Bestemmelse af sammenhæng og vinkel på indre friktion

I dag er Savo Kusić fokuseret på trævinduer, træ-aluminium vinduer, tilpassede vinduer, dør og anmodninger om tilbud. Denne tekst forbliver som et geoteknisk arkiv og er ikke et tilbud om laboratorietest, geoteknisk design eller jordarbejde.

Der er flere måder at bestemme elementerne af indre jordmodstand, kohæsion og vinklen for intern friktion ved hjælp af laboratorietests, blandt hvilke direkte forskydningstesten og den _triaksiale kompressionstest er de mest berømte.

Direkte forskydningsoplevelse

Testen udføres på et apparat med et rektangulært snit af type A. Casagrandea eller på et cirkulært apparat af typen Hvorsleva. Vi vil beskrive eksperimentet med enheden med rektangulært snit, som er den mest udbredte. I begge tilfælde udføres testen med en uforstyrret prøve, eller med en forstyrret prøve ved flydegrænsen, i hvilket tilfælde testen har en sammenligningsværdi.

Apparat til direkte klipning af en rektangulær sektion (fig. 1)

Fig. 1_Tværsnit af Casagrandes direkte forskydningsapparat_

Enheden består af to dele, den øverste og den nederste ramme, hvor den nederste er statisk, mens den øverste er bevægelig og kan flyttes på den nederste under påvirkning af den vandrette kraft Z, som virker på den øvre og nedre rammes kontaktplan.

Jordprøven placeres i en rektangulær stålring, sædvanligvis af størrelsen 100 × 100 × 30 mm, eller disse dimensioner, når de er skrabet nøjagtigt. Filtersten placeres over toppen og bunden af ​​prøven, og derefter placeres alt i apparatets ring, som derefter fyldes med vand. En anordning til vertikal belastning er placeret på prøven. Den øverste filtersten er forbundet med systemet for lodret belastning af prøven, mens den nederste er forbundet med vandkanaler, ved hjælp af hvilke prøven kan holdes i en mættet tilstand under testen for at udelukke tilsyneladende kohæsion.

For at udelukke friktion på kontaktfladerne mellem den øvre og nedre ramme findes der anordninger med den øvre ramme snoet, ved hjælp af hvilke den øvre ramme bevæger sig under påvirkning af vandret forskydningskraft. Derudover er kontaktfladerne på den øvre og nedre ramme belagt med vaseline. En anden 2-komparator til registrering af lodrette og vandrette deformationer er inkluderet i enheden.

Udførelse af direkte forskydningstest

Der er det meste2typer af direkte forskydningstest: hurtig og langsom test. hurtig testen består i at belaste prøven med et vist lodret tryk, som normalt svarer til0,50;1,0;2,0;3,0og4,0kp/cm2, afvente den konsolidering, som antages opnået, hvis nedsynkningen i pr.24timer Δh ≤0,02 mm, og derefter påføres en vandret forskydningskraft Z af størrelse1/20eller1/40del af den lodrette kraft P, som øges hvert minut med samme værdi, indtil jorden knækker. Under påføringen af ​​den vandrette forskydningskraft overvåges bevægelsesforløbet af den øvre ramme konstant ved aflæsning på komparatoren, og de vandrette deformationer registreres i loggen umiddelbart før hver ny belastning. Øjeblikket, hvor komparatoren viser en pludselig bevægelse, opfattes som banebrydende.

Hurtigtesten anvendes på leret jord, hvis naturlige konsolidering under en ny belastning er langsom og svarer til denne metode til udførelse af testen.

Slow test udføres på samme måde som før med den eneste forskel, at den vandrette forskydningskraft stiger i et længere tidsinterval, som kan være 2, 5 og 15 mminutter eller indtil konsolidering, dvs. indtil de vandrette deformationer bliver fuldstændigt. Forløbet af konsolidering under påvirkning af vandret kraft overvåges på komparatoren 9 (fig. 1).

