość gruntu polegająca na tym że jeżeli grunt poddamy działaniu zwiększającego się obciążenia zewnętrznego to jednocześnie zaobserwujemy zmniejszanie się jego objętości.

Ściśliwość gruntów sypkich: grunty sypkie charakteryzują się budową szkieletową. Ziarna stykają się ze sobą małymi powierzchniami kontaktowymi. Jeżeli do gruntu przyłożymy zbyt durze obciążenia to podczas jego konsolidacji może nastąpić zniszczenie pewnej liczby cząstek co z kolei spowoduje wytworzenie się struktury bardziej rozluźnionej. Dodatkowo grunt ulega dalszemu zagęszczeniu, a tym samym zmniejsza się objętość porów.

Wpływ zagęszczenia: można określić układając zależność wskaźnika porowatości od przyłożonego naprężenia. Im wyższe zagęszczenie gruntu to niższa porowatość, a tym samym możliwość przesuwania się ziaren jest mniejsza.

Wpływ obciążenia: =k×σ^N; k- współczynnik proporcjonalności w wymiarze 3×10^-3-25×10^-3 cm²/kg, zależy głównie od szczelności ułożenia ziarn oraz od wilgotności.

Wpływ dyspersji: w miarę wzrostu zawartości frakcji iłowej wzrasta hydrofilność oraz porowatość gruntu. Duża porowatość wpływa na zmianę objętości gruntów a także na wzrost współczynnika ściśliwości a=σ

Wpływ kationów wymiennych: liczba kationów wymiennych w przypadku iłów ma wpływ na hydrofilność, kohezję, agregację i zagęszczenie gruntów. Obecność w iłach montmorylonitowych wymiennego sodu lub litu w dużym stopniu zwiększa ich hydrofilność i porowatość. Natomiast obecność kationów wapnia, potasu i glinu zmniejsza hydrofilność początkową porowatość.

Ściśliwość tego samego gruntu odpowiednio w tym samym stopniu plastyczności będzie zawsze wyższa przy badaniu na próbach o strukturze naruszonej niż nienaruszonej.

15.)

Konsolidacja gruntów: zmiana objętości gruntów spoistych pod działaniem obciążenia zewnętrznego. Znajomość tego procesu jest istotna przy prognozowaniu szybkości odkształceń gruntów występujących w podłożu. Proces konsolidacji można podzielić na trzy etapy:

- rozwój odkształceń sprężystych i natychmiastowych w szkielecie gruntowym dla sprężania się wody i gazów

- wyciskanie cieczy i gazów z porów gruntowych kosztem zmniejszania się ogólnej objętości porów. Właściwy proces konsolidacji; oznacza rozwój odkształceń sprężystych oraz nieodwracalnych (trwałych)

- zanikanie procesu odkształceń sprężystych oraz trwałych . nieznaczne wyciskanie wody i gazów z porów gruntowych związane z bardzo powolnym przemieszczaniem się cząstek.

W gruntach całkowicie nasyconych wodą w dowolnym czasie w trakcie konsolidacji zachodzi związek między naprężeniami wewnętrznymi: σσ'+u (σ-całkowite naprężenia normalne, σ'-efektywne naprężenia normalne, u-ciśnienie porowe).

Czas potrzebny do osiągnięcia danego stopnia konsolidacji zależy od szeregu czynników. Ich wpływ charakteryzuje wskaźnik konsolidacji =k×(1+e)/a×ρ_w (e- wskaźnik porowatości, a-współczynnik ściśliwości).

Przebieg procesu konsolidacji w gruntach spoistych zależy również od lepkich właściwości gruntu.

16.)

Współczynnik parcia bocznego: jeżeli na grunt działamy siłą pionową to dąży ona do rozszerzenia się na boki. Jeżeli rozszerzenie boczne jest niemożliwe to wartość parcia bocznego jest proporcjonalna do obciążeń pionowych. Uwzględnić musimy współczynnik parcia bocznego gruntu będącego w spoczynku, przy czym zależy on między innymi od stopnia rozdrobnienia, zagęszczenia i wilgotności. W pewnym stopniu zależy on od składu chemiczno-mineralnego gruntu. Dla gruntów spoistych o strukturze nienaruszonej wartość współczynnika parcia bocznego gruntu będącego w spoczynku osiąga wartość od 0,3-0,8, piaski osiągają wartość w przedziale 0,3-0,52.

