Koheesion ja sisäisen kitkakulman määritys

Nykyään Savo Kusić keskittyy puisiin ikkunoihin, puu-alumiini-ikkunat, muokatut ikkunat, ovi ja tarjouspyynnöt. Tämä teksti säilyy geoteknisenä arkistona, eikä se ole tarjous laboratoriotestaukseen, geotekniseen suunnitteluun tai maanrakennustöihin.

On olemassa useita tapoja määrittää maan sisäisen vastustuskyvyn, koheesion ja sisäisen kitkakulman elementit laboratoriotesteillä, joista tunnetuimmat ovat suora leikkaus ja _triaksiaalinen puristuskoe.

Suora leikkauskokemus

Testi suoritetaan laitteella, jonka poikkileikkaus on suorakaiteen muotoinen tyyppiä A. Casagrandea tai Hvorsleva-tyyppisellä pyöreällä laitteella. Kuvaamme kokeen suorakaiteen muotoisella laitteella, joka on laajimmin käytetty. Molemmissa tapauksissa testi suoritetaan häiriöttömällä näytteellä tai myötörajassa häiriöttömällä näytteellä, jolloin testillä on vertailuarvo.

Laite suorakaiteen muotoisen osan suoraa leikkaamiseen (kuva 1)

Kuva. 1_Casagranden suoraleikkauslaitteiston poikkileikkaus_

Laite koostuu kahdesta osasta, ylä- ja alarungosta, joista alempi on staattinen, kun taas ylempi on liikkuva ja sitä voidaan liikuttaa alemmalla vaakasuuntaisen voiman Z vaikutuksesta, joka vaikuttaa ylä- ja alarungon kosketustasoon.

Maanäyte asetetaan teräksiseen suorakaiteen muotoiseen renkaaseen, jonka koko on yleensä 100 × 100 × 30 mm tai vastaavat mitat, kun se kaavitaan tarkasti. Suodatinkivet asetetaan näytteen ylä- ja alaosaan ja sitten kaikki asetetaan laitteen renkaaseen, joka täytetään sitten vedellä. Näytteen päälle asetetaan laite pystysuoraan kuormitukseen. Ylempi suodatinkivi on kytketty näytteen pystykuormitusjärjestelmään ja alempi vesikanaviin, joiden avulla näyte voidaan pitää kyllästettynä testin aikana näennäisen koheesion välttämiseksi.

Ylemmän ja alemman rungon kosketuspintojen kitkan välttämiseksi on ylärunkoa kierrettyinä laitteita, joiden avulla ylärunko liikkuu vaakasuoran leikkausvoiman vaikutuksesta. Lisäksi ylä- ja alarungon kosketuspinnat on päällystetty vaseliinilla. Toinen 2-vertailija pysty- ja vaakasuuntaisten muodonmuutosten rekisteröimiseen sisältyy laitteeseen.

Suorien leikkaustestien suorittaminen

Niitä on enimmäkseen2suoran leikkaustestin tyypit: nopea ja hidas testi. _Pikatesti koostuu näytteen kuormittamisesta tietyllä pystypaineella, joka yleensä vastaa0,50;1,0;2,0;3,0ja4,0kp/cm2, odota konsolidointia, jonka oletetaan saavutetun, jos vajoaminen aikana24tuntia Δh ≤0,02 mm, ja sitten kohdistetaan vaakasuora leikkausvoima Z, jonka suuruus on1/20tai1/40osa pystyvoimasta P, joka kasvaa joka minuutti samalla arvolla, kunnes maa murtuu. Vaakasuuntaisen leikkausvoiman kohdistamisen aikana ylärungon liikkeen kulkua seurataan jatkuvasti vertailemalla ja vaakasuuntaiset muodonmuutokset kirjataan lokiin välittömästi ennen jokaista uutta kuormaa. Hetki, jolloin komparaattori näyttää äkillistä liikettä, hyväksytään uraauurtavaksi.