Den langsomme test anvendes på sandet eller støvet jord, hvor i tilfælde af en stigning i den vandrette forskydningskraft i et kort tidsinterval, vil forskydningen af prøven i apparatet accelerere på grund af påvirkningen af stresset vand i porerne, hvilket ikke ville svare til en naturlig proces. Derfor øges tidsintervallet med finheden af ​​de ubundne jordpartikler, således at udligning af vandtrykket i jordporerne med det ydre vandtryk muliggøres. Denne udligning opnås ved at efterlade tilstrækkelig tid under påvirkningen af hvert niveau af vandret belastning, så det overskydende vand i porerne presses ud gennem filterstenen.

Ud over de nævnte test udføres i visse tilfælde en hurtig test uden konsolidering under lodret belastning, dvs. den vandrette forskydningskraft påføres umiddelbart efter indføring af prøven i apparatet og belastning af den med en lodret belastning. Denne udførelsesmetode anvendes dog under særlige forhold, f.eks. når der er tale om en nyinstalleret vold lavet af lerjord, som belastes umiddelbart efter inddæmning uden forudgående komprimering.

Bestemmelse af vinklen for indre friktion og kohæsion

Baseret på testresultaterne beregnes forskydningsspændingen

τ=Z/A i kp/cm²,

, som er opnået fra forskydningskraften Z i kp på tidspunktet for svigt og prøvens tværsnitsareal A i cm². Testen udføres med 3 til 4 apparater belastet med forskelligt normalt tryk σ=P/A i kp/cm², hvor P er prøvens lodrette belastning i kp. Følgende værdier for normale tryk tages normalt: 1,0; 2,0; 3,0 og 4,0 kp/cm².

Fig. 2. Diagram over vandrette deformationer

Baseret på diagrammet over indre friktionselementer opnås to typer diagrammer 1 og et diagram over vandrette deformationer (fig. 2).

Diagrammet over vandrette deformationer opnås ved at anvende den vandrette forskydning ΔL i mm af den øverste ramme af enheden til den nederste på abscisseaksen, hvilket opnås ved at aflæse komparatoren 9, og på ordinataksen den tilsvarende forskydningsspænding _fig.τ² (fig.τ²) 2).

Afhængig af jordkomprimering opnås diagrammet 1 for komprimeret og diagram 2 for løst materiale.

For et komprimeret materiale stiger forskydningsspændingen τ indledningsvis ret kraftigt i forhold til den vandrette forskydning ΔL op til grænsen for proportionalitet P, derefter langsommere, hvorved kurven i diagrammet 1 øges og når en maksimal højde B, hvorefter længdediagrammet falder over en vis horisontal strømning. Zonen med retlinet klatring af det horisontale deformationsdiagram, hvor stigningen i forskydningsspænding er proportional med stigningen i deformation, antages at være området med elastisk deformation. Ud over grænsen P aftager stigningen i forskydningsspænding i overensstemmelse med stigningen i deformationer ΔL op til det højeste punkt B i diagrammet. I denne zone begynder materialet at “flyde”, og det bliver vedtaget som et område med plastisk deformation. Det højeste punkt B i 1-diagrammet repræsenterer den maksimale forskydningsspænding max τ, og det antages, at der opstår jordbrud på dette punkt, dvs. at punkt B er brudpunktet. Ud over punkt B er materialet i flydende tilstand, forskydningsstyrken falder, og det antages, at der i denne zone, hvor forbindelsen mellem partiklerne er brudt, kun er glidemodstand, der modarbejder den vandrette forskydningskraft. Punktet G, hvor diagrammet 1 drejer til vandret retning, anvendes som den glidende grænse.

Forskydningsspændingen ved brudgrænsen B kaldes forskydningsstyrken eller ren forskydningsstyrke τf, mens forskydningsspændingen ved flydegrænsen G kaldes glidestyrken τg.

For et løst materiale har det horisontale forskydningsdiagram også et elastisk område med proportionalitetsgrænse P, men nedstrøms er et plastisk område op til glidegrænsen G, dvs. den maksimale forskydningsspænding er lig med grænsestyrken, glidning (τ=τg), ud over hvilken materialets flydende tilstand.

Sl.3. Skæringsdiagram, a) for sammenhængende jorde, b) for usammenhængende jorde

Forskydningsdiagrammet opnås, når normaltrykket σ i kp/cm påføres abscisseaksen2, og på ordinataksen den tilsvarende forskydningsstyrke τf i kp/cm2, hvor begge disse værdier anvendes i samme skala (fig.3). Da jordens forskydningsstyrke τf stiger med normaltrykket σ, vil det for forskellige tryk σ1 opnå punkterne A, B, C og D, som repræsenterer de tilsvarende forskydningsstyrker.

