1. Czynniki i procesy decydujące o powstawaniu i rozdrobnieni gruntów.

Głównym procesem decydującym o powstawaniu i rozdrabnianiu gruntów jest wietrzenie. Proces wietrzenia trwa ok. 5 mld lat. W ciągu tak długiego czasu utworzyły się i w dalszym ciągu tworzą się ze skał grunty, ulegające jednocześnie dalszym przemianom.

Grunty powstały ze skał na skutek wietrzenia fizycznego, chemicznego i organicznego oraz przez rozdrobnienie mechaniczne.

Skały składają się z różnych minerałów (kalcyt, dolomit, kwarc). Składniki te mają różne zabarwienie, różne współczynniki rozszerzalności cieplnej i różną odpornośc na działanie wody i kwasów. Wskutek zmian temp. Skały podlegają nierównomiernemu rozszerzeniu, co powoduje powstawanie na ich powierzchni najpierw drobnych, a w miarę upływau czasu coraz większych szczelin.

Woda oraz powietrze powodują wietrzenie chemiczne składników skał i powstawanie nowych związków chemicznych. Kwarc i muskowit prawie nie ulegają wietrzeniu i pozostają w wietrzejącej skale w postaci ziarn, które po wypłukaniu przez wodę tworzą piasek.

Wietrzenie organiczne jest wywołane przez procesy życiowe zwierząt i roślin. Bardzo dużą rolę odgrywają bakterie, wywołujące przemiany chemiczne w swym otoczeniu. Niektóre bakterie wytwarzają kwas węglowy, azotowy, amoniak, przyczyniając się w ten sposób do dalszego wietrzenia gruntów. Powstałe w skutek wietrzenia fizycznego i chemicznego odłamki skał, staczając się po stokach w dół SA porywane przez potoki i przebywają długą drogę. Podczas tej wędrówki następuje rozdrobnienie okruchów i odłamków skalnych oraz ich zaokrąglenie.

Fale morskie uderzając o skaliste brzegi wypłukują i nadkruszają je. Odpadłe okruchy uderzając i trąc się stale o siebie ulegają dalszemu rozdrobnieniu, przemieszczając się stopniowo w żwiry i paski.

Spływające z gór lodowce również przyczyniają się w dużym stopniu do rozdrobnienia skał i ich odruchów podczas ruchu masy lodowca.

2. Podział gruntów spoistych. Kryteria podziału.

Grunt spoisty- nieskalisty grunt mineralny lub organiczny wykazujący wartość wskaźnika plastycznosci Ip>1% lub wykazujący w stanie wysuszonym stałość kształtu brylek przy naprężeniach większych niż 0.01 MPa, minimalny wymiar brylek nie może być przy tym mniejszy niż 10-krotna wartość maksymalnej średnicy ziaren. W stanie wilgotnym grunty spoiste wykazuja ceche plastyczności. Grunty spoiste tworzą pozornie jednorodną masę, która w pewnym zakresie wilgotności ma cechy plastyczne. Różne właściwości gruntów wynikają między innymi z różnej zawartości frakcji piaskowej, pyłowej i iłowej, co jest podstawą podziału tych gruntów na rodzaje.

Kryteria podzialu:

- ze względu na spoistość: mało spoiste 1%<Ip<10% ; srednio spoiste 10%<Ip<20% ; zwięzło spoisty 20%<Ip<30%; bardzo spoisty Ip>30%

- ze względu na stan gruntu zwarty( Il<0, w ≤ ws); półzwarty (Il≤0 ws <w≤wp) twardoplastyczny(0<Il≤0,25 wp<w≤wl) plastyczny(0,25<Il≤0,5 wp<w≤wl) miękkoplastyczny(0,5<Il≤1 wp<w≤wl) plynny(Il>1 wl<w)

- ze wzgledu na uziarnienie: piasek gliniasty, pył piaszczysty, pyl, glina piaszczysta, glina, glina pylasta, glina piaszczysta zwiezla, glina zwiezla, glina pylasta zwiezla, ił piaszczysty, il, ił pylasty.

- dodatkowy podzial: grunty aktywne, grunty przecietnie aktywne, grunty malo aktywne

3. Podział gruntów niespoistych. Kryteria podziału. Czynniki rozniace je od spoistych.

Grunty niespoiste (sypkie) tworzą pojedyncze ziarna piaskowe lub żwirowe i są one widoczne gołym okiem. Różnice w odległości rozpoznawania ziaren stanowią orientacyjne kryterium porównawcze przy określaniu rodzaju gruntu. Nie spełniają warunków gruntow spoistych.

Kryteria podzialu:

- ze względu na wilgotność; suchy(Sr=0), malo wilgotny(0≤Sr≤0,4), wilgotny(0,4<Sr≤0,8), nawodniony(0,8<Sr≤1).

- ze względu na uziarnienie: piasek gruby(zawartość ziaren o średnicy większej niż 0,5mm wynosi wiecej niż 50%), piasek sredni(zawartość ziaren o średnicy większej niż 0,5mm wynosi nie wiecej niż 50% lecz zawartość ziaren większych niż 0,25mm wynosi wiecej niż 50%), piasek drobny(zawartość ziaren o średnicy większej niż 0,25mmwynosi wiecej niż 50%), piasek pylasty.

- ze względu na zageszczenie: luzny(Id≤0,33), srednio zageszczony(0,33<Id≤0,67), zageszczony(0,67<Id≤0,8), bardzo zageszczony(Id>0,8).

4. Grunty organiczne, powstawanie, właściwości.

Grunt organiczny- grunt rodzimy, w którym zawartość czesci organicznych jest wieksza niż 2%.

Podział:

- grunty próchnicze; grunty nieskaliste, w których zawartość części organicznych jest wynikiem wegetacji roślinnej oraz obecności mikroflory i mikrofauny 2% < I_om  5%

- namuły(grunty powstałe na skutek osadzania się substancji mineralnych i organicznych w środowisku wodnym); namuły piaszczyste(mają własności gruntu niespoistego); namuły gliniaste(mają własności gruntu spoistego) 5% < I_om  30%

- gytie; namuły z zawartością węglanu wapnia > 5%, który może wiązać szkielet gruntu

5% <I_om  30%

- torf; gruntu powstałe z obumarłych i podlegających stopniowej karbonizacji części roślin

I_om > 30%

6.Woda gruntowa

Woda gruntowa występuje w gruncie pod postaciami

- wody błonkowej, przywartej do powierzchni cząstek gruntowych

- wody kapilarnej, utrzymywanej siłami napięcia powierzchniowego w porach gruntu ponad zwierciadłem wody wolnej

- wody wolnej,

Woda błonkowa jest tak silnie związana z cząstka gruntu ze nie mają na nią wpływu siły przyciągania ziemskiego.

Woda kapilarna opada w dół gdy ciężar jej przewyższy kapilarne siły napięcia powierzchniowego.

Woda wolna całkowicie ulega sile ciężkości i zajmuje możliwie najniższe położenie w porach gruntów przepuszczalnych. Wodę wolną w gruntach przyjęto nazywać wodą gruntową.

Woda błonkowa jest to woda która może występować w 7 warstwach (wokół cząstki) w zależności od zawilgocenia gruntu. W gruntach suchych bądź specjalnie suszonych występują tylko 3 warstwy, które w warunkach normalnych praktycznie SA nie od oddzielenia od cząstki gruntu(powyżej ok. 700 stopni). Pomiedzy cząstkami gruntu występują siły przyciągania- siły kapilarności,

Siły Kapilarności - działanie wody gruntowej Warstwy występujące wokół cząstki gruntu

W praktyce zetknięcie się cząstki gruntu z druga cząstką nie istnieje ponieważ dzieli je warstwa błony wodnej

Im bardziej wilgotny grunt tym większe warstwy bony i tym mniejsze siły spójności, gdyż miedzy cząstkami wytwarzają się powierzchnie poślizgu powodujące mniejsze tarcie. Im mniejsze cząstki

RODZAJE WODY W GRUNCIE:

1) Woda grawitacyjna: (będąca w ruchu)

-wpływ chemiczny- działalność chemiczna przejawia się rozpuszczaniem soli

-działanie mechaniczne

przekazuje na szkielet gruntowy ciśnienie hydrostatyczne

stan upłynnienia gruntu

2. Woda przesączająca się

Woda w ruchu podlega prograwitacji.

3) Woda kapilarna

Strefa kapilarna - utworzona przez ziarna piasku strefy wody, która jest podciągana i wypełnia w sposób częściowy

minerał + powietrze + woda

Strefa saturacji: woda + minerał

Występowanie wody kapilarnej związane jest z występowaniem sił napięcia powierzchniowego i sił podciągania wody

Wpływ niskich temperatur

Zdolność kapilarna gruntu

Soczewki lodowe (zmiana objętości V=9.1 %)

Migracja wody kapilarnej

Wzrost wysadzin w fazie zamarzania

Przy rozmarzaniu wzrost wilgotności

Procesy termodyfuzyjne

Woda kapilarna może utworzyć się w gruntach o średnicy ziarn < 6 mm. Wypełnia ona kanaliki istniejące w gruncie podnosząc się powyżej zwierciadła wody gruntowej wskutek działania sił molekularnych wody związanej i otaczającej cząstki gruntu na molekuły wody wolnej wskutek czego wytwarzają się meniski.

Zjawisko kapilarności występuje wskutek:

-zjawiska adhezji- przyczepność wody do ścianek rurki

-napięcia powierzchniowego wody.

Rozróżniamy 2 rodzaje kapilarności:

Strefa na jaką podniesie się samoistnie woda w kapilarach nazywa się kapilarnością czynną (max zasięg podniesienia się wody)

H_kc > H_kb

H_kc- strefa kapilarności czynnej,

H_kb- strefa kapilarności biernej

H_kc- podstawowe kryterium o zamarzalności gruntów.