Pikatestiä sovelletaan savimaille, joiden luonnollinen tiivistyminen uudessa kuormituksessa on hidasta ja vastaa tätä kokeen suoritustapaa.

Slow -testi suoritetaan samalla tavalla kuin ennenkin sillä ainoalla erolla, että vaakasuora leikkausvoima kasvaa pidemmällä aikavälillä, joka voi olla 2, 5 ja 15 m minuuttia tai tiivistymiseen asti eli kunnes vaakasuuntaiset muodonmuutokset ovat täysin merkityksettömiä. Konsolidoitumisen kulkua vaakasuuntaisen voiman vaikutuksesta seurataan vertailulaitteella 9 (kuva 1).

Hidasta testiä sovelletaan hiekka- tai pölyiseen maaperään, jossa vaakasuuntaisen leikkausvoiman lisääntyessä lyhyessä ajassa näytteen leikkaus laitteistossa kiihtyisi huokosissa olevan veden vaikutuksesta, mikä ei vastaisi luonnollista prosessia. Siksi aikaväli kasvaa sitoutumattomien maapartikkelien hienouden myötä, jotta maahuokosten vedenpaine tasaantuu ulkoisen vedenpaineen kanssa. Tämä tasaus saavutetaan jättämällä riittävästi aikaa jokaisen vaakakuormituksen vaikutukselle, jotta huokosten ylimääräinen vesi puristuu ulos suodatinkiven läpi.

Mainittujen testien lisäksi suoritetaan tietyissä tapauksissa pikakoe ilman lujittamista pystykuormalla, eli vaakasuora leikkausvoima kohdistetaan välittömästi sen jälkeen, kun näyte on työnnetty laitteeseen ja kuormitettu pystykuormalla. Tätä toteutustapaa sovelletaan kuitenkin erityisolosuhteissa, kuten juuri asennettu savimaaperäinen penger, joka kuormataan välittömästi penkereen jälkeen ilman edeltävää tiivistystä.

Sisäkitka- ja koheesiokulman määritys

Koetulosten perusteella lasketaan leikkausjännitys

τ=Z/A kp/cm², ​

joka saadaan murtumishetken leikkausvoimasta Z kp ja näytteen poikkileikkausalasta A cm². Testi tehdään 3 - 4 laitteella, joka on kuormitettu eri normaalipaineilla σ=P/A kp/cm², jossa P on näytteen pystykuorma kp:inä. Normaalipaineista otetaan yleensä seuraavat arvot: 1,0; 2,0; 3,0 ja 4,0 kp/cm².

Kuva. 2. Kaavio vaakasuuntaisista muodonmuutoksista

Sisäisten kitkaelementtien kaavion perusteella saadaan kahden tyyppisiä kaavioita 1 ja vaakasuuntaisten muodonmuutosten kaavio (kuva 2).

Vaakasuuntaisten muodonmuutosten kaavio saadaan soveltamalla laitteen ylärungon vaakasiirtymää ΔL millimetreinä abskissa-akselin alempaan, joka saadaan lukemalla vertailija 9, ja ordinaatta-akselilla vastaava leikkausjännitys _τ² infigp. 2).

Riippuen maan tiivistymisestä saadaan kaavio 1 tiivistetystä materiaalista ja kaavio 2 irtomateriaalista.