Rozszerzalność poprzeczna: jest to zdolność gruntu do zmiany objętości podczas działania na nie naprężeń.

17.)

Współczynnik Poissona: jest to stosunek względnego wydłużenia poprzecznego badanej próbki do jej względnego skrócenia (równoległego do kierunku działania naprężeń ściskających). =E_b/E_n.

Współczynnik ściśliwości znajduje zastosowanie np. przy analizie odkształceń odwracalnych -sprężystych.

Wartość tego współczynnika zależy od typu siatki krystalicznej i kierunku działania naprężeń w stosunku do osi krystalograficznej kryształu. W gruntach skalistych wartość współczynnika zależy od składu mineralnego, stopnia zmielinowatości oraz od porowatości. Praktycznie waha się od 0,1-0,3. Kwarc osiąga wartość 0,08; piaskowiec 0,18-0,29. Grunty spoiste osiągają wartości 0,1-0,5.

18.)

Moduł odkształcenia ogólnego:

Moduł podatności:

- współczynnik zależny od kształtu i sztywności fundamentu

- współczynnik Poissona

b- szerokość fundamentu

q- przyrost obciążenia

s- przyrost osiadania

20.)

Wskaźnik osiadania zapadowego: i_mp=(h'-h”)/h₀

h₀ - wysokość próbki przy nacisku naturalnym

h' -wysokość próbki po przyłożeniu naprężeń projektowych

h” - wysokość próbki po przyłożeniu naprężeń projektowych i nasyceniu wodą

W zależności od i_mp wyróżniamy grunty o strukturze:

trwałej i_mp 0,01

nietrwałej (zapadowej) i_mp>0,01.

Ciśnienie przy którym i_mp=0,01 nazywa się początkowym ciśnieniem zapadowym.

Współczynnik zapadowości:

W zależności od i_mp wyróżniamy grunty o strukturze:

trwałej i_mp 0,01

nietrwałej (zapadowej) i_mp>0,01.

Ciśnienie przy którym i_mp=0,01 nazywa się początkowym ciśnieniem zapadowym.

21.)

Odkształcenia w ośrodku gruntowym:

Odkształcalność ośrodków ciągłych i rozdrobnionych:

Każdy grunt odkształca się pod wpływem działających na niego sił. Ośrodki ciągłe odkształcają się stosunkowo niewiele ale szybko (skały lite). Odkształcenia tych ośrodków są całkowicie odkształcalne, zatem można je uważać za sprężyste. Ośrodki rozdrobnione odkształcają się dużo ale wolno (skały spękane, grunty). Odkształcenia te zależą od spękania, porowatości, spoistości oraz wielu sił działających na dany ośrodek. Odkształcenia te są tylko częściowo odwracalne.

Zasadniczą cechą ośrodka ciągłego jest bardzo ścisłe ułożenie molekuł (ośrodek praktycznie bez porów). Istnieją w nim bardzo duże siły wewnętrzne, co powoduje że może on być poddany działaniu sił zewnętrznych bez zakłócania układu elementów. Stąd wynika liniowość i sprężystość odkształceń.

Ośrodek rozdrobniony charakteryzuje się istnieniem dużych porów między ziarnami, małymi siłami wewnętrznymi. To powoduje że przy czystym ściskaniu (równomierne ze wszystkich stron) cząstki trwale przemieszczają się, co prowadzi do nieliniowych i najczęściej nieodwracalnych odkształceń ośrodka rozdrobnionego.