Siła podciągająca słup wody F_k na wysokość h_k przypadająca na jednostkę przekroju kapilary wyznacza się ze wzoru Laplace'a:

F_k=a_k*, gdzie:

R₁, R₂- główne promienie menisku

a_k- jednostkowe napięcie powierzchniowe przypadające na jednostkę (długości) objętości kapilary

A_k=2**R*a_k*sin, gdzie

A_k- całkowite napięcie powierzchniowe

- kąt zwilżania

=2**R*a_k*sin,

F=*R²*sin²,

F_k=,

ponieważ siła F_k unosi wodę o ciężarze F_k=*h

Porównując oba wzory

wielkość wniosu kapilarnego h_k=, im mniejsze kapilary tym woda się wyżej wzniesie

a_k=0.0727 ,

h_k=, gdzie r- promień kapilary

Wpływ sił kapilarnych w warunkach rzeczywistych

-jeżeli w piaskach chcemy wykonać otwór, to wykonuje się wykopy w mokrym piasku (bez szalowania)

-zagęszczenie (spajanie ziaren)

Wilgotność optymalna (W_opt)- wilgotność gruntu, przy której następuje bardzo dobre spajanie ziaren, powstaje bardzo twarde podłoże

Wysokość podnoszenia się wody zależy od uziarnienia

-w żwirach 1-3 cm

-w piaskach grubych 3-7 cm

-w piaskach średnich 7-20 cm

-w piaskach drobnych (P_d) 20-100 cm

-w pyłach () 1.0-30 m

Obserwuje się kapilarność w granicach 3-4 m. Przepuszczalność gruntu ma wpływ na kapilarność. Kapilarność jest pomijana w literaturze, w praktyce ma małe znaczenie, istotne w warunkach przemarzania.

Woda związana z powierzchnią graniczną

W gruntach, w których brak siły wiążącej

Woda wolna- temperatura krzepnięcia 0⁰C , podlegają prawom grawitacji

Woda silnie związana: temperatura krzepnięcia -78⁰C do -150⁰C, gęstość objętościowa =1.8 g/cm³, zaczyna odparowanie w temperaturze +200⁰C do 400⁰C

Woda absorbcyjna i błonkowa- woda błonkowa przesuwa się z jednej cząstki na drugą niezależnie od sił ciężkości do chwili wyrównania gr powłoki wodnej w obu cząstkach, nie przekazuje ciśnienia hydrostatycznego.

Wpływ wody związanej na właściwości fizyczne i mechaniczne jest tym większa im drobniejsze jest jego uziarnienie, przejawia się w takich właściwościach jak:

-przepuszczalność,

-podnoszenie kapilarne

-ściśliwość, itp.

Woda wchodząca w skład minerałów

-woda krystalizacyjna (np. gips), CaSO₄*2H₂O

-woda chemicznie mieszana (wchodzi w skład Ca)

Usunięcie tej wody w obu przypadkach powoduje wyraźną zmianę właściwości chemicznych i fizycznych i rozkład mineralny.

Woda w postaci pary wodnej- występuje w strefie aeracji (napowietrzania) ogólnie nie przekracza 1% ciężaru gruntu.

Jest źródłem tworzenia się innych rodzajów wody, przede wszystkim związanej z powierzchnią cząstek

Dużą rolę odgrywa w procesie przemarzania gruntów

Woda w postaci lodu

Występuje w temperaturze <0⁰C i strefie przemarzającej, w Polsce 1-2 m. poniżej poziomu terenu.

Półzwarte iły zamarzają w temperaturze -10⁰C. Zamarzanie gruntu, to zamarzanie wody. Można wykonać wykopy w gruntach pzw lub zw (gdy są zamarznięte).

Każde ciało fizyczne zmieniające fazę zmienia swoją objętość.

7. Gęstości: objętościowa, właściwa i objetościowa szkieletu gruntowego, pozorna, maksymalna szkieletu gruntowego.

Gęstość objętościowa gruntu - stosunek masy gruntu do jego objętości (
; M - masa gruntu [g], V - objętość gruntu [cm³].

Gęstość właściwa gruntu (
) - stosunek masy jego cząstek do ich objętości (
; M_d - masa czastek gruntu [g]; V_s - objętość samych czastek szkieletu gruntowego w [cm³]).

Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego - nazywamy mase ziaren i czastek stalych w jednostce objętości gruntu (
; M_d - masa szkieletu w probce gruntu, oznaczona przez wysuszenie [g]; V - objętość probki <przed wysuszeniem> [cm³]).

Gęstość maksymalna szkieletu gruntowego (wg Proctora) -

8. Uziarnienie gruntów. Metody badań, wskaźnikowe cechy uziarnienia

Podstawową charakterystyką gruntów jest jego uziarnienie. Szkielet gruntowy składa się z ziaren i cząstek o różnych wymiarach i różnych kształtach.

Podział gruntów na rodzaje oparty został na następujących pojęciach:

#Średnica zastępcza- rzeczywisty kształt ziarna zastępuje się w uproszczeniu kształtem kulistym lub średnicą oczka.

#Ziarna -ziarna gruntu mają średnice zastępcze większe niż 0,05mm

#Cząstki -cząstki gruntowe maja średnice zastępcze d

#Frakcja -jest to dowolny przedział średnic zastępczych gruntu.

Metody badania

Do oznaczania uziarnienia gruntów stosuje się dwie metody:

-Sitową dla żwirów i piasków o uziarnieniu powyżej 0.07 mm

Analiza sitowa polega na przesiewaniu wysuszonego piasku przez sita o określonych wymiarach oczek i obliczaniu w procentach zawartości ziaren, pozostających na kolejnych sitach, w stosunku do całkowitej masy badanej próbki.

-Areometryczną dla gruntów spoistych, zawierających dużą część cząstek mniejszych niż 0.07 mm

Analiza aerometryczna polega na przygotowaniu jednorodnej zawiesiny badanego gruntu i wyznaczeniu jej gęstości objętościowej, zmniejszającej się, w miarę opadania cząstek zawiesiny.

Wskaźnikowe cechy uziarnienia

Najdokładniejszą charakterystyką uziarnienia gruntu jest jego krzywa uziarnienia. Dodatkowymi charakterystykami uziarnienia są:

- wskaźnik różnoziarnistości U

d60 - średnica zastępcza ziaren które wraz z mniejszą od nich stanowią 60% całego gruntu

d10 - średnica zastępcza ziaren które wraz z mniejszą od nich stanowią 10% całego gruntu

U<5 równoziarnisty

5<U<15 różnoziarnisty

U>15 bardzo różnoziarnisty

Wks. Różnoziarnistości stosowany jest jako kryterium doboru gruntu na warstwy filtru odwrotnego, warstwy drenażowe (U<5)

- wskaźnik krzywizny c

gdzie d to średnice zastępcze ziaren które wraz z mniejszą od nich stanowią odpowiednio 30; 10; 60 procent całego gruntu

Wskaźnik krzywizny (wraz z wsk. Różnoziarnistości) służy do oceny podatności gruntów żwirowych i piaszczystych na zagęszczenie; jest to ważne przy budowie nasypów. Grunty dobrze uziarnione, tzn. podatne na zagęszczenie (c= 1-3), w przypadku piasków U>6, w przypadku żwirów U>6

-Cecha dominacji Cd

gdzie d to średnice zastępcze ziaren które wraz z mniejszą od nich stanowią odpowiednio 90; 30; 50 procent całego gruntu

Jeśli Cd>1, - w gruncie przeważają ziarna o średnicy większej od średnicy d₅₀

Jeśli Cd<1, - w gruncie dominują ziarna drobniejsze

Średnica d₅₀ - przeciętna lub środkowa. Średnica d₁₀ - średnica miarodajne (jeśli przygotujemy grunt składający się wyłącznie z średnic d10 to będzie on miał taką samą przepuszczalność co grunt rzeczywisty

- wskaźnik SRF

S-zawartość ziaren o średnicy większej niż 0,075mm (ziarna piaszczyste)

F- zawartość cząstek o średnicy mniejszej niż 0,075mm (ziarna drobne)

Wskaźnik SFR stosowany jest jako jedno z kryteriów wyróżniających gruntów na upłynnienie.

9.Porowatość i wskaźnik porowatości. Opisać metody wyznaczania.

Porowatością „n” nazywamy stosunek objetosci porow Vp do objętości całego gruntu V (szkielet gruntu + pory); porowatość obliczamy ze wzoru n=.

Wobec trudności bezpośredniego pomiaru szkieletu gruntowego i objętości porow posługujemy się metoda posrednia, oparta na zależnościach wynikających ze wzorow:
,
;
. Na podstawie tych wzorow otrzymujemy:
, gdzie
- ciezar objętościowy szkieletu grunowego w kN/m³,
_s - ciezar właściwy czastek gruntu w kN/m³,
- gęstość właściwa cząstek gruntu w g/cm³;
- gęstość objętościowa szkieletu gruntu w g/cm³; V_s - objętość szkieletu gruntowego, V_p - objętość porów V=V_p + V_s.

Wskaźnik porowatości - stosunek objętości porów do objętości cząstek gruntu (szkieletu).

(e), e=

-dla piasków i żwirów e=0.3 do 1

-dla gruntów spoistych e>1, dochodzi do 3

Wysokie e grunt pod wpływem obciążenia szybko się zagęszcza.

11. Wodoprzepuszczalnośc gruntów

Zdolność gruntów do przepuszczania wody siecią kanalików, utworzonych z jego porów, nazywa się wodoprzepuszczalnością. Opór jaki grunt stawia wodzie przy jej przepływie, zależy w głównej mierze od:

- uziarnienia gruntów

- porowatości gruntów

- składu mineralnego szkieletu gruntowego i rodzaju kationu wymiennego

- temperatury wody (lepkości)

Czynnikiem powodującym przepływ wody w warunkach naturalnych są siły grawitacji ziemskiej, dążące do wyrównania różnic poziomów wody w naczyniach, między którymi możliwy jest jej przepływ. Prędkość przepływu wody zależy od ilorazu otrzymanego z podzielenia nadciśnienia przez długość drogi filtracji, czyli od tak zwanego spadku hydraulicznego.

i- spadek hydrauliczny

-różnica wysokości poziomów piezometrycznych wody w cm

l- długośc drogi przepływu w cm

Miarą wodoprzepuszczalności gruntu jest stała k, zwana stałą Darcy'ego, określająca zależność między spadkiem hydraulicznym i a prędkością przepływu wody w gruncie

v=k*i

Oznaczenie wsp wodoprzepuszczalności gruntów spoistych

Do tych badań służy aparat typu ITB-ZK k2 . Badanie wykonuje się na próbkach o strukturze nie naruszonej, pobranych w miejscu budowy do pierścienia 5 o znanej objętości i masie. Próbkę w pierścieniu (przed badaniem) należy wysuszyc i określic
piasku. W razie braku próbek w stanie nienaruszonym do badań używa się kilku próbek wysuszonego piasku o różnym zagęszczeniu.