Puristetulla materiaalilla leikkausjännitys τ kasvaa aluksi melko jyrkästi suhteessa vaakasuuntaiseen siirtymään ΔL suhteellisuusrajaan P asti, sitten hitaammin, kun taas kaavion käyrä1kasvaa ja saavuttaa maksimikorkeuden B, jonka jälkeen kaavio pienenee tietyn pituuden saavuttaakseen lopulta vaakasuuntaisen virtauksen. Vaakasuuntaisen muodonmuutoskaavion suoraviivaisen nousuvyöhykkeen, jossa leikkausjännityksen kasvu on verrannollinen muodonmuutoksen kasvuun, oletetaan olevan elastisen muodonmuutoksen alue. Rajan P ulkopuolella leikkausjännityksen kasvu pienenee muodonmuutosten kasvun ΔL mukaan kaavion korkeimpaan pisteeseen B asti. Tällä vyöhykkeellä materiaali alkaa “virrata” ja se otetaan käyttöön plastisen muodonmuutosalueena. B-kaavion korkein kohta1edustaa maksimileikkausjännitystä max τ, ja oletetaan, että tässä kohdassa tapahtuu maaperän murtuminen, eli piste B on murtumispiste. Pisteen B ulkopuolella materiaali on nestemäisessä tilassa, leikkauslujuus pienenee ja oletetaan, että tällä vyöhykkeellä, jossa hiukkasten välinen yhteys katkeaa, on vain liukuvastusta, joka vastustaa vaakasuuntaista leikkausvoimaa. Piste G, jossa kaavio1vaakasuorassa suunnassa kulkee liukurajaksi.

Leikkausjännitystä murtumisrajalla B kutsutaan leikkauslujuudeksi tai puhdaksi leikkauslujuudeksi τf, kun taas leikkausjännitystä myötörajalla G kutsutaan liukumoukseksi τg.

Irtonaiselle materiaalille vaakasuuntaisessa siirtymäkaaviossa on myös elastinen alue, jolla on suhteellisuusraja P, mutta alavirran puolella on plastinen alue liukastumisrajaan G asti, eli suurin leikkausjännitys on yhtä suuri kuin rajalujuus, liuku (τ=τg), jonka yli materiaalin nestetila.

Sl.3. Leikkauskaavio, a) koherenteille maaperille, b) epäyhtenäisille maa-aineille

Leikkausdiagrammi saadaan, kun normaalipaine σ kp/cm kohdistetaan abskissa-akseliin2, ja ordinaatta-akselilla vastaava leikkauslujuus τf kp/cm2, jossa näitä molempia arvoja sovelletaan samassa asteikossa (kuva.3). Koska maan leikkauslujuus τf kasvaa normaalipaineella σ, se kasvaa eri paineilla σ1 saada pisteet A, B, C ja D, jotka edustavat vastaavia leikkauslujuuksia.

Saadaksesi yksittäiset pisteet A, B, C ja D kaaviosta3yhtenäiselle maaperälle (kuva.3a), liukuvoima _τ_g otetaan käyttöön. Savimaisessa maaperässä materiaali kuitenkin alkaa virrata kauan ennen kuin liukumaraja G saavutetaan, ja on taipumus omaksua leikkauslujuus suhteellisuusrajalla P määrittääkseen koheesion c ja maan sisäisen kitkakulman, mutta koska se on suhteellisen pieni, käytetään usein leikkauslujuutta, jolle muodonmuutos ΔL kaaviossa.2kaksi kertaa suurempi kuin muodonmuutos edellisessä kuormitusvaiheessa laitteeseen. Tämä voimakkuus on jossain P:n ja B:n eli G:n rajan välissä (kuva 1).2).

Pisteiden A, B, C ja D yhdistäminen kaaviossa 76a antaa leikkausdiagrammin, joka on suora viiva onnistuneissa testeissä. Laajentamalla kaaviota ordinaatta-akselin leikkauskohtaan, kun σ = 0, saadaan Coulombin kuvion τf = c+σ tgϕ perusteella, että τf = c = maaperän koheesio, kun taas kaavion kaltevuus vaakasuuntaan antaa sisäisen kitkakulman. Laajentamalla leikkauskaaviota ordinaatta-akselin toiselle puolelle saadaan koheesion aiheuttama jännitys pk abskissa-akselilla, kun koheesion suuruus c ilmaistaan kitkavastuksen ekvivalenttina:

c = pk tgϕ, mistä pk = c/tgϕ

Epäkoherenteille maa-aineille, kuten hiekalle, kaavio kuvasta. 3b, joka kulkee koordinaattien origon kautta, koska arvolle σ = 0 saadaan τ = 0. Kuitenkin, jos hiekka on hienojakoista ja märkää, kaavio, joka on samanlainen kuin kuvassa 10. 3a, pienemmällä koheesiolla c, joka edustaa näennäistä koheesiota. Siinä tapauksessa jännitys pk laajennetulla abskissa-akselilla koordinaatin origon toisella puolella edustaa kapillaarijännitystä.