Obliczenie odkształceń w gruncie przeprowadza się przy założeniu że w podłożu nie występują naprężenia styczne większe od wytrzymałości gruntu na ścinanie lub jeżeli nie zostaną osiągnięte naprężenia graniczne które mogą powodować przejście gruntu w stan plastyczny. Nie przekroczenie naprężeń granicznych pozwala przyjąć że ośrodek jest sprężysty. W takim ośrodku przemieszczenia punktów są proporcjonalne do naprężeń σ_x, σ_y, σ_z. Ośrodek taki określa się jako pierwsza faza odkształceń w gruncie. Osiadania w fazie pierwszej powstają na skutek:

- zmiany układu ziarn (wywołuje efekt większego zagęszczenia)

- odkształcenia pęcherzyków powietrza zawartych w wodzie

- odkształcenie cząstek gruntu i wody

Odkształcenia w fazie drugiej powstają:

- przesunięcie cząstek w strefach w których nastąpiło przekroczenie nośności podłoża i osiągnięcie stanu plastycznego (najczęściej naroża fundamentów)

- osiągnięcie stanu plastycznego powodujące wzrost osiadań może nastąpić mimo niezmiennych obciążeń

Odkształcenia w fazie trzeciej są to katastrofalne obciążenia postępujące niezmiernie szybko.

Warunki posadowienia fundamentu rozpatrywane są w oparciu o teorię sprężystości ciał izotropowych. Ciała odkształcają się liniowo jeżeli naprężenie jest mniejsze od granicznej nośności podłożą - określonej metodami sprężystości podłoża.

22.)

Jeżeli na grunt przyłożymy obciążenie to powoduje ono wytworzenie pewnego stanu naprężeń, co pociąga za sobą odkształcenia podłożą. Rozpoznanie tych wielkości ma znaczenie dla określenia:

- wielkości osiadań celem porównania ich z wielkościami granicznymi

- zabezpieczenie budowli przed utratą stateczności (przekroczenie stanu granicznego podłoża)

- określenie wielkości sił działających na budowlę (parcie gruntu, ciśnienie spływowe)

Warunki stosowania wzorów opartych na teorii sprężystości:

naprężenia w mechanice gruntów -przy ich obliczaniu posługujemy się wzorami opartymi na założeniu iż własności gruntu pozwalają na stosowanie, w określonych granicach, teorii sprężystości -w szczególności modelu ciała liniowo odkształcalnego; oraz teorii plastyczności -modelu ciała Renkina-Prandhla.

Rzeczywiste warunki pracy gruntu różnią się od pracy ciała sprężystego. Wynikające ograniczenia reguluje prawo Hook'a i naturalny strukturalny układ cząstek gruntowych. Grunt bowiem nie jest ośrodkiem izotropowym i jednorodnym. Krzywa ściśliwości w małych przedziałach obciążenia może być traktowana jako prosta co oznacza iż uważamy grunt za ciało liniowo odkształcalne. Przyjęcie to jest nieprawdziwe jeżeli w jakiejś strefie ośrodka występują naprężenia styczne przekraczające wytrzymałość na ścinanie. W praktyce jednak stosujemy taki model. Anizotropowość gruntu jest w praktyce uwzględniana jest bardzo rzadko.

Obliczanie naprężeń prowadzimy w praktyce przy założeniach:

-grunt, ośrodek liniowo odkształcalny, ciągły, w stanie nie naprężonym.

-jednorodny i izotropowy, ograniczony od góry płaszczyzną poziomą, a rozciągający się nieskończenie w dół w kierunku pionowym i poziomym.

-obciążenia zewnętrzne przyłożone na płaszczyźnie ograniczającej.

-obciążenia w dowolnym punkcie mogą być sumowane algebraicznie.

-obciążenia ciągłe mogą być zamienione przez siły skupione, gdy odległość między punktem dla którego obliczamy naprężenia, a punktem przyłożenia siły są większe od podwójnego, większego wymiaru prostokąta na którym działa obciążenie ciągłe.

Półprzestrzeń gruntowa: ośrodek gruntowy można uważać za półprzestrzeń, która jest ograniczona od góry płaszczyzną poziomą (powierzchnią terenu) i rozprzestrzenia się nieskończenie głęboko i szeroko.

Zasada superpozycji: przy obliczaniu naprężeń w gruncie jako w ośrodku sprężystym można stosować tę zasadę, a mianowicie w przypadku działania kilku sił Q wielkość naprężenia łącznego w dowolnym punkcie M. Wyznacza się jako sumę naprężeń powstałych od działania każdej z sił osobno. Obciążenia ciągłe q na powierzchni półprzestrzeni można z pewnym przybliżeniem rozpatrywać jako sumaryczne działanie zastępczo wyznaczonych sił skupionych.