12. Ciśnienie wody w porach ciśnienie spływowe

Ciśnienie wody w porach gruntu

Rozkłady ciśnień wody w porach gruntu i naprężeń w szkielecie gruntowym oraz naprężenia całkowite wywołane siłami zew., działającymi na grunt, są ściśle ze sobą związane. Współzależność między tymi naprężeniami najprościej jest prześledzic, rozpatrując stan naprężeń przed obciążeniem i po obciążeniu powierzchni gruntu.

Ciśnienia wody w porach po zakończonej konsolidacji (ew.dekonsolidacji) są równe ciśnieniu hydrostatycznemu; natomiast w przypadku nieskończonej konsolidacji można przyjąc, że:

u- ciśnienie w wodzie porowej w dowolnym okresie konsolidacji

u_o- ciśnienie hydrostatyczne

u_qt- nadciśnienie (lub podciśnienie) wywołane zmianą obciążenia zew., zależne od czasu konsolidacji

Zmiana ciśnienia wody w porach gruntu może wystąpić również w przypadku zmiany poziomu zwierciadła wody gruntowej w ośrodku gruntowym. Zmiana poziomu zwierciadła wody gruntowej zmienia wartośc u_o i powoduje zmianę naprężeń w szkielecie gruntowym, jeżeli zwierciadło wody znajduje się poniżej powierzchni terenu. Zmiany poziomów wody w gruncie i zmiany obciążeń gruntu mogą powodowac zmiany ciśnień porowych i naprężeń efektywnych w szkielecie gruntowym.

Ciśnienie spływowe

Przy ruchu wody w gruncie powstaje opór tarcia wody o cząstki gruntowe. Na pokonanie tego oporu musi być zużyta hydrauliczna różnica ciśnień wody, działających na przednią i tylnia ścianę rozpatrywanego elementu gruntu.

Hydrauliczna różnica ciśnień wody wynosi:

Siła ciśnienia wody, wywierana na cząstki gruntowe zawarte w jednostce objętości, wynosi więc:

Siłę tę nazywamy ciśnieniem spływowym (hydrodynamicznym), liczbowo równa się ona iloczynowi spadku hydraulicznego i ciężaru objętościowego wody. Kierunek działania tej siły jest styczny do linii przepływu, jest to siła objętościowa i ma miano kN/m³

13. Ruch wody w ośrodku gruntowym. Ciśnienie spływowe i warunki filtracyjne

Czynniki powodujące ruch wody w gruncie:

grawitacja, wymuszenia zewnętrzne, pole temperatur, pole elektryczne.

Grawitacja: spadek hydrauliczny: i=H/l, H=H_A-H_B;

prędkość krytyczna: v_k = R_E⋅_c⋅g/(D⋅γ_w), D-średnica kanalików. Liczba Reynoldsa: R_E = v⋅d/,  - współczynnik lepkości.

Przepływy: laminarne (cząstki cieczy poruszają się po torach równoległych), burzliwe (tory przecinają się). Przejście z laminarnego do burzliwego - po przekroczeniu prędkości krytycznej. Zwykle w gruntach - laminarny; przepływ burzliwy jest b. niekorzystny, należy mu zapobiegać.

Ciśnienie spływowe (hydrodynamiczne): p_kd = P_kd/(F⋅L)=γ_w⋅i o cisnieniu spływowym bliżej w pkt 12

Napór: H=h_w + h_y + v²/2g, h_w - wysokość ciśnienia, h_y - wysokość położenia.

Filtracją nazywamy ruch wody w skałach porowatych. Zdolność gruntu do przepuszczania wody systemem połączonych porów nazywa się wodoprzepuszczalnościa. Zdolność tę wyraża współczynnik wodoprzepuszczalności k. Współczynnik ten zależy przede wszystkim od porowatości gruntu, jego uziarnienia, składu mineralnego i temperatury wody. Współczynnik filtracji określa zdolność gruntu do przepuszczania wody przy istnieniu różnicy ciśnień wody. Zgodnie z linowym prawem Darcy'ego wyraża zależność pomiędzy spadkiem hydraulicznym a prędkością filtracji wody. Współczynnik filtracji jest wyrażany w jednostkach prędkości. Darcy na podstawie doświadczeń ustalił, że objętościowe natężenie przepływu filtracyjnego, czyli ilości wody przechodzącej przez środowisko porowate w jednostce czasu, jest proporcjonalne do spadku hydraulicznego, poprzecznego przekroju środowiska filtracyjnego i współczynnika filtracji: Q = k*J*F; Q - ilość wody przepływająca w jednostce czasu [m³/s]; k - współczynnik filtracji [m/s]; J - spadek hydrauliczny wyrażony różnica wysokości słupów wody lub różnicą ciśnień.

14. Pęcznienie gruntow, występowanie i cechujące go parametry.

Ekspansywność - pęcznienie gruntów. Pęcznienie gruntów polega na powiększeniu ich objętości przy pochłanianiu wody. Zdolność pęcznienia związana jest z hydrofilnym charakterem minerałów ilastych, wchodzących w skład gruntów spoistych oraz z ich dużą powierzchnią właściwą. Pęcznienie gruntu może prowadzić do ich rozpadu pod działaniem wody powodując rozmakanie gruntu.

Zdolność pęcznienia gruntu można scharakteryzować za pomocą:

- wskaźnika pęcznienia Vp określanego jako iloraz przyrostu objętości próbki gruntu ∆V po maksymalnym pęcznieniu do objętości pierwotnej V: Vp=∆V/V

- ciśnienia pęcznienia Pc jakie powstaje wówczas, gdy nie ma możliwości zmian objętościowych w procesie pęcznienia gruntu (ciśnienie pęcznienia jest równe jednostkowemu obciążeniu normalnemu, jakie należy przyłożyć na powierzchnię próbki gruntu w edometrze, gdy znajdzie się ona w kontakcie z woda, aby jej zmiany wysokości (pęcznienia) były równe zeru).

- wskaźnik ekspansji EI to stosunek różnicy wysokości próbki przed i po nasyceniu wodą (przy stopniu nasycenia 9 - 51 %) do wysokości początkowej próbki (naruszonej i zagęszczonej pod obciążeniem 7 kPa). Obliczany jest ze wzoru: EI=(∆h/H₁)*100% - gdzie: ∆h-różnica wysokości próbki przed badaniem i po badaniu (H1 - H2); H1 - wysokość pierwotna próbki (wysokość przed badaniem) H2 - wysokość próbki po badaniu.

Głównymi czynnikami wpływającymi na charakter pęcznienia gruntów są:

 skład i struktura gruntu (skład mineralny i granulometryczny),  skład kationów wymiennych, cechy strukturalno-teksturalne, wilgotność),  skład chemiczny i stężenie roztworu wodnego współdziałającego z gruntem.  wartość obciążenia zewnętrznego.

Ekspansywność - pęcznienie gruntów Na wartość pęcznienia wpływ ma wilgotność początkowa, (w miarę wzrostu wilgotności początkowej pęcznienie maleje).

15. Mechanizm tarcia cząstek gruntów spoistych i niespoistych

- W przypadku ścinania gruntów mamy do czynienia z oporem tarcia suwnego i obrotowego, gdyż przy poślizgu strefowym jednej warstwy gruntu po drugiej występuje opór nie tylko w powierzchniach poślizgu, lecz i opór wynikający z obrotu ziaren w stosunku do ziaren sąsiednich.

- Opór gruntu powstały na skutek tarcia suwnego i obrotowego nazywamy oporem tarcia wewnętrznego.

- Opór tarcia wewnętrznego gruntu nie jest wartością stałą, zależy od kształtu i wymiaru ziaren, ich wzajemnej odległości, naprężeń efektywnych w szkielecie gruntu (a więc od pochodzenia i uziarnienia gruntu), wskaźnika porowatości i ciśnienia wody w porach wpływającego na wartość naprężeń efektywnych.

- Kąt tarcia zależy od wymiaru ziaren i ich kształtu oraz stopnia zagęszczenia gruntu. Im grubsze są ziarna tym szersza jest strefa ogarnięta tarciem wewnętrznym ziaren. Im bardziej ostre są krawędzie ziaren, tym większy jest opór ich tarcia przy wzajemnym obrocie, gdyż większy jest opór ich wzajemnego zaklinowania się.

- W gruncie ilastym im więcej jest cząstek iłowych tym mniejsze jest tarcie wewnętrzne gdyż cząstki iłowe tworząc dookoła grubych ziaren otoczkę ułatwiają ich poślizg przy ścinaniu.

- Dla gruntu o o danym składzie granulometrycznym i mineralnym kohezja zależy od liczby kontaktujących się cząstek na jednostce powierzchni ścinania i odległości pomiędzy tymi cząstkami (czyli od wskaźnika porowatości).

- W przypadku gruntów spoistych w pełni nasyconych liczba cząstek w jednostce objętości jest związana z wilgotnością. Im więcej cząstek danego gruntu znajduje się w jednostce objętości, tym mniejsza jest wilgotność i większa kohezja.

- Grunty sypkie, ziarniste bez cząstek iłowych mają spójność bliską zeru. W miarę wzrostu zawartości cząstek iłowych w gruncie spójność wzrasta, gdyż w jednostce objętości wzrasta liczba cząstek, a więc wzrasta także liczba punktów kontaktowych na jednostce powierzchni ścinania.

- Oprócz powyższych czynników na spójność mają także wpływ siły kapilarne lub krystalizacja soli w porach gruntu. Opór gruntu wywołany tymi siłami w wielu przypadkach zwiększa spójność, ale łatwo znika w przypadku nawodnienia gruntu.

16. Parametry wytrzymałości na ścinanie metody ustalania,

Opór tarcia w odniesieniu do jednostki powierzchni ścinania gruntów sypkich (piasków suchych) w stanie równowagi granicznej wyraża się wzorem Coulomba: t =  = σ_n⋅tg 

Dla gruntów spoistych, mających opór tarcia i spójności, wzór przybiera postać:

t =  = σ_n⋅tg  + c,

t - opór tarcia wewnętrznego i spójności [Pa],  - naprężenie ścinające [Pa],

tg  - współczynnik tarcia wewnętrznego,  - kąt tarcia wewnętrzego [°],

σ_n - naprężenie normalne do powierzchni ścięcia [Pa], c - spójność [Pa].