On huomattava, että maaperän koheesion ja kitkan määrittämisessä suoralla leikkauskokeella on useita haittoja, joista tärkeimmät ovat, että maaperän vaurioituminen tapahtuu ennalta määrätyllä leikkauspinnalla eikä vähiten leikkausvastuksen pinnalla, että näytettä leikattaessa laitteessa, leikkauspinta pienenee näytteen ylemmän kehyksen muodonmuutosten aikana, sitten ylemmän rungon muodonmuutosten vuoksi. voidaan tarkkailla vain lyhyeltä ajalta, jolloin rajan ylittävä liukuvastus ei pysty hallitsemaan murtumaa riittävässä määrin, varsinkin kun kyseessä on pehmeä maaperä, kun muodonmuutokset leikattaessa ovat suuria jne.

Triaksiaalinen puristustesti

Koe suoritetaan kolmiakselisella laitteistolla, jolla on erilaisia ​​rakenteita, mutta ne kaikki perustuvat samaan periaatteeseen, joka on seuraava. Häiritsemätön telan muotoinen näyte asetetaan pystysuoraan telineeseen ja altistetaan nestemassan sivupaineelle kaikilta puolilta ja sitten pystypaineelle, joka kasvaa asteittain, kunnes näytteen murtuminen tapahtuu vähiten leikkausvastuksen omaavalle pinnalle. Leikkauslujuuden perusteella lasketaan maan koheesio ja sisäkitkakulma.

Kolmiakselisen laitteen kuvaus

Kuva. 4. Triaksiaalinen laite

Kolmiakselinen laite (kuva 4) koostuu kammion pohjalevyn alaosasta, jolla näyteteline lepää, ja männän yläosasta näytteen pystysuoraan kuormitukseen sekä ylälevystä, joka sulkee kammion. Yleisimmät näytemitat ovat halkaisija ϕ=36 mm, korkeus h=2,2-2,5_ϕ_. Kammion halkaisija on D=135mm, korkeus H = 180 mm. Näytetelineen keskeltä alkaa kapea putki K1 näytteen tyhjentämiseksi pohjasta, joka vastaanottaa veden näytteestä huokoisen levyn kautta ja tyhjentää sen kammion ulkopuolelle pystysuoraan lasiputkeen C1. Jos testi suoritetaan tyhjentämättä näytettä, tämä kanava mittaa huokosten vedenpainetta. Kammion pronssisessa pohjassa on kanava K2 nestemassan syöttämiseksi kammion täyttämiseksi ja sivupaineen aikaansaamiseksi kammiossa näytteeseen.

Kammion ylälevyn läpi kulkee männän kahva näytteen lataamista varten. Kammiossa olevaa näytettä ympäröi kumikalvo, joka on jatkettu molemmista päistä ja on yhdistetty mäntään ja pohjaan kumirenkaiden avulla. Männän keskellä on kanava K3 näytteen tyhjentämiseksi yläpuolelta.

Kammion sivut on suljettu hermeettisesti pleksilasisylinterillä, joka on kiinnitetty kammion ylä- ja alalevyihin kumirenkailla.

Kammio on sijoitettu kiinteälle alustalle. Näytteen normaali kuormitus tapahtuu vivun avulla painoilla, joiden suhde on useimmiten 1: 10. Järjestelmä kammiossa olevan näytteen sivuttaispaineen saavuttamiseksi koostuu pullosta, jossa on nestemassaa B, joka tuodaan kammioon putken avulla, painemittarista ilmanpaineen mittaamiseksi ja pullosta paineilmalla. Männän yläpuolelle sijoitetaan vertailija näytteen kuormitusta varten mittaamaan näytteen painumista kuormitettuna.