Model podłoża gruntowego:

Model Gorgunowa-Posadowa: model ten przedstawia sobą zespół sprężyn utwierdzonych tylko w jednym miejscu. Model półprzestrzeni gruntowej wg Gorgunowa-Posadowa zakłada podłoże jako izotropową warstwę gruntu o miąższości większej niż trzykrotna szerokość ławy. Współczynnik podatności podłoża: c=E₀/b(1-²); E₀-modół odkształcenia ogólnego. Wynosi on dla gruntów gliniastych plastycznych 4-9; twardoplastycznych 5-20; zwartych 20-100; piasków drobnych 4-6; grubych 10-15. Na tym modelu opieramy się w zagadnieniach przestrzennych.

Metoda Winklera: w podłożu gruntowym przy modelu Winklera stanowiącym zbiór sprężyn zamocowanych u góry i u dołu w ośrodku absolutnie sztywnym sprężyny mają jednakowe odkształcenia zarówno przy ściskaniu jak i rozciąganiu. Cechy sprężyn charakteryzowane są przez współczynnik podatności podłoża: c_b=σ_śr/s.

Wskaźnik podatności podłoża jest wielkością umowną polegającą na traktowaniu gruntu jako niezależnych sprężyn.

Zasady stosowania modelu Winklera:

- obciążenia przekazywane przez fundament przejmują tylko te sprężyny które znajdują się pod podstawą fundamentu

- wartość odkształcenia jest liniowo zależna od nacisku

- nacisk w określonym punkcie podłoża wywołuje odkształcenie tylko w tym punkcie

- grunt nie może przyjmować naprężeń rozciągających

- w obliczeniach nie uwzględnia się tarcia między fundamentem a gruntem

Osiadania budowli zależą od wielkości i rodzaju obciążenia w zasięgu jego oddziaływania, rodzaju i wielkości naprężeń, właściwości gruntu, głębokości zalegania warstwy ściśliwej. Obliczając osiadania wychodzimy od wielkości naprężeń w gruncie wiążąc zależność między zmianą wskaźnika porowatości lub współczynnikiem ściśliwości względem modułu ściśliwości dla poszczególnych warstw. Sumując wielkości osiadań w poszczególnych warstwach otrzymamy naprężenia całkowite. Przy sprawdzaniu drugiego stanu granicznego musi być spełniony warunek /S/<=/S_dop/.

23.)

Naprężenia od ciężaru własnego gruntu: naprężenia pierwotne wynikają z miąższości warstwy i wartości gęstości objętościowej gruntu. Wraz z głębokością naprężenia pierwotne rosną. G_z=sum(ρ_ih_i)[kPa].

W praktyce inżynierskiej interesuje nas wielkość naprężeń od gruntu mieszczącego się w obrysie fundamentu w poziomie posadowienia, a następnie jego zwiększenie o naprężenie wywołane obciążeniem jednostkowym, równym ciężarowi gruntu wydobytego z wykopu.

Naprężenia od siły skupionej: obliczamy ze wzoru σ_z=3p/2×cos³/R²; cos=z/R

Naprężenia od obciążenia ciągłego: σ_z=q×; q- obciążenie, -współczynnik zaniku naprężeń.

Współczynnik zaniku naprężeń określany jest dla wymiarów fundamentu (a- dłuższy, b- krótszy) oraz zagłębienia poniżej rozpatrywanego poziomu (z).dla danej głębokości z określamy stosunek a/b i z/b. Z wartością z/b wchodzimy na wykres i prowadzimy poziomą do przecięcia się z krzywą opisaną a/b. Punkt przecięcia rzutujemy na oś  i odczytujemy. Współczynnik ten jest zamieszczony w normie PN-03020 posadowienie bezpośrednie budowli. Obok znajdują się wykresy  do metody Steinbrenera, przy czym  obejmuje przedział 0-0,25. Jest to przydatne przy liczeniu naprężeń dla punktu leżącego poza obrysem fundamentu na dowolnej głębokości.

25.)

Przebieg osiadania w czasie: proces zagęszczania gruntu następuje na skutek zmniejszenia się wilgotności i wypierania wody z pór gruntowych (całokształt tego procesu opisany jest procesem konsolidacji). Matematyczny zapis tego zjawiska możliwy jest przy następujących ogólnych założeniach:

powietrze zawarte w porach gruntu przemieszcza się wraz ze szkieletem przy uwzględnieniu, że woda zachowuje się zgodnie z prawem Darsy tj. naprężenia wzrastają i zbliżają się do ostatecznych które zostaną osiągnięte po zakończeniu procesu konsolidacji.