Aby nastąpiło ścięcie gruntu, naprężenia ścinające muszą być większe od oporu tarcia wewnętrznego i spójności, czyli musi być spełniony warunek  > t.

Na podstawie powyższych wzorów można stwierdzić, że wytrzymałość gruntu na ścinanie jest funkcją kąta tarcia wewnętrznego, spójności i naprężenia normalnego do płaszczyzny ścinania.

Znajomość wytrzymałości gruntu na ścinanie jest niezbędna podczas wyznaczania wartości normowych obciążeń jednostkowych podłoża na podstawie naprężeń granicznych, przy projektowaniu skarp wykopów lub nasypów, do obliczania parcia gruntu na mury oporowe itp.

Opor tarcia wewnętrznego. Wielkość ta zależy od rodzaju gruntu (wymiaru i kształtu ziaren, pochodzenia gruntu). Dla danego gruntu wartość tarcia wewnętrznego zależy od: porowatości, wilgotności, ciśnienia wody w porach.

Spójność gruntu (kohezja) jest to opór gruntu stawiany siłom zewnętrznym wywołany wzajemnym przyciąganiem się cząstek składowych gruntu. Występuje w gruntach spoistych. Zależy od średnicy ziaren, wilgotności, genezy i składu mineralnego.

Kąt tarcia zależy od wymiaru ziaren i ich kształtu oraz stopnia zagęszczenia gruntu. Im grubsze są ziarna tym szersza jest strefa ogarnięta tarciem wewnętrznym ziaren. Im bardziej ostre są krawędzie ziaren, tym większy jest opór ich tarcia przy wzajemnym obrocie, gdyż większy jest opór ich wzajemnego zaklinowania się.

W gruncie ilastym im więcej jest cząstek iłowych tym mniejsze jest tarcie wewnętrzne gdyż cząstki iłowe tworząc dookoła grubych ziaren otoczkę ułatwiają ich poślizg przy ścinaniu.

17, Trójosiowy stan naprężeń. Wykreślić kota Mohra i ustalić wartość kąta tarcia

Wytrzymałością gruntu na ścinanie nazywa się maksymalny opór jednostkowy, jaki stawia grunt naprężeniom ścinającym w chwili nastąpienia ścięcia (poślizgu w płaszczyźnie ścinania). Określenie wytrzymałości gruntu na ścinanie sprowadza się do określenia kąta tarcia wewnętrznego i spójności. Laboratoryjnie wielkości te wyznacza się za pomocą: aparatu bezpośredniego ścinania (ABS), aparatu trójosiowego ściskania (ATS).

ATS: Badania w aparacie trójosiowego ściskania zaleca się przeprowadzać również na kilku próbkach tego samego gruntu (NW). Stosuje się próbki gruntu kształtu cylindrycznego o wysokości co najmniej dwukrotnie większej niż średnica. Po wycięciu próbki naciąga się na nią szczelną pochewkę gumową, łączącą próbkę z dolnym i górnym filtrem. Po ustawieniu kosza wpuszcza się do niego wodę, którą następnie spręża się do roboczego ciśnienia σ₃. Robocze ciśnienie przyjmuje się odpowiednio do warunków pracy gruntu pod budowlą. Po wstępnej konsolidacji (ew. dekonsolidacji i nasyceniu wodą) przeprowadza się ścinanie, dając dodatkowy pionowy nacisk q od góry, który zwiększa się do chwili przezwyciężenia oporu ścinania gruntu; łączny maksymalny nacisk σ₃ + q_max oznaczamy jako σ₁. Naprężenia σ₁ i σ₃ są naprężeniami głównymi; próbka ścina się pod kątem  do poziomu, wartość naprężenia normalnego σ_n i stycznego  wyznacza się za pomocą koła Mohra. Otrzymane koło Mohra jest kołem granicznym, a uzyskane naprężenie styczne  jest dla danego σ_n maksymalnym _f. Przeprowadzając kilka badań na kilku próbkach tego samego gruntu przy różnym ciśnieniu σ₃ otrzymuje się kilka granicznych kół Mohra. Obwiednia do granicznych kół Mohra będzie prostą Coulomba.

18. Wyznaczenie kąta tarcia wewnętrznego w aparacie bezpośredniego ścinania.

Aparat bezpośredniego ścinania (aparat skrzynkowy) jest najprostszym przyrządem do badania wytrzymałości na ścinanie gruntu w warunkach laboratoryjnych. Składa się z metalowej skrzynki podzielonej poziomo na 2 części, które mogą przesuwać się względem siebie. Próbkę gruntu (o wymiarach 6 x 6 x 2 cm lub 10 x 10 x 3 cm) z zazębionymi płytkami oporowymi umieszcza się w skrzynce, a następnie obciąża pionową siłą Q i ścina wskutek przesuwu względem siebie części skrzynki pod wpływem poziomej siły T. Maksymalna siła T_max przy której nastąpiło ścięcie próbki jest naprężeniem ścinającym  = T_max / A równym wytrzymałości na ścinanie _f. Ścinając tak kilka próbek przy różnych naciskach pionowych σ  Q/A i otrzymując odpowiadające im _f sporządza się wykres _f = f(σ) w postaci prostej (zwanej prostą Coulomba) której kąt nachylenia odpowiada kątowi tarcia wewnętrznego  badanego gruntu.

19. Współczynnik Poissona - znaczenie praktyczne i sposoby wyznaczania.

Współczynnik Poissona  jest stosunkiem odkształcenia poprzecznego do odkształcenia podłużnego przy osiowym stanie naprężenia.

Gdzie:

-  - odkształcenie; - n - dowolny kierunek prostopadły do m

Współczynnik Poissona wyznacza się na podstawie obserwacji przyrostu odkształceń podłużnych i poprzecznych cylindrycznej lub sześciennej próbki gruntu obciążonej pionową siłą P. Wartość współczynnika zależy od stopnia zagęszczenia (grunty niespoiste) i stopnia plastyczności (grunty spoiste) i wynosi 0,20,45.

Znajomość współczynnika Poissona ma znaczenie w obliczeniach dotyczących odkształcalności i ściśliwości gruntu.

Gdzie:

- δ - współczynnik zależności między modułami ściśliwości i odkształcenia

- E₀, E - moduły odkształcenia pierwotnego i wtórnego

- M₀, M - moduły ściśliwości pierwotnej i wtórnej

Gdzie:

- K₀ - współczynnik rozporu bocznego (współczynnik parcia spoczynkowego)

Nie mam zielonego pojęcia czy o to właśnie chodzi Parylakowi, ale nic innego nie udało mi się znaleźć

20. Jednoosiowa konsolidacja gruntu. Wyznaczanie edometrycznych modułów ściśliwości

Konsolidacją nazywamy zjawisko zmian objętościowych gruntu (odkształceń) zachodzących w wyniku wypierania wody z porów. Konsolidacja jednoosiowa w występuje gdy obciążona warstwa ma nieograniczone wymiary w planie, a obciążenie jest rozłożone równomiernie na nieograniczonej powierzchni, konsolidacja odbywa się w kierunku pionowym, a więc warstwa zmniejsza swoja wysokość równomiernie na całej powierzchni.

Założenia do teorii konsolidacji jednoosiowej wg. Terzaghiego:

• grunt jest jednorodny i całkowicie nasycony wodą

• szkielet gruntowy oraz woda są nieściśliwe (przebieg konsolidacji zależy od prędkości odpływu wody)

• ruch wody odbywa się zgodnie z prawem Darcy'ego (współczynniki ściśliwości oraz filtracji są stałe)

• powodem powolnego przebiegu konsolidacji jest jedynie mała wodoprzepuszczalność gruntu, a nie inne opory

• warstwa podlegająca konsolidacji jest nieograniczonej rozciągłości, przepływ wody odbywa się prostopadle do konsolidowanej warstwy

Czas trwania konsolidacji zależy głównie od przepuszczalności gruntu. Grunty o niskiej przepuszczalności (np. grunty spoiste) wymagają dłuższego czasu na zakończenie konsolidacji. Dlatego grunty te osiadają znacznie wolniej niż grunty niespoiste, i, co za tym idzie, proces ten trwa znacznie dłużej. Proces ten ilustruje krzywa konsolidacji.

Edometryczny moduł ściśliwości jest miarą zdolności gruntu do zmniejszania swojej objętości pod wpływem działającego obciążenia. Wyznacza się go poprzez badania w edometrze przy stopniowym wzroście obciążeń.

Próbki umieszczone w pierścieniu edometru obciąża się stopniowo przy czym każde kolejne obciążenie jest dwa razy większe od poprzedniego (przy wzroście obciążeń) lub dwa razy mniejsze (przy odciążaniu). Każdy stopień obciążenia utrzymuje się tak długo, aż zakończy się proces osiadania. Wg normy przyjmuje się, że proces osiadania próbki zakończył się, gdy zmiany wysokości próbki w czasie 14 h (grunty niespoiste) lub 419 h (grunty spoiste) od momentu zmiany obciążenia nie przekroczyły 0,001 mm. W związku z powyższym prowadzi się w określonych odstępach czasu pomiary wysokości próbki. Na podstawie tych obserwacji sporządza się wykresy konsolidacji oraz krzywe ściśliwości i odprężenia w postaci h = f(σ') lub e = f(σ').

Wartość edometrycznego modułu ściśliwości pierwotnej M₀ wyznacza się na podstawie wykresu ściśliwości pierwotnej. Wartość edometrycznego modułu ściśliwości M wtórnej wyznacza się na podstawie wykresu ściśliwości wtórnej. Wartość edometrycznego modułu odprężenia M_i wyznacza się na podstawie wykresu odprężenia. Prawda, że proste?

Gdzie:

- σ'_i = σ'_i - σ'_i-1 - przyrost obciążenia

- _i - względne odkształcenie

- h_i-1 - wysokość próbki w edometrze przed zwiększeniem naprężenia z σ'_i-1 do σ'_i

- h_i = h_i-1 - h_i - zmniejszenie wysokości próbki po zwiększeniu naprężenia σ'_{i i}

Gdzie:

- σ'_i = σ'_i - σ'_i-1 - zmniejszenie naprężeń

- _i - względne wydłużenie próbki

- h_i - wysokość próbki w edometrze przed zmniejszeniem naprężeń

- h_i - zwiększenie wysokości próbki po zmniejszeniu naprężenia σ'_i

22. Przemarzanie gruntu opisać i naszkicować mechanizm pęcznienia mrozowego

Pęcznienie mrozowe - powiększanie objętości gruntu przepojonego wodą w czasie zamarzania (o 9%); powstają różnego typu zaburzenia w strefie czynnej (inwolucje w kopalnych profilach glebowych); pękanie nawierzchni drogowych.
Podnoszenie mrozowe - wypychanie ku powierzchni gruntu większych okruchów skalnych (rośnięcie kamieni).

