Wa mir an engem gebonne Buedem e Zylinder ausschneiden an en engem normale Drock P aussetzen (Abb. 1), da trieden am Zylinder nei Spannungen op, nämlech déi vertikal Drockspannung σ an déi horizontal Schéierpannung. Wann mir den Drock P lues a lues erhéijen, da ginn no enger Zäit schif Rëss um Zylinder sichtbar, an direkt dono kënnt et zum Bruch vum Zylinder. Am Moment vum Bruch ass de Zylinder ënner der Wierkung vum Drock P laanscht d’Scherfläch vum klengste Widderstand N-N verréckelt.
Bild 1. Wierkung vum Drock op en Zylinder, deen aus kohärente Buedem erausgeholl gouf
De Widderstand vum Buedem, deen de Walz géint d’Wierkung vun der Kraaft P am Moment vum Broch ausübt, nennt een d’Schéierfestegkeet vum Buedem, an de Wénkel α vun der Neigung vun der Plaz vum klengste Widderstand géintiwwer der Horizontalen nennt een den Wénkel vun der Plaz vum klengste Schéierwidderstand vum Buedem.
De Schéierwidderstand vu gebonne Buedem besteet aus zwee elementare Widderstänn: intern Reiwung tëscht de feste Partikelen an der Kohäsioun, déi déi feste Partikelen zesummebind. D’Schéierstäerkt vum Buedem gëtt als gläich dem gréisste Schéiermooss op de Moment vum Broch ugeholl a gëtt duerch d’Gläichung ausgedréckt
τf = c + σ tg_φ_
wou: τf d’Buedemschéierfestegkeet ass [kp/cm2],
c Kohäsioun vum Buedem [kp/cm3],
σ normal Buedemspannung [kp/cm3],
φ Wénkel vun der bannenzeger Reiwung vum Buedem.
Den uewen genannte Formule gouf vum Fransous Coulomb am Joer 1785 opgestallt. No dëser Formel ass fir e bestëmmte Buedem d’Kohäsioun c konstant an onofhängeg vum Normaldrock, während de Reiwungswidderstand σ tg_ϕ_ exakt proportional zur Spannung σ ass. A Wierklechkeet ass d’Kohäsioun e fir e bestëmmte Buedem net konstant, mee och si ass zu engem gewëssen Deel ofhängeg vun der Normalspannung σ, well ënner dem Afloss vun dësem Drock d’Dicke vum Waasserfilm, deen d’Feststoffpartikelen ëmgi, ofhëlt an doduerch d’Kohäsioun zouhëlt. D’Coulomb-Formel gëllt fir duerchlässeg Biedem, an deenen ënner dem Afloss vum Normaldrock d’Waasser aus de Pore ouni Widderstand erausgedréckt gëtt, wat de Fall vu kiesegen an sandege Biedem ass, awer net de Fall vu gebonne Buedem, deen nëmme wéineg duerchlässeg ass, wouduerch d’Waasser aus de Pore schwéier erausgedréckt gëtt an als gespannt Porewaasser ënner dem Afloss vun der Belaaschtung P zréckbleift.
Effektiv an neutral Spannungen am Buedem
Abb. 2. Effektive a neutral Spannungen am Buedem
Wa mir um Buedem vum Behälter eng Buedemprouf leeën, zum Beispill dréchene Sand, an se mat enger bestëmmter Mass belaaschten, zum Beispill mat Bläischoss vum Gewiicht W, da gëtt déi ganz Belaaschtung vun dësem Gewiicht vun de feste Buedempartikelen opgeholl. De spezifeschen Drock op d’Uewerfläch vun der Prouf p0 = W/A a kp/cm3, wou A d’Querschnittsfläch vun der Prouf ass, verursaacht d’Ofsëtze vun der Prouf, also d’Reduktioun vun hirer Porositéit, mee et verursaacht och Verännerungen an anere physikaleschen Eegenschafte vun der Prouf, wéi z. B. d’Erhéijung vun der Schéierfestegkeet, d’Erhéijung vum Kompressibilitéitsmodul an aner. Den Drock, deen op de Kontaktfläche tëscht de Partikelen herrscht, gëtt effektiven oder intergranularen Drock σ’ genannt. Wann d’Konsolidatioun erreecht ass, also wann d’Prouf ënner der Belaaschtung p0 net méi no rutscht, ass den effektive Drock gläich dem gesamte spezifeschen Drock, deen an der Déift herrscht, op där de Buedem betruecht gëtt. An dësem Fall ass an der Déift, ënner der Uewerfläch vun der Prouf op der Abb. 2 σ’ = W/A + hzγ wou γ d’Volumengewiicht vun der Prouf ass.