Fuorin podaje następujący układ stosowany w praktyce:

- warstwy gruntu spoistego są bardzo cienkie

- współczynnik filtracji nie ulega zmianie w czasie konsolidacji

- gradient początkowy =0

- grunt uważamy za niemal całkowicie nasycony wodą (autor dopuszcza śladowe ilości powietrza)

- warstwy gruntu spoistego bardzo cienkie, poprzedzielane są bardzo cienkimi warstwami gruntu sypkiego.

Wielkość osiadania po czasie t oblicza się ze wzoru:

S_t- osiadanie po czasie t; t- czas od początku konsolidacji do czasu wykonania obliczeń; i- liczby lat nieparzystych; a- współczynnik ściśliwości; p.- obciążenie warstwy ściśliwej odpowiednim naprężeniem dla którego obliczmy osiadanie; e_śr- średni wskaźnik porowatości; h- miąższość warstwy ściśliwej; c=k×(1+e_śr)/ρ_w.

28.)

Oddziaływanie temperatury powietrza na grunt maleje wraz z głębokością.

Wahania zmian mogą być rejstrowane na głębokości rzędu 7-8m. Inżynierskie znaczenie, w kontekście fundamentowania budowli i ich stateczności, mają zmiany do głębokości ok. 2m. Polska norma budowlana -03020- określa głębokość przemarzania w zależności od położenia w obrębie stref klimatycznych. Dla części górskiej i podgórskiej Polski wynosi ona 1,2m; dla części centralnej 1m; dla północnej 0,8m. Wymiana ciepła w relacji powietrze grunt polega na następujących zjawiskach geotermicznych:

- pochłanianie bezpośredniego promieniowania słonecznego i wypromieniowywanie go z gruntu.

- wymiana ciepła (powodowana różnicą temperatur) w relacji grunt powietrze, przy czym znaczny udział ma tutaj krążenie powietrza w szczelinach, kawernach i głębszych warstwach gruntu.

- Wymiana ciepła w relacji powietrze grunt pomiędzy poszczególnymi warstwami, spowodowana krążeniem wody w warstwach.

Termiczne własności gruntu charakteryzuje pojemność (właściwa, objętościowa) i przewodność cieplna. Pojemność cieplna Zależy w dużej mierze od porowatości gruntu (im porowatość wyższa tym pojemność się zmniejsza). Z inżynierskiego punktu widzenia wygodniej jest posługiwać się

pojemnością cieplną właściwą ze względu na uniezależnienie się od porowatości. Zjawiska cieplne mające wpływ na pojemność cieplną są wynikiem oddziaływania trzech faz w gruncie. Pojemność cieplna zależy również od składu mineralogicznego (dla większości minerałów waha się 0,2cal/g1⁰). Przewodność cieplna jest to prędkość przechodzenia ciepła - jest to ilość ciepła którą przekazuje 1cm² w ciągu 1s przy spadku temperatury o 1⁰ na długości 1cm (sucha glina 0,00033; woda 0,0012; powietrze 0,00005cal/cms).

Przemarzanie gruntu: dla rozwiązań inżynierskich największe znaczenie spośród zjawisk cieplnych posiadają procesy przemarzania i odmarzania. Fazę stałą zamarzniętego gruntu stanowi szkielet gruntowy i lód. O własnościach tej fazy decyduje skład mineralny, a w szczególności zawartość części koloidalnych oraz wielkość powierzchni właściwej. Fazę ciekłą stanowi woda której ilość zależna jest od składy mineralnego, powierzchni właściwej, stopnia zmineralizowania, temperatury i ciśnienia. Decyduje ona o scementowaniu cząstek. Mechanizm zamarzania gruntu stymulowany jest temperaturą otoczenia, gęstością objętościową gruntu, jego wilgotnością oraz położeniem zwierciadła wody gruntowej. Zamarznięty grunt powoduje ruch wody w kierunku frontu zamarzania. Ruch ten powstaje zarówno na skutek działania sił kapilarnego podsiąkania oraz sił molekularno-absorbcyjnych. Występują one na powierzchni cząstek gruntowych oraz w powstających kryształkach lodu. W trakcie zamarzania gruntu grubość warstw wody błonkowej zmniejsza się, powodują to kryształki lodu przyciągające wodę błonkową. Ośrodkami zamarzania wody mogą być igły lodowe powstałe w wyniku zamarzania wody wolnej, lub inne ośrodki krystalizacji. Należy przy tym pamiętać że ani woda wolna, ani włoskowata w temperaturze -1- -5⁰C nie jest przyciągana przez kryształki lodu.