Im bardziej drobnoziarnisty jest grunt, tym mniejsze są wymiary porów, tym więcej porów jest prawie całkowicie wypełnionych wodą adsorbowaną, a więc lepsze są warunki do tworzenia się wydzielonych soczewek lodowych i powstawania wysadzin.

23. Kryteria wysadzinowości gruntów

Proces powstawania wysadzin powstaje podczas mrozów i przejawia się podnoszeniem nawierzchni drogowych o kilka do kilkunastu centymetrów.

Grunty spoiste <sypkie> ,nie zawierające frakcji iłowej i pyłowej przy przemarzaniu nie tworzą wysadzien, nawet w stanie nasyconym wodą. Grunty spoiste natomiast są bardziej wysadzinowe, im drobniejsze jest ich uziarnienie i większa wilgotność.

O wysadzinowości gruntów decyduje nie wymiar zairn gruntu, lecz wymiar porów. Jednak geotechnice posługują się jednak kryterium wysadzinowości wg. Uziarnienia gruntów, gdyż określenie wymiarów porów jest niemożliwe.

Najbardziej znane kryteria wysadzinowości gruntów:

Kryterium Casagrandego, wg Casagrandego wysadzinowe grunty to takie, które nierównoziarniste (stopień różnoziarnistości U>15), które zawierają więcej niż 3% cząstek mniejszych od 0,02 mm. Jeśli grunt jest równoziarnisty( U<5), to wysadziny występują w nim , gdy zawiera więcej niż 10 % cząstek mniejszych od 0,02 m.

Kryterium w USA, w Stanach Zjednoczonych za niewysadzinowe uważa się grunty zawierające mniej niż 3 % cząstek mniejszych niż 0,02mm. Grunty o większej niż 3% zawartości cząstek mniejszych od 0,02 mm przyjmuje się za wysadzinowe.

Wg. Wiłuna grunty można podzielić na 3 grupy <wg. Kapilarności>:

-grupa A- niewysadzinowe o kapilarności biernej < 1 m, bezpieczne w każdych warunkach wodnogruntowych i klimatycznych, do grupy tej należą czyste żwiry, pospółki i piaski, w których cząstek pyłowych (<0,05mm) jest 20 %, a cząstek iłowych prawie nie ma, grunty te w stanie wysuszonym nie tworzą bryłek;

-grupa B- wątpliwe( mało wysadzinowe) o kapilarności <1,3m , należą piaski bardzo drobne, piaski pylaste i piaski próchniczne, tworzące po wysuszeniu lekko spojone bryłki.

-grupa C- wysadzinowe, zalicza się wszystkie grunty o kapilarności biernej >1,3 m,do tej grupy należą wszystkie grunty spoiste i namuły organiczne.

24. Wiercenia geotechniczne, metody, ustalone parametry

Otwory wiertnicze wykonuje się najczęściej pod osłoną rur stalowych, jednak gdy otwory są płytkie wierci się często bez użycia rur, za to głębsze wykonuje się opuszczając świdry na żerdziach wiertniczych. W gruntach płynnych stosuje się szlamówkę, w gruntach suchych stosuje się świder spiralny, w miękkich iłach i glinach oraz gruntach mieszanych stosuje się łyżkę rurową(szapę), natomiast w twardych iłach i marglach świder-łyżkę. Otwory wiertnicze określają poziom wody gruntowej, który niejednokrotnie można ustalić na podstawie obserwacji zasięgu plam i warstw glejowych.

W czasie wiercenia napotkane grunty opisuje się na podstawie badania makroskopowego (notując barwę, stan gruntów oraz zawartość CaCO₂₎ notuje się również głębokośc pobranych próbek, opór gruntu przy wierceniu, nacisk na rury osłonowe i obserwacje poziomów wody.

Wiercenia przeprowadza się tak, aby na ich podstawie można było określić charakterystyczne przekroje geologiczne pod całą budowlę lub wykonać przestrzenny model pokładów oraz wyznaczyć poziomy wód gruntowych.

Sondowanie

Wiercenia geotechniczne wykonuje głównie samobieżnymi sondami GEOPROBE i POWERPROBE. Zasada działania wymienionych sond polega na wciskaniu w grunt próbników o średnicy 30 lub 48 mm. W metalowy próbnik o długości 120 cm wkłada się jednorazową tubę wykonaną z plastiku. W trakcie wciskania próbnika napełnia się on gruntem. Rozwiązanie to zmniejsza do minimum prawdopodobieństwa przemieszczania się zanieczyszczeń wzdłuż profilu sondowania. Bezpośrednio po każdym wydobyciu z otworu gruntu określa się makroskopowo jego rodzaj. Z każdej warstwy geotechnicznej pobiera się próbki gruntu, na których wykonuje się pełne badania makroskopowe. W wykonanych otworach istnieje możliwość zainstalowania tymczasowych filtrów o średnicy 25 mm, które umożliwiają pobór wód podziemnych.

Sonda POWERPROBE przystosowana jest także do wierceń okrętnych. Dzięki temu możliwe jest wykonanie piezometrów obserwacyjnych o średnicy 80 mm do głębokości 15 m. Wykonanie otworów metodą okrętną pozwala na pobór gruntu o nienarusonej strukturze z dowolnej głębokości.

 Sondowania dynamiczne SPT wykonywane są w celu określenia geologiczno-inżynierskich warunków badanych gruntów. Sondowanie to polega na wbijaniu z powierzchni terenu lub z dna otworu wiertniczego żerdzi z końcówką za pomocą młota spadającego ze stałej wysokości. Parametrem sondowania dynamicznego jest liczba uderzeń młota sondy potrzebna do zagłębienia jej końcówki na ściśle określoną głębokość.
Sondowanie dynamiczne znajduje zastosowanie do:

określania stanów gruntów niespoistych naturalnych i antropogenicznych,

określania miąższości warstwy o podobnym zagęszczeniu,

określania głębokości występowania podłoża nośnego,

oceny jednorodności podłoża gruntowego,

wydzielania stref o obniżonej wytrzymałości,

wyznaczania miejsc do dalszych badań i poziomów do pobierania próbek gruntów,

ustalenia granicy pomiędzy podłożem rodzimym a gruntem nasypowym,

kontroli wykonawstwa nasypów i zasypek gruntowych.
Na podstawie wykonanych badań można określić stopień zagęszczenia (I_D) gruntów spoistych, a także ocenić wskaźnik zagęszczenia (I_S) na podstawie zależności korelacyjnych.

Sondowania statyczne CPT wykonujemy w celu określenia warunków geotechnicznych badanych gruntów. Sondowanie to polega na wciskaniu sondy statycznej CPT za pomocą hydraulicznego układu napędowego umożliwiającego uzyskanie nacisku na stożek 50 i 200 kN. Badanie wykonujemy stożkiem mechanicznym typu Begemanna.
 
Z otrzymanych wyników możemy określić następujące parametry:

 opór na stożku,

 opót tarcia gruntu na tulei,

 współczynnik tarcia.
 
Zastosowana metodyka sondowania zgodna jest z polską normą oraz ze standardami międzynarodowymi.

25. Sondowania statyczne CPT CPT-u zastosowania, interpretacja wyników

Sondowanie statyczne polega na wciskaniu w grunt końcówki sondy ze stałą prędkością oraz na pomiarach siły oporu pod ostrzem i na pobocznicy końcówki.

CPTU badanie to umożliwia podczas penetracji rejestracje trzech podstawowych charakterystyk: opór stożka, tarcie na pobocznicy, pomiar ciśnienia porowego za stożkiem.

Badanie właściwości podłoża metodą statycznego sondowania polega na pomiarze w sposób ciągły oporu stożka i tarcia na tulei końcówki zakończonej stożkiem podczas wciskania w grunt

ze stałą prędkością. Zastosowanie końcówki z piezostożkiem umożliwia pomiar ciśnienia wody w porach gruntu. Metoda charakteryzuje się dużą dokładnością pomiaru i wrażliwością na

zmienne właściwości podłoża.

Wyróżnia się statyczną sondę stożkową (CPT) i z pomiarem ciśnienia wody w porach (CPTU).

Ze względu na stosowanie w badaniach elektrycznego lub mechanicznego systemu rejestracji wyników, ważne jest każdorazowe zaznaczenie tych informacji w metryce sondowania. Interpretacja ilościowa wyników uzyskanych przy końcówce mechanicznej różni się od określonych końcówką elektryczną.

Interpretacja jakościowa sondowań statycznych obejmuje określenie:

— jednorodności budowy podłoża,

— granic między różnymi pod względem litologicznym warstwami, np. między gruntami niespoistymi a organicznymi,

— granicy między gruntami nasypowymi a rodzimymi,

— głębokości pobrania próbek gruntów,

— wstępnej oceny stopnia skonsolidowania gruntów spoistych.

Zakres ilościowej interpretacji obejmuje określenie:

— rodzaju gruntu na podstawie nomogramu,

— stanu gruntów niespoistych i spoistych na podstawie zależności korelacyjnych,

— cech wskaźnikowych gruntu,

— parametrów odkształceniowych i wytrzymałościowych gruntów,

— ustalenie nośności pali.

Interpretacja wyników:

Na podstawie wyników (oporów pod stożkiem i na jej pobocznicy) można wyznaczyć obciążenia dopuszczalne dla fundamentów bezpośrednich lub palowych (pod warunkiem zachowania takich samych warunków).

Dopuszczalne obciążenie dla fundamentów bezpośrednich qdop = qc/Fr gdzie qc -opór pod stożkiem, Fr -wsp. redukcyjny =15

26. Zastosowanie badań do potrzeb praktycznych: Kategorie geotechniczne gruntów

• badanie wilgotności optymalnej (zagęszczenia gruntu) aparatem Proctora- przy budowie nasypów ziemnych (gdzie wymagane jest odpowiednie zagęszczenie, do formowania nasypów drogowych, kolejowych, zapór ziemnych.