For at opnå individuelle punkter A, B, C og D på diagrammet3for sammenhængende jordbund (fig.3a) anvendes glidestyrken _τ_g. Men i tilfældet med lerholdig jord begynder materialet at flyde længe før glidegrænsen G nås, og der er en tendens til at anvende forskydningsstyrken ved grænsen af ​​proportionalitet P for at bestemme kohæsionen c og den indre friktionsvinkel i jorden, men da den er relativt lille, er den forskydningsstyrke, for hvilken deformationen ofte er anvendt ΔL på diagrammet.2to gange større end deformationen i det foregående belastningstrin i apparatet. Denne styrke er et sted mellem grænsen for P og B, det vil sige G (fig.2).

Forbindelsespunkter A, B, C og D på diagrammet 76a giver et forskydningsdiagram, som er en ret linje i vellykkede tests. Ved at udvide diagrammet til skæringen med ordinataksen, for σ = 0, opnås det ud fra Coulomb-mønsteret τf = c+σ tgϕ, at τf = c = jordsammenhæng, mens hældningen af ​​diagrammet mod den indre friktion giver vinklen. Ved at udvide forskydningsdiagrammet på den anden side af ordinataksen, opnås spændingen på grund af kohæsion pk på abscisseaksen, når størrelsen af kohæsion c udtrykkes som ækvivalent af friktionsmodstand:

c = pk tgϕ, hvorfra pk = c/tgϕ

For usammenhængende jord, såsom sand, skal diagrammet i fig. 3b, som går gennem koordinatoriginet, da vi for σ = 0 får τ = 0. Men hvis sandet er finkornet og vådt, er et diagram svarende til det i fig. 3a, med en mindre sammenhæng c, som repræsenterer tilsyneladende sammenhæng. I så fald repræsenterer spændingen pk på den forlængede abscisse-akse på den anden side af koordinatorigin kapillærspændingen.

Det skal bemærkes, at bestemmelsen af jordsammenhæng og friktion ved direkte forskydningsprøvning har adskillige ulemper, hvoraf de vigtigste er, at jordsvigt opstår på en forudbestemt forskydningsflade og ikke på overfladen med mindst forskydningsmodstand, at under forskydning af prøven i apparatet, reduceres forskydningsbevægelsen fra den øverste til den nederste og derefter den nedre overflade. deformationer af prøven under forskydning kan kun overvåges over en kort længde, således at glidemodstanden ud over grænsen ikke kan kontrollere brud i tilstrækkelig grad, især i tilfælde af blød jord, hvor deformationerne under forskydning er store osv.

Triaksial kompressionstest

Testen udføres på et triaksialt apparat, som har forskellige konstruktioner, men alle er baseret på samme princip, som er som følger. Den uforstyrrede prøve i form af en rulle placeres lodret på stativet og udsættes for det laterale tryk af væskemassen fra alle sider og derefter for det lodrette tryk, som gradvist øges, indtil brud på prøven forårsages på overfladen med mindst forskydningsmodstand. Ud fra forskydningsstyrken ved brud beregnes jordens kohæsion og den indre friktionsvinkel.

Beskrivelse af triaksial enhed

Fig. 4. Triaksialt apparat

Det triaksiale apparat (fig. 4) består i den nederste del af kammerets bundplade, hvorpå prøvestativet hviler, og i den øverste del af stemplet til lodret belastning af prøven og den øvre plade, der lukker kammeret. De mest almindelige prøvedimensioner er diameter ϕ=36 mm, højde h=2,2-2,5_ϕ_. Kammerets diameter er D=135mm, højden H = 180 mm. Et smalt rør K1 til dræning af prøven fra bunden starter fra midten af ​​prøvestanderen, som modtager vand fra prøven gennem en porøs plade og dræner det uden for kammeret i et lodret glasrør C1. Hvis testen udføres uden at dræne prøven, tjener denne kanal til at måle vandtrykket i porerne. I bronzebunden af kammeret er der en kanal K2 til tilførsel af flydende masse for at fylde kammeret og opnå sidetryk i kammeret på prøven.