Ruch wody wolnej polega głównie na uzupełnianiu w błonkach wody związanej na poziomie izotermy zero. Błonki te w ośrodku gruntowym są ze sobą połączone. Naruszony stan równowagi w grubości osłonek wody podczas mrożenia gruntu wytwarza pewien gradient ciśnienia powodujący ruch wody w kierunku frontu zamarzania.

Głębokość przemarzania: jest to wartość bardzo istotna ze względu na bezpieczne posadowienie fundamentów. Będące w użyciu wzory, na głębokość przemarzania, wymagają parametrów trudnych do wyznaczenia (np. przebieg temperatur na powierzchni gruntu, warunki wilgotności, pojemność i przewodność cieplna). Warunki termiczne w gruntach charakteryzuje wskaźnik mrozowy. Jest to suma algebraiczna średnich dobowych temperatur powietrza dla okresu zimowego. Wartość tego wskaźnika wyrażona jest w ⁰ i przedstawia sobą wartość sumy w zakresie maksimum a minimum krzywej sumowej. Charakterystyka tej krzywej to zmienność zjawisk mrozowych: trwałość mrozów i okresy odwilży. Głębokość przemarzania można orientacyjnie określić ze wzoru:

Z=10^-3(126-0,93×S)×G×W×R [cm]

S- grubość warstwy śniegu; G -współczynnik zależny od rodzaju gruntu; W- współczynnik zależny od osłony terenu; R- wskaźnik mrozowy w stopniach.

Wpływ mrozy na własności gruntu: najistotniejszy wpływ zaznacza się w strukturze gruntu. Charakter tych zmian zależy od własności gruntu, a przede wszystkim od jego wilgotności. Powstający lód w obrębie porów gruntowych lub samodzielne kryształy rozsuwają cząstki gruntu i zajmują objętość znacznie przewyższającą pory. Z drugiej strony działanie lodu jest cementujące i ośrodek taki nabiera cech ciała stałego. Jeżeli przy przemarzaniu gruntu następuje intensywne podciąganie wody do frontu przemarzania to wilgotność w tej strefie znacznie się zwiększa, natomiast gęstość objętościowa znacznie maleje. Grunty całkowicie nasycony wodą są całkowicie nieprzepuszczalne. W przypadku niepełnego nasycenia i zamarznięcia gruntu przepuszczalność jest znacznie ograniczona i może nastąpić jedynie przy ogromnym gradiencie hydraulicznym. Cech ta jest wykorzystywana przy wykonywaniu wykopów i głębieniu szybów.

Spójność gruntu przed zamarzaniem szacowana na 0,2-0,7kg/cm², po mrożeniu osiąga wartość 5-7. Ściśliwość gruntów zamrożonych jest bardzo mała. Ogólnie obowiązuje zasada że im niższa temperatura mrożenia gruntu tym jego wytrzymałość jest wyższa. W trakcie krystalizacji wody następuje powiększenie jej objętości o ok. 9% i zmniejszenie gęstości o ok. 8%

29.)

Wysadziny: zamarzająca woda zawarta w gruncie powiększając swoją objętość zwiększa objętość masy gruntu. Dodatkowo w trakcie mrożenia następuje migracja wody do fronty przemarzania co powoduje stałe zmiany objętości. Jest to proces tworzenia się wysadzin które mogą zaistnieć jeżeli:

- ujemne temperatury powietrza trwają długo

- grunt jest wysadzinowy

- grunt posiada wysoką wilgotność a zwierciadło wody zalega płytko.