• Badanie stopnia zagęszczenia gruntów niespoistych (przy pomocy stołu wibracyjnego bądź cylindra metalowego i widełek wibracyjnych) - do określenia stanu gruntu zalegającego pod fundamentami

• Badanie wskaźnika zagęszczenia gruntów nasypowych, np. przy pomocy penetrometru- w celu odpowiedniego zaprojektowania nasypów ziemnych

• Badanie wodoprzepuszczalności w aparacie filtracji- ocena gruntu ze względu na przydatność na podsypkę pod nawierzchnie drogowe i pasy startowe: na sączki odwadniające; przy robotach fundamentowych w celu obniżenia poziomu wód gruntowych, w budownictwie wodnym do badania przepuszczalności grobli i dna zbiorników, w projektowaniu studzien i filtrów ziemnych.

• Badania konsystencji gruntu- w celu wyznaczenia E_o, kąta tarcia wewn., spójności.

• Sondowanie- wykazuje poziom występowania słabych warstw, co wykorzystujemy pod uwagę projektując fundamenty

• Badanie ściśliwości gruntu za pomocą edometru- do obliczania osiadań w celu projektowania posadowienia budowli, wielkości obciążenia, rodzaju i wymiaru fundamentu w planie.

• Badanie ciśnienia pęcznienia gruntów spoistych przy pomocy edometru- przy pracach ziemnych, fundamentowych oraz określania stateczności zboczy

• Badanie oporu tarcia wewn. i spójności - aparacie trójosiowego ścinania i bezpośredniego ścinania - do wyznaczania wartości normowych obciążeń jednostkowych podłoża na podstawie naprężeń granicznych, przy projektowaniu nachylenia skarp wykopów lub nasypów, do obliczania parcia na mury oporowe, itp.

Rozróżnia się następujące kategorie geotechniczne:

1)pierwsza kategoria geotechniczna, która obejmuje niewielkie obiekty budowlane o statycznie wyznaczalnym schemacie obliczeniowym, w prostych warunkach gruntowych, dla których wystarcza jakościowe określenie właściwości gruntów, takie jak:

a)1- lub 2-kondygnacyjne budynki mieszkalne i gospodarcze,

b)ściany oporowe i rozparcia wykopów, jeżeli różnica poziomów nie przekracza 2 m,

c)wykopy do głębokości 1,2 m i nasypy do wysokości 3 m wykonywane zwłaszcza przy budowie dróg, pracach drenażowych oraz układaniu rurociągów,

2)druga kategoria geotechniczna, która obejmuje obiekty budowlane w prostych i złożonych warunkach gruntowych, wymagające ilościowej oceny danych geotechnicznych i ich analizy, takie jak:

a)fundamenty bezpośrednie lub głębokie,

b)ściany oporowe lub inne konstrukcje oporowe, z zastrzeżeniem pkt 1 lit. b), utrzymujące grunt albo wodę,

c)wykopy i nasypy, z zastrzeżeniem pkt 1 lit. c), oraz budowle ziemne,

d)przyczółki i filary mostowe oraz nabrzeża,

e)kotwy gruntowe i inne systemy kotwiące,

3)trzecia kategoria geotechniczna, która obejmuje:

a)nietypowe obiekty budowlane niezależnie od stopnia skomplikowania warunków gruntowych, których wykonanie lub użytkowanie może stwarzać poważne zagrożenie dla użytkowników i środowiska, takie jak: obiekty energetyki jądrowej, rafinerie, zakłady chemiczne, zapory wodne, lub których projekty budowlane zawierają nowe, nie sprawdzone w krajowej praktyce, rozwiązania techniczne, nie znajdujące podstaw w przepisach i Polskich Normach,

b)obiekty budowlane posadawiane w skomplikowanych warunkach gruntowych,

c)obiekty zabytkowe i monumentalne.

27. Sondowanie dynamiczne gruntów niespoistych:

Sondowanie stosuje się do określania stanu gruntu w warunkach polowych (bez pobierania próbek). Sondowanie dynamiczne jest łatwe do wykonanie, daje dobry wgląd w warunki gruntowe, wykazując poziom występowania słabych warstw. Parametrem geotechnicznym sondowania jest siła oporu jaki stawia grunt w przypadku sondy wciskanej (statyczny, możliwy do pomierzenia podczas badania) lub liczba uderzeń młota sondy wbijanej (opór dynamiczny, wyliczany ze wzoru:

.

q_dyn = jednostkowy opór dynamiczny gruntu

W_b = ciężar bijaka

H_b = wysokość opadania bijaka

W_s - ciężar sondy

E = wpęd sondy przy jednym uderzeniu

A = pole przekroju koncówki sondy )

Podczas sondowania występuje opór gruntu pod końcówką sondy i obok niej. Opór dynamiczny i statyczny w przypadku gruntów sypkich, są ze sobą ściśle związane, zależne od uziarnienia (a właściwie różnoziarnistości), stopnia zagęszczenia gruntu, wymiaru końcówki sondy i jej zagłębienia pod powierzchnią terenu oraz położenia w stosunku do zwierciadła wody (opór wbijania zmniejsza się ze względu na wybór oraz zanik sił kapilarnych).

Sprzęt:

• Sonda o końcówce cylindrycznej- przy wbijaniu pobiera część gruntu do wnętrza cylindra. Opór gruntu stawiany podczas wbijania jest miarą zagęszczenia. Pobrana próbka może byc wykorzystana do zbadania rodzaju i wilgotności gruntu. Sonda ta może byc wbijana tylko w dno otworu wiertniczego i wymaga jego pogłębiania. W górnej części cylindra powinien znajdowac się otwór w celu swobodnego wyparcia powietrza.

• Sonda stożkowa lub krzyżakowa- przy wbijaniu do gruntu pokonuje opór zalezny od stopnia zagęszczenia piasku. Stosowane zwłaszcza do ustalania miąższości warstwy nasypowej lub organicznej, oraz do wysondowania zalegania stropu skały. Sondowanie polega na wbijaniu sondy uderzeniami bijaka o masie 20 kg przy wysokości opadania 25 cm, odnotowujemy ile uderzeń przypada na 10 cm wbicia sondy. Przed każdym wbiciem należy sprawdzić prostoliniowość żerdzi (aby uniknąć dodatkowych oporów).

Stan zagęszczenia gruntów po wykonaniu sondowania odczytujemy z tablic.

28. Zagęszczalnośc gruntów niespoistych:

Jest to maksymalna gęstość szkieletu. Aby ją wyznaczyć posługujemy się metodą wibracji na stole wibracyjnym. Oznaczenie maksymalnej gęstości piasków i żwirów przeprowadza się w cylindrze, którego objętośc zależna jest od maksymalnej średnicy żwiru lub piasku. Cylinder stawia się na stole wibracyjnym o znormalizowanej częstotliwości (do 4000 drgan na minutę) i amplitudzie drgań w granicach 0,05-1 mm. Grunt bada się dwukrotnie-w stanie całkowicie wysuszonym i nawodnionym. Powierzchnia piasku jest obciążona płytka, o nacisku około 15 kPa. Minimalną gęstość określa się, sypiąc gruntdo tego samego cylindra z niewielkiej wysokości tak, aby uzyskać stan najbardziej luźny.

Zageszczalnośc gruntów niespoistych charakteryzowana jest przez stopień zagęszczenia, który jest ilorazem zageszczenia istniejącego istniejącego naturze do największego runtówo zagęszczenia uzyskanego w sposób sztuczny. Stopień zagęszczenia runtów niespoistych oblicza się w celu określenia stanu gruntu zalegającego pod fundamentem.

Stany zagęszczenia

I_D<0,33 grunt luźny

0,33<I_d<0,67 grunt średnio zagęszczony

I_D>0,67 grunt zagęszczony

Do obliczenia I_D posługujemy się następującymi wzorami:

29) Zagęszczalność gruntów niespoistych. Metody badań wskaźnikowe cechy zagęszczenia. Wykres zagęszczalności.

Zagęszczalnością gruntów nazywa się zdolność do uzyskiwania maksymalnych możliwych gęstości objętościowych szkieletu gruntowego ρ_d, w zależności od użytej energii zagęszczenia E_z i sposobu jej użycia oraz rodzaju gruntu i jego wilgotności. W praktyce do zagęszczenia gruntów stosuje się różne maszyny, o różnym sposobie działania:

• ubijające ( płyty wolnospadowe, ubijaki mechaniczne „żaby”)

• ugniatające ( walce gładkie okołkowane oraz pneumatyczne wielokołowe)

• wibrujące ( płyty i walce)

Pierwszy typ maszyn stosuje się do różnych gruntów, drugi typ do spoistych, trzeci raczej do sypkich, aczkolwiek ciężkie walce wibracyjne dają również bardzo dobre efekty przy zagęszczeniu kamienistych gruntów spoistych.

Istota badania laboratoryjnego polega na zagęszczeniu gruntów w znormalizowany sposób przy różnych jego wilgotnościach. Uzyskiwane wartości ρ_d nanosi się na wykres w zależnosci od w, co pozwala wyznaczyć maksymalną gęstość objętościową szkieletu zagęszczonego gruntu ρ_{d max}.

Wilgotność przy której ubijając grunt uzyskuje się maksymalną wartość ρ_{d max} nazywa się wilgotnością optymalna w_opt.

Cechą charakterystyczną krzywych zagęszczalności jest to, że dla tego samego gruntu krzywe zagęszczalności dla wyższych energii ubijania układają się na wykresie wyżej, przy czym przy wzroście ρ_{d max} maleją wartości wilgotności optymalnych. Oprócz tego prawe gałezie krzywych zagęszczalności przebiegają prawie równolegle do krzywej maksymalnego zagęszczenia. Krzywa maksymalnego zagęszczenia wyznacza się obliczeniowo przy założeniu, że grunt ma pory calkowicie wypełnione wodą; w takim przypadku im większa wilgotność w tym mniejsza jest wartośc ρ_d. W praktyce, ani w labolatorium, ani na budowie nie udaje się przy ubijaniu pozbyc powietrza z porów gruntu i dlatego uzyskiwane wartości ρ_dmax są zawsze mniejsze od teoretycznych ρ_{d max.}

Zależność ρ_d od wilgotności w i objętości porów z powietrzem n_a oraz gęstości właściwej gruntu ρ_s można ustalić ze wzoru:

V=V_s+V_w+V_a gdzie:

V- objętość calkowita gruntu

V_s- objętość szkieletu

V_w - objętość wody

V_a- objętość powietrza

Dzieląc prze V otrzymujemy: 1=n_s+n_w+n_a

Objętość szkieletu n_s=

zatem: gdy n_a=0

Na każdym wykresie zagęszczalności gruntu, oprócz krzywych zagęszczalności dla różnych energii ubijania E_z, zaleca się nanosić krzywe ρ_d=f(w,ρ_s,n_a)przy n_a=0, n_a= 5 % i n_a=10%.Umożliwiają one analizę prawidłowości przeprowadzonych badań (np. wyjście krzywej zagęszczalności poza krzywa n_a=0 wskazuje na popełnienie błedu w czasie badania).