Gennem den øverste plade af kammeret passerer stempelhåndtaget til læsning af prøven. Prøven i kammeret er omgivet af en gummimembran, som er forlænget i begge ender og er forbundet med stemplet og bunden ved hjælp af gummiringe. I midten af ​​stemplet er der en kanal K3 til dræning af prøven fra oversiden.

Kammerets sider er hermetisk forseglet med en plexiglascylinder, der er fastgjort til kammerets øvre og nedre plader via gummiringe.

Kammeret er placeret på et solidt underlag. Den normale belastning af prøven sker via et håndtag med vægte, hvis forhold oftest er 1: 10. Systemet til at opnå sidetryk på prøven i kammeret består af en flaske med flydende masse B, som bringes ind i kammeret ved hjælp af et rør, et manometer til måling af lufttryk og en flaske med trykluft. En komparator er placeret over stemplet til belastning af prøven for at måle sætningen af prøven under belastning.

Sidetrykket af væskemassen i kammeret kan justeres efter ønske ved hjælp af lufttrykket i flasken B, via ventilerne V1 og V2. Dette tryk forårsager vandrette spændinger i prøven σ2 og σ3, som på grund af prøvens cirkulære snit udlignes σ2 = σ3.

Den flydende masse kan være destilleret vand eller olie, hvilket foretrækkes for bedre tætning, fordi vand kan passere gennem skruerne. Under påvirkning af lufttrykket i flaske B fylder den flydende masse kammeret op til ventil V6, som derefter lukker. Den lodrette belastning af prøven P, som overføres næsten friktionsfrit til prøven via stempelhåndtaget, divideret med prøvens tværsnitsareal A giver den lodrette spænding σ1 = P/A

Udførelse af triaksial kompressionstest

Til testprøven behandles den i et separat apparatur, således at der opnås en rulle med en diameter på 36 mm, en højde på 78 mm eller 90 mm, hvorpå der lægges filtersten fra top og bund og påsættes en gummimembran. Derefter placeres prøven sammen med filterstenene på stativet i kammeret, enderne, gummimembranerne trækkes over stativet og ladestemplet og sikres med gummiringe. Ifølge praksis i visse laboratorier, såsom prof. Skempton i London, accelereres dræningen af ​​prøven i kammeret under testen ved at beklæde prøvens sider med filterpapir, som placeres før gummimembranen trækkes på. Når prøven indføres i apparatet, og plexiglascylinderen er fastgjort i de øvre og nedre plader, er det muligt at udføre tests, som kan udføres på flere måder, såsom følgende:

1. Udrænede test. I disse test er dræning af prøven ikke tilladt under påføringen af den laterale og vertikale test, mens ventilerne V4 og V5 er lukkede.

2. Udrænede test med konsolidering. Under påføring af lateralt tryk drænes prøven (ventilerne V4 og V5 er åbne), mens dræning ikke er tilladt under påføringen af vertikalt tryk (V4 og V5 er lukkede).

3_) Drænede prøver_. Prøven drænes i hele testens varighed (ventilerne V4 og V5 er åbne), således at der sker fuldstændig konsolidering, og der ikke dannes stresset vand i porerne under påføring af vertikalt tryk σ1. Denne test tager lang tid, især med dårligt permeabel jord, fordi den lodrette belastning σ1 skal udføres i et stort antal små etaper, og konsolidering skal afventes i hvert trin. Derudover kan de nævnte test udføres med mættede og delvist mættede prøver_._

I lyset af de førnævnte muligheder kan triaksiale kompressionstest udføres i forskellige varianter og justeres efter jordtypen under belastningsforhold.

De beskrevne enheder, procedurer, enheder, værdier og mønstre overføres fra en historisk kilde. Teksten er ikke en geoteknisk undersøgelse, laboratorieprotokol, funderingsprojekt, bevis for skråningsstabilitet eller udgravningsplan. Valget af prøve- og testmetode, drænings- og konsolideringstilstand, grundvand, belastningsregime, seismiske påvirkninger og udgravningssikkerhed skal bestemmes for den specifikke jord og bygning i henhold til gældende regler med det relevante laboratorium og autoriseret geoteknisk ekspert.