Generalnie grunty dzielimy na:

- nie wysadzinowe: żwiry, pospółki, piaski (grunty te o grubym uziarnieniu „umożliwiają” rośnięcie kryształów lodu bez przeszkód w różnych kierunkach)

- grunty o drobnym uziarnieniu -spoiste, i obecnych w nich porach o małej średnicy umożliwiają jedynie rozpychanie przez rosnące kryształy lodu. Mała średnica cząstek i porów gruntowych mają durzy wpływ na utrzymanie wody błonkowej i wzbogacanie strefy przez podciąganie wilgoci do frontu przemarzania. Wielkość wysadzin jest zależna, w dużym stopniu, od ilości podciągniętej wody do frontu przemarzania, oraz ilości wody w tej strefie przed przemarzaniem. Fundament budowli posadowiony w strefie przemarzania podlega działaniu sił wysadzinowych (rzędu 5-8kg/cm²) działających prostopadle do jego podstawy, oraz stycznie do pobocznicy.

Kryteria wysadzinowości: w naszym kraju obowiązuje kryterium profesora Wiłuna, a ponad to stosowane jest kryterium inżyniera Rolla. Generalnie kryteria rozpatrują grunt biorąc pod uwagę np. uziarnienie (Croneya).

Kryterium profesora Wiłuna:

- niewysadzinowe: grupa A -zawierają <5% ziarn mniejszych od 0,02mm

- wątpliwe: grupa B -są wysadzinowe w niekorzystnych warunkach 5-10% ziarn mniejszych 0,02mm, kapilarność bierna H_kb<1m.

- wysadzinowe: grupa C-1 - >10% ziarn mniejszych 0,02mm, H_kb>1m.

- małowysadzinowe: grupa C-2 - wysadzinowe w szczególnie niekorzystnych warunkach, >30% frakcji iłowej

Według tego kryterium miarą wysadzinowości gruntu jest wielkość wskaźnika wysadzinowości obliczona ze wzoru:

W_w=S_g×S_n×S_k

S_g- współczynnik zależny od warunków gruntowych; S_n- od warunków wodnych (położenie zwierciadła); S_k- od warunków klimatycznych.

Przełomy na drogach: proces odmarzania gruntu przebiega zarówno od strefy powierzchniowej gruntu jak i od głębszych warstw w podłożu. Na wiosnę następuje szybki odmarzanie gruntu od góry, a nadmiar wody z topniejących soczewek lodu nie może być odprowadzony w głębsze podłoże ponieważ jest ono w dalszym ciągu zamarznięte. Grunt nadmiernie zawilgotniony jest miękkoplastyczny i staje się małonośny. Jest to przyczyną powstawania przełomów -uszkodzeń nawierzchni wymagających napraw. Lekkie budowle płytko posadowione mogą ulec nadmiernym osiadaniom. Nadmierność ciężkich pojazdów poruszających się po drodze z uplastycznionym podłożem zwiększa ilość przełomów, stąd celowe jest ograniczenie natężenia ruchu w niesprzyjających warunkach.

Zabezpieczenie budowli przed przemarzaniem:

- obniżenie poziomu wody gruntowej, docelowo wykonanie drenażu.

- usunięcie, o ile to możliwe, gruntu wysadzinowego i zastąpienie go innym gruntem (niewysadzinowym).

- właściwe zagęszczenie podłoża.

- posadowienie poniżej głębokości przemarzania.

30.)

W praktyce inżynierskiej przy rozpatrywania zagadnienia stateczności zboczy wyróżnia się dwie grupy metod:

1. -wzory i metody określające bezpieczny kształt stoku, który spełnia wszystkie wymagania stateczności. Do tych metod należą między innymi metody Sokołowskiego, Taylora, Masłowa.

2. -metody oparte na określeniu współczynnika bezpieczeństwa istniejącego stoku. Do tych metod zaliczamy metody Bischoppa,Jambu, Terarekalena i Falleniusa (Podstawową sprawą w tej metodzie, przy pomocy której określamy współczynnik bezpieczeństwa n=M_u/M_w>1,2; jest określenie środka obrotu, płaszczyzny obrotu i cylindrycznej płaszczyzny ześlizgu; do momentów utrzymujących M_u zaliczamy wycinki położone po lewej stronie płaszczyzny obrotu i siły spójności działające na krzywoliniowej płaszczyźnie ześlizgu; siły wywracające są to siły pochodzące od ciężarów wycinków położonych po prawej stronie osi obrotu).