Energię zagęszczenia E_z wyznacza się z energii kinetycznej zużytej na zagęszczenie jednostki objętości gruntu.

Na zagęszczenie gruntu o objętości V potrzeba N uderzen bijaka o masie m opadającego z wysokosci H

Energia kinetyczna ciała swobodnie opadającego jest równa energii potencjalnej:

E_k=E_pmgH

wiec

Dla tego samego gruntu otrzymac można różne krzywe zgęszczalności nie tylko przy zmianie energii ubijania, ale przy zmiennej wartości tzw. Jednostkowego impulsu uderzenia I (na jednostkę objętości)

Jednostkowy impuls uderzenia I wyznacza się z ilości ruchu dla N uderzeń bijaka (o masie m) zużytych na zagęszczenie gruntu o objętości V:

Zależność I od E_z jest następująca:

METODY BADAŃ

Grunty sypkie

Oznaczenie maksymalnych gęstości piasków i żwirów przeprowadza się w cylindrze którego objętość jest zależna od maksymalnej średnicy żwiru lub piasku. Cylinder stawia się na stole wibracyjnym o znormalnizowanej częstotliwości ( do 4000 drgań na minutę) i amplitudzie drgań w granicach 0,05-1mm. Grunt bada się dwukrotnie - w stanie całkowicie wysuszonym i nawodnionym. Czas wibracji przy 3600 drganiach na minutę i amplitudzie 0,6 mm wynosi ok. 5-8 min, co kontroluje się za pomocą czujnika wskazującego zakończenie osiadania powierzchni piasku. Powierzchnia pisaku w cylindrze jest obciążona płytką ze sprężyną, wywierającą określony nacisk (ok. 15 kPa) na grunt. Minimalną gęstość określa się sypiąc grunt do tego samego cylindra z niewielkiej wysokości tak, aby uzyskać stan najbardziej luźny.

Grunty grubookruchowe

Badanie gruntów grubookruchowych (kamienistych) wymagają stosowania aparatów wielkowymiarowych. Cylinder powinien mieć wymiary spełniające warunki D=H=5d₉₀ (gdzie: d₉₀ - zastępcza średnica ziarna, od którego mniejsza jest 90%). Energia zagęszczenia: metoda normalna - E_zn=0,59 J/cm³ a metoda zmodyfikowana - E_zm=2,65 J/cm³; przy metodzie normalnej stosuje się ubijanie w trzech warstwach, przy metodzie zmodyfikowanej- w 5 warstwach; masę bijaka i wysokość opadania dobiera się tak aby w miarę możliwości uniknąc rozkruszania ziaren.

W związku ze znaczną uciązliwością ubijania gruntu w tak dużych aparatach, zaleca się używać próbek gruntu z odsianymi grubszymi ziarnami, co pozwala stosować aparaty o mniejszych wymiarach.Jak stwierdzono na podstawie badań odsianie ziaren grubszych niż d₇₀ nie wpływa w sposób istotny na porowatość zagęszczanego gruntu.

30. Ulepszenie gruntów metodą prekonsolidacji.

Prekonsolidacja gruntów. Grunty w swej historii geologicznej (obciążenia i odciążenia)

mogły być obciążone znacznie większym nadkładem warstw nadległych lub innych oddzia

ływań, np. tektonicznych, lodowcowych itp., aniżeli to wynika z dzisiejszego obciążenia, a

więc mogły przejść w tzw. stan przekonsolidowania. Krzywa ściśliwości przedstawiona w skali

półlogarytmicznej, przy stosowaniu np. metody Casagrande'a, umożliwia wyznaczenie tzw.

obciążenia prekonsolidacji (σ 'pmax, kPa), czyli obciążenia występującego w przeszłości,

jakie jeszcze obecnie „pamięta grunt”.

Stopień prekonsolidacji (OCR, ang. overconsolidation ratio) jest miarą przekonsolidowania i

równa się stosunkowi obciążenia prekonsolidacji (σ'pmax, kPa) do naprężenia obecnie występującego na danej głębokości (σ 'zy, kPa), a więc:

Z uwagi na wartość OCR grunty można podzielić na:

—nieskonsolidowane, gdy OCR < 1,

—normalnie skonsolidowane, gdy OCR = 1,

—przekonsolidowane, gdy OCR > 1.

Wyznaczenie OCR pozwala na precyzyjne zakwalifikowanie badanego gruntu do odpowiedniej

grupy A, B, C lub D. Grunty bardzo ściśliwe charakteryzują się często małą wodoprzepuszczalnością, powodującą powolny przebieg procesu ich konsolidacji.

31) Rozkłady naprężeń w gruncie wywołane siła skupioną Teoria Bussinesq'a

Obecnie do wyznaczeni anaprężeń w gruncie stosuje się najczesciej rozwiązania oparte na teorii sprezystosci. Ogólnie równania teorii sprężystości dla dla zagadnień przestrzennych mają bardzo skomplikowaną postać i dlatego stosuje się je w praktyce tylko jdynie do pewnych wybranych problemów. Najczęscej znajduja zastosowanie rozwiązania uzyskane dla elementarnych przypadków. Jednym z takich przypadków jest rozwiązanie Boussinesqa dla rozkładu naprężeń w półprzestrzeni sprężystej obciążonej na brzegu siłą skupioną.

Hipoteza Boussinesqa (1885r) jest oparta na następujących założeniach:

1) podłoże gruntowe stanowi półprzestrzeń ograniczoną od góry płaszczyzną a nie ograniczoną w pozostałych kierunkach;

2) grunt jest materiałem izotropowym, a wiec mającym jednakowe właściwości sprezyste we wszystkich kierunkach oraz materialem niewazkim (γ=0)

3) przyjmuje się w praktyce zależność liniową między naprężeniami a odksztalceniami a wiec obowiązuje prawo Hooke'a

4) obowiązuje zasada superpozycji a zatem sumują się naprężęnia od działania róznych obciążeń;

5) sposób przyłożenia obciążęnia zgodnie z zasada Saint- Venanta wpływa na rozkład naprężeń tylko w bliskim sąsiedztwie miejsca przylożenia obciażenia.

Oznaczmy naprężenie promieniowe dla dowolnego punktu M przez σ_R a dla punktu K przez σ_RO, E- współczynnik sprężystości gruntu a ΔZ pionowe przesunięcie całej półkuli pionowo w dół, wtedy:

W myśl prawa Hooke'a

ponieważ ΔZ=ΔR₀

to: czyli:

Izobary pionowych naprężeń normalnych

Rozkład naprężeń σ_Z w gruncie na różnych głębokościach od obc. siłą skupioną

32) Rozkład naprężeń w gruncie wywołane obciążeniem ciągłym.

METODA SIŁ SKUPIONYCH

Obszar obciążony dzieli się na mniejsze elementy, w środku elementów przykłada się zastępcze siły skupione.

Naprężenia pionowe normalne wyznacza się ze wzoru:

gdzie:
- wyznacza się korzystając z nomogramu

Wartości naprężeń pionowych normalnych w dowolnym punkcie ośrodka obciążonego na powierzchni półprzestrzeni obciążeniem ciągłym na pewnym obszarze wyznacza się ze wzoru:

METODA PUNKTÓW NAROŻNYCH

Metoda punktów narożnych (Steinbrennera) umożliwia wyznaczenie naprężenia pionowego pod narożem prostokątnego obciążonego obszarunastępująco:

gdzie:

η_n- współczynnik wyznaczony z nomogramu w zależności od stosunku L:B(długości obszaru obciążonego do jego szerokości) oraz od stosunku z:B(zagłębienia punktu poniżej powierzchni do szerokości)

q- obciążenie ciągłe;

Jeśli konieczne jest wyznaczenie naprężenia nie pod narożem, lecz w dowolnym punkcie ośrodka, stosuje się zasadę superpozycji.

METODA PUNKTÓW ŚRODKOWYCH

Metodą punktów środkowych (Polszina, Newmarka) można wyznaczyć naprężenia pionowe pod środkiem prostokątnego obszaru obciążonego ze wzoru:

gdzie: η₀ odczytuje się z nomogramu

Wartość σ_z można również wyznaczyć stosując superpozycję naprężeń pod wspólnym narożem czterech obciążonych prostokątów o bokach L/2 i B/2

33) Naprężenia w gruncie występujące podczas wykonywania i obciążenia wykopu pierwotne, wtórne i dodatkowe.

1)Przed rozpoczęciem wykopów w gruncie występują naprężenia pierwotne.

2)Po wykonaniu wykopu podłoże zostaje odciążone o ciężar usuniętego gruntu naprężenia pierwotne ulegają zmniejszeniu o σ_zp=σ_zpD η₀ do wartości tzw. naprężeń minimalnych.

3)Po wykonaniu fundamentu i zasypaniu wykopu naprężenia w podłożu osiągają wartość naprężeń pierwotnych; przyrosty naprężeń od wartości σ_{z min} do wartości σ_zp nazywa się naprężeniami wtórnymi σ_zs

4)Po wykonaniu budowli i oddaniu jej do eksploatacji naprężenia w podłożu osiągają wartość maksymalną i nazywa się je całkowitymi σ_zt; przyrosty naprężeń od σ_zp do σ_zt nazywa się naprężeniami dodatkowymi

Naprężenia całkowite oblicza się ze wzoru:

lub

a naprężenia dodatkowe

lub

Współczynnik η₀ przyjmuje się dla fundamentów podatnych a η_s dla fundamentów sztywnych.

34. Parcie gruntu w świetle teorii Rankine'a parcie spoczynkowe czynne i bierne.

Niżej wymienione stany graniczne naprężenia odnoszące się do parć gruntu na idealnie gładką, pionową ścianę przy nie obciążonym naziomie poziomym określa się jako stany graniczne Rankine'a .