Nestemassan sivupainetta kammiossa voidaan säätää halutessasi käyttämällä pullon B ilmanpainetta venttiilien V1 ja V2 kautta. Tämä paine aiheuttaa vaakasuuntaisia jännityksiä näytteessä σ2 ja σ3, jotka näytteen pyöreän leikkauksen ansiosta tasaantuvat σ2 = σ3.

Nestemassa voi olla tislattua vettä tai öljyä, mikä on parempi tiivistyksen kannalta, koska vesi pääsee kulkemaan ruuvien läpi. Pullon B ilmanpaineen vaikutuksesta nestemassa täyttää kammion venttiiliin V6 asti, joka sitten sulkeutuu. Näytteen pystykuorma P, joka siirtyy lähes kitkattomasti näytteeseen männän kahvan kautta, jaettuna näytteen poikkileikkausalalla A antaa pystyjännityksen σ1 = P/A

Triaksiaalisen puristustestin suorittaminen

Koenäytteelle se käsitellään erillisessä laitteessa, jolloin saadaan halkaisijaltaan 36 mm, 78 mm tai 90 mm korkea tela, jolle asetetaan ylhäältä ja alhaalta suodatinkivet ja laitetaan kumikalvo. Sitten näyte suodatinkivien kanssa asetetaan kammioon jalustalle, vedetään päät, kumikalvot jalustan ja latausmännän päälle ja kiinnitetään kumirenkailla. Tiettyjen laboratorioiden, kuten Prof. Skemptonin Lontoossa, käytännön mukaan näytteen valumista kammiossa kokeen aikana nopeutetaan vuoraamalla näytteen sivut suodatinpaperilla, joka asetetaan ennen kumikalvon kiinnittämistä. Kun näyte viedään laitteeseen ja pleksisylinteri kiinnitetään ylä- ja alalevyihin, on mahdollista suorittaa testejä, jotka voidaan suorittaa useilla tavoilla, kuten seuraavasti:

1. Tyhjentämättömät testit. Näissä testeissä näytteen tyhjennys ei ole sallittua sivuttais- ja pystytestin aikana, kun venttiilit V4 ja V5 ovat kiinni.

2. Tyhjentämättömät testit konsolidoinnilla. Sivupaineen käytön aikana näyte tyhjennetään (venttiilit V4 ja V5 ovat auki), kun taas pystypaineen kohdistamisen aikana tyhjennys ei ole sallittu (V4 ja V5 ovat kiinni).

3_) Valutetut näytteet_. Näytettä tyhjennetään koko kokeen ajan (venttiilit V4 ja V5 ovat auki), jotta täydellinen tiivistyminen tapahtuu eikä huokosiin synny jännittynyttä vettä pystypaineen σ1 aikana. Tämä testi kestää kauan, varsinkin huonosti läpäisevällä maaperällä, koska pystykuormitus σ1 on suoritettava useissa pienissä vaiheissa ja tiivistymistä on odotettava jokaisessa vaiheessa. Lisäksi mainitut testit voidaan suorittaa kylläisillä ja osittain kyllästetyillä näytteillä_._

Edellä mainitut mahdollisuudet huomioon ottaen kolmiakseliset puristustestit voidaan tehdä eri versioina ja säätää niitä kuormitusolosuhteiden maaperän tyypin mukaan.

Kuvatut laitteet, menettelyt, yksiköt, arvot ja mallit on siirretty historiallisesta lähteestä. Teksti ei ole geotekninen tutkimus, laboratoriopöytäkirja, perustusprojekti, todiste rinteen stabiilisuudesta tai louhintasuunnitelma. Näytteen ja testimenetelmän valinta, kuivatuksen ja tiivistymisen tila, pohjavesi, kuormitustila, seismiset vaikutukset ja louhintaturvallisuus on määritettävä kulloisellekin maaperälle ja rakennukselle voimassa olevien määräysten mukaisesti asianmukaisen laboratorion ja valtuutetun geoteknisen asiantuntijan kanssa.