W obu przypadkach musimy rozpoznać cechy gruntu takie jak: -wilgotność, -gęstość objętościową, -kąt tarcia wewnętrznego, -kohezja.

Naruszenie stateczności zboczy zależy od ogólnych warunków równowagi jak i od warunków procesów fizyko-chemicznych zachodzących w gruntach. Niestateczny będzie taki stan gruntu przy którym zewnętrzne działanie nieznacznej wartości siły może naruszyć jego równowagę. Z tym związana jest zmiana struktury jak i ruch całego zbocza który trwa tak długo aż nie osiągnie nowego stanu równowagi.

Podstawowymi stanami naruszenia stateczności zboczy są:

osuwiska: zachodzą głównie w gruntach sypkich i zależne są od zmian wielkości sił spójności. Osuwiska są zjawiskiem złożonym, stanowiącym całokształt następujących jedno po drugim poszczególnych obsunięć mas gruntu.

Odrywy: różnią się od osuwisk tym, że przy ich formowaniu odkształcenia obejmują znaczne powierzchnie gruntu o stosunkowo niedużej grubości.

Spływ nie plastyczny: stanowią, naruszenie stateczności zboczy wskutek przejścia gruntów w stan płynny. Ogólnie uznaje się że im więcej wilgoci może utrzymać w sobie grunt tym bardziej okazuje się stateczny. Przy jednakowej zawartości wody pozbawione spójności grunty pylaste, piaski drobnoziarniste łatwiej przechodzą w stan płynny niż grunty spoiste. Natomiast w gruntach łatwo przepuszczających wodę (np. żwiry, piaski gruboziarniste) muszą powstać specjalne okoliczności aby wywołać w nich stan ruchu.

Spływ plastyczny: jest zjawiskiem plastycznego płynięcia miękkich mas gruntu. W tych warunkach grunt podlega prawom hydrodynamiki w których wykazano, że opór tarcia powiększa się wraz ze wzrostem prędkości ruchu.

Różnica pomiędzy osuwiskami i obrywami, a spływami polega na tym, że w pierwszym przypadku wytwarza się krzywoliniowa powierzchnia poślizgu, podczas gdy podczas poślizgów wyraźnej powierzchni nie ma.

Przyczyny naruszenia stateczności zboczy:

- podcięcie zbocza: usunięcie naturalnego podparcia mas ziemi, wykonywanie wykopów, rowów, podmywanie zboczy przez wodę.

- wzrost obciążenia: najczęściej jest to wzrost ciężaru gruntu wskutek nasycenia go wodą ( w okresie długotrwałych deszczy). Suchy grunt po nasyceniu go wodą zwiększa gwałtownie swój ciężar. Całkowita gęstość objętościowa gruntu z uwzględnieniem przyjmowanej wody wynosi ρρ_dρ_w( -wskaźnik porowatości.

Wpływ ciśnienia spływowego: siły wywołujące przesączanie się boczne tzn. ciśnienie spływowe wody.

Pogarszają one w każdym przypadku stateczność zboczy, zwłaszcza przy wykonywaniu wykopów. Ciśnienie spływowe jest równe iloczynowi gęstości właściwej wody i spadku hydraulicznego. Jest ono skierowane wzdłuż stycznej do osi ruchu wody. Działanie ciśnienia spływowego jest szczególnie niebezpieczne w drobnoziarnistym piasku. Warunki stateczności pogarsza fakt iż w miarę zbliżania się do podstawy zbocza wartość spadku hydraulicznego szybko wzrasta. Po obfitych opadach powierzchnia wód gruntowych staje się bardziej nachylona, wartość spadku rośnie i dlatego wzrasta niebezpieczeństwo spełzywania zboczy. Zmniejszenie wytrzymałości gruntu przejawia się głównie w zmianie sił spójności i oporów tarcia. W skutek wielokrotnych, cyklicznych procesów wysychania i nawilgocenia gruntu, a także okresowego działania mrozu następuje zjawisko wywołujące rozluźnienie gruntu i zmniejszenie wartości sił spójności.

---