- gdy nie ma przemieszczenia poziomego ściany mamy stan spoczynkowy, a naprężenia pionowe normalne σ_γz i poziome normalne σ_γx wynoszą

,
gdzie K_o wsp. Rozporu bocznego

- w przypadku odsuwania ściany od grutu następuje za ścianą zmniejszenie się naprężeń poziomych do wartości parcia czynnego (aktywnego) σ_a, które przy minimalnym stanie granicznym naprężenia wynosi

Przyjmując

- w przypadku dociskania ściany do gruntu następuje za ścianą wzrost naprężeń poziomych do odporu gruntu σ_p, którego wartość przy maksymalnym stanie granicznym naprężenia równe jest

Przyjmując

35. Wyznaczanie parć metodą sztywnych klinów odłamu i odporu.

Parcie gruntu wyznacza się wg Coulomba przy następujących założeniach

- ściana muru oporowego jest pionowa i naziom poziomy

- grunt za murem oporowym jest jednorodny, niespoisty (c = 0) i izotropowy

- miedzy ściana muru a gruntem nie występuje parcie dlatego kierunek parcia E_a jest poziomy

- poślizg gruntu następuje wzdłuż płaszczyzny nachylonej pod pewnym kątem α do poziomu

- klin odłamu jest ciałem sztywnym i znajduje się w stanie równowagi granicznej

- nachylenie odłamu α określa się z warunku ekstremum parcia gruntu

Ciężar klina odłamu gruntu, ograniczony powierzchnią naziomu, tylna powierzchnią muru i płaszczyzną odłamu jest równoważony przez opór gruntu R i odpór ściany E_a. Wypadkowa odporu gruntu jest nachylona pod kątem tarcia wewnętrznego Ф do normalnej płaszczyzny odłamu, a wypadkowa odporu ściany E_a jest prostopadła do powierzchni ściany.

Parcie gruntu na pionowy mur oporowy AB powstaje w skutek poślizgu klina gruntu ABC po płaszczyźnie odłamu BC nachylonej do poziomu pod kątem α. Z rysunku wyznacza się wielkości geometryczne klina odłamu i jego ciężar Q
. Powierzchnia trójkąta

Ciężar odłamu gruntu na 1 m muru
. Przesunięciu w dół klina ABC o ciężarze Q przeciw działa oddziaływanie ściany oporowej E_a oraz oddziaływanie R w płaszczyźnie odłamu. W płaszczyźnie odłamu występuje opór tarcia

gdzie T i N to składowe oddziaływania R. Kąt między R i Q wynosi α - Ф. Z wieloboku sił wynika że
z tego wynika że

. Wynika z tego że parcie gruntu na mur oporowy zależy od α . Należy wiec znaleźć maksimum E_a(α). Po wykonaniu działań dostajemy wzór na całkowite parcie czynne gruntu niespoistego na mur oporowy :

K_a < 1 - wsp parcia granicznego ( czynnego) gruntu.

36. Metody analiz stateczności zboczy stosowane dla gruntów spoistych .

Metoda FELLENIUSA:

Mając dane zbocze oraz dane o gruncie (γ, Ф, c) wybieramy środek o kołowej linii poślizgu. Następnie dzieli się bryłę ograniczoną zboczem i powierzchnią poślizgu na pionowe bloki o szerokości 0,1R, objętości V_i, Szerokość bryły przyjmuje się b_i = 1. Oblicza się ciężar poszczególnych bloków
i na powierzchni poślizgu rozkłada się je na składowe - normalną N_i i styczną S_i do okręgu. Bryłę osuwającego się gruntu uważa się za sztywną. Poślizg bryły rozpatruje się jako obrót każdego bloku osobno. Do przesunięcia bloku po powierzchni poślizgu dąży styczna składowa ciężaru
gdzie α_i jest kątem nachylenia siły składowej S_i do poziomu. Przeciw działa przesunięciu siła oporu tarcia wewnętrznego i spójności gruntu
gdzie l_i - długość podstawy bloku .Równowaga całej bryły zostanie zachowana, jeżeli suma momentów sił utrzymujących będzie większa sumie momentów sił zsuwających. Stosunek tych momentów nazywa się wskaźnikiem bezpieczeństwa F stateczności zbocza.

Po znalezieniu wskaźnika F dla wybranej pow. poślizgu należy sprawdzić czy przy innych jej położeniach nie będzie on mniejszy. Znaleźć należy najmniejszy wskaźnik bezpieczeństwa dla F_min poślizgu danego zbocza, wybierając różne środki obrotu O. Powinien być spełniony warunek F_min ≥ F_dop. F_dop = 1,1 - 1,5 do 2,0.

Jeżeli w podłożu występuje woda gruntowa w ruchu w kierunku do podnóża to również uwzględnia się jej działanie. Po ustaleniu krzywej depresji ( na pds. badań lub wykreśla się w sposób przybliżony ) wyznacza się te cześć bryły gruntu, która znajduje się pod działaniem ciśnienia spływowego. Dla tej części bryły osuwiskowej ciężar objętościowy gruntu liczy się z uwzględnieniem wyporu wody.

Stateczność zoczy sprawdza się następująco:

1. Oblicza się w przybliżeniu wartość siły P_s pochodzącej od ciśnienia spływowego:

i

V_g - objętość bryły gruntu zanurzonej w wodzie i podlegającej zsuwowi

i - spadek hydrauliczny wg wzoru

β - średni kąt nachylenia do poziomu linii spływu wody

Δh - różnica poziomów swobodnego zwierciadła wody na długości l

2. Po uwzględnieniu wymienionych sił wsp. F możemy określić następująco

W_i - ciężar własny bloku gruntu z odpowiednim obc. od fundamentu i obciążenia użytkowego w granicach jednego bloku

R - promień powierzchni poślizgu względem punktu O równy ramieniu momentu sił stycznych działających na pow. poślizgu

r - ramie momentu siły P_s względem pnktu obrotu O

a - ramię momentu siły G_w względem punktu obrotu O

G_w =V_g γ_w - ciężar wody zajmujący objętość V_g

Metoda BISHOPA :

Metoda ta jest pewna modyfikacja metody Felleniusa polegająca na innym określaniu wskaźnika bezpieczeństwa i odmiennym sposobie określania sił działających na bokach każdego bloku. W metodzie tej przyjmuje się, że działające na boczne ściany wydzielonych bloków są poziome. Wskaźnik bezpieczeństwa F określa się jako stosunek wytrzymałości na ścinanie τ_f do rzeczywistych naprężeń ścinających w podstawie paska
a w przypadku całego zbocza jako stosunek momentów utrzymujących zbocze w równowadze M_u do momentów wywołujących poślizg M_o. Siłę N wyznacza się wychodząc z równowagi sił
działających na każdy blok .

Wzór na wskaźnik F uproszczoną metoda Bishopa

Ponieważ wsp. pewności występuje po obu stronach równania ( nie wiem gdzie ale tak jest napisane ) należy go wyznaczyć metoda kolejnych przybliżeń. W praktyce inżynierskiej stosuje się uproszczoną metodę Bishopa, gdyż dokładne rozwiązanie jest dość skomplikowane. Ze względy na przyjęcie uproszczonych założeń wyznaczone wartości N' i F nie są zbyt dokładne ale wystarczająco dokładne by stosować je w praktyce.

Metoda TAYLORA:

Metoda polega na wprowadzeniu pojęcia wskaźnika stateczności N wyrażonego wzorem

Znając wartość Ф i nachylenie skarpy α , określa się z monogramu wartość wskaźnika stateczności N_min przy F_dop = 1 a następnie wyznacza się wskaźnik bezpieczeństwa F wg wzoru
.

Przy nachyleniu skarp ( np. wykopów lub nasypów ) ze wzoru oblicza się wskaźnik stateczności N_min przyjmując F = F_dop a następnie wyznacza się z monogramu nachylenie skarpy α.

Jest jeszcze wiele metod sprawdzania stateczności skarp i nasypów np. Noveillera, Janbu, Masłowa i Szachunianca, są tez metody wykreślne.

37. Analiza stateczności metodą Szwedzką z uwzględnieniem ciśnienia spływowego.

38. Metody analiz stateczności zboczy w stosowane w gruntach niespoistych.

(w Wiłunie i „Mech. Gruntów” S. Pisarczyka opisana jest tylko jedna metoda)

Rozpatrujemy najprostszy przypadek zbocza z gruntu niespoistego.

Równowaga elementu zostanie zachowana, jeżeli ;

Wynika z tego, że równowaga zbocza będzie zachowana jeśli kat nachylenia zbocza będzie mniejszy lub równy kątowi tarcia wewnętrznego Ф (jest to zarazem kąt stoku naturalnego gruntu).

Wskaźnik pewności F można wyznaczyć ze stosunku wartości siły oporu na ścianie gruntu T do wartości działającej siły zsuwającej S na rozpatrywany element gruntu:

Warunek jest słuszny dla skarpy z gruntów nie spoistych ( c = 0, Ф = 0 ) i to bez ograniczenia wysokości skarp. Dla celów praktycznych przyjmuje się F_min=F_dop= 1,1 - 1,3 zależnie od rodzaju (ważności) obiektu i dokładności rozpoznania właściwości mechanicznych gruntu.

Obliczanie stateczności z uwzględnieniem ciśnienia spływowego( to chyba jest ta Szwedzka metoda ale nie jestem pewien bo w książce nie było nic po szwedzku) :

W przypadku przepływu wody gruntowej , kąt nachylenia zbocza ulega znacznemu zmniejszeniu, gdyż do siły zsuwającej S' należy dochodzi siła ciśnienia spływowego S”.

Równowaga elementu A jest zachowana gdy ;

F - współczynnik stateczności skarpy

W = Vγ' - ciężar elementu A

j - ciśnienie spływowe działające na element A

i - spadek hydrauliczny ( z rys.
)

γ_w - ciężar właściwy wody

dla γ' ≈ γ_w ≈ 10 kN/m³

Stateczność skarpy zapewniona gdy F ≥ 1 (przyjmuje się F ≥ F_dop = 1,1 - 1,3 ).W warunkach równowagi granicznej przy β_max (F=1) z zalezności wynika, że tgβ_max ≈ 0,5 tgФ.

Powyższe wzory sa prawdziwe dla skarp o nieograniczonej długości.

---