Allerdéngs, wann een d’Probe am Behälter amplaz mat Blei-Schrot mat Waasser bis zur Héicht h belaascht, esou datt et all Pore vun der Probe gefëllt huet, da wäert den Drock vun der Waassersail iwwer der Probe hγw, wou γw d’Volumengewiicht vum Waasser ass, keng Sëtzungsbewegung vun der Probe an keng Reduktioun vun hirer Porositéit verursaachen an och hir Schéierfestegkeet an hiren Stëiffegkeetsmodul net erhéijen. Dofir gëtt den hydrostateschen Drock hγw neutralen Drock genannt. Den neutralen Drock, dee mat u bezeechent gëtt, gëtt duerch d’Probe a sämtleche Richtungen mat gläicher Intensitéit iwwerdroen. Dësen Drock wäert keng Erhéijung vun der Schéierfestegkeet verursaachen, well d’Waasser selwer iwwerhaapt keng Schéierfestegkeet huet.
Dofir gëtt den effektive Drock σ’ iwwer d’Kontaktfläschen tëscht de feste Buedempartikelen iwwerdroen, an den neutralen Drock u gëtt duerch d’Waasser an de Poren iwwerdroen. Wann den ënneschten Deel vum Gefaas mat engem gesättigte Buedemprobe gefëllt ass, deem säi Volumengewiicht γz ass, an iwwer der Uewerfläch vun der Probe bis zum Niveau N d’Gefaas mat Waasser gefëllt ass, deem säi Volumengewiicht γw ass, da wäert de Gesamtdrock σ an all Punkt vun der Probe σ = σ’ + u. sinn.
Op der Déift hz, ënner der Uewerfläch vun der Probe, wäert den effektiven Drock σ = σ’ - u sinn
wou σ = h γw + h γz
u = (h + hz) γw.
Dofir gëllt σ’ = hz γ’
γ’ ass d’Volumengewiicht vum a Waasser ënnerdauchten Buedem.
Allgemeng Gläichung vun der Scherfestegkeet vum Buedem
Wa mir de gebonne Buedem mat der Belaaschtung P belaaschten, da wäert dës Belaaschtung eng Sëtzung vum Buedem verursaachen, an éischt gëtt ënner hirem Afloss d’Loft aus de Poren erausgedréckt, sou datt no kuerzer Zäit an de Poren nëmmen nach Waasser bleift. Well d’Waasser wéinst der gerénger Waasserduerchlässegkeet vum gebonne Buedem net direkt erausgedréckt ka ginn, bleift et als agespaart Waasser an de Poren a dréit am Ufank déi ganz baussenzeg Belaaschtung P. Am weidere Verlaf fänkt ënner dem Afloss vun der Belaaschtung P d’Waasser aus de Poren erausgedréckt ze ginn an et kënnt zu engem Zesummeschléissen vun de feste Partikelen, déi elo en Deel vun der Belaaschtung P iwwerhuelen. Da hu mir τf =c + (σ - u) tg_ϕ,_ wou σ de gesamten Drock vun der Belaaschtung P ass, u de Porwaasserdrock.
De Porenwaasserdrock u hänkt vu méi Faktoren of, wéi zum Beispill dem zäitleche Verlaf vun der Konsolidéierung, der Duerchlässegkeet vum Buedem, der Gréisst vun der Belaaschtung vum Buedem asw. D’Schéierfestegkeet vum Buedem hänkt vum Porenwaasserdrock of, an si ass am gréisste bei u=0, wann d’Konsolidéierung vum Buedem stattfënnt.
Kolloidal Aktivitéit vum Buedem
D’Elementer vum banneschten Widderstand vum Buedem Kohaesioun an Reiwung kënnen ënnerschiddlech sinn a hänken zu engem groussen Deel vun der Korngréisst vun de feste Buedemdeelercher an hiren plastesche Eegenschafte of. Fir den Afloss vun der Kohaesioun am Verglach zum Widderstand duerch intern Reiwung vu kohärente Buedem z’erfaassen, huet de Skempton de Begrëff vun der kolloidaler Aktivitéit vum Buedem _K_P agefouert, dee representéiert gëtt duerch d’Verhältnis vum Plastizitéitsindex IP zum Undeel vun Deelercher méi kleng wéi 0,002 mm a % vum Gewiicht vun der ganzer Mass. Dobäi gouf de folgenden Krittär ugeholl (Abb. 3):
Fig. 3. Kolloidal Aktivitéit vum Buedem
Fir KP < 0,75 sinn et inaktiv Leemegäer,
fir KP = 0,75 – 1,25 si normal Leem,
fir Kp > 1,25 vun aktivem Leem.
Mat der Erhéijung vum KP klëmmt den Afloss vun der Kohäsioun am Verglach mat der banneschter Reiwung vum kohärente Buedem.
Empfindlechkeet vum Buedem
Wa mir an engem kohärente Buedem e Zylinder mat engem Duerchmiesser vun 3—3,4 cm an enger Héicht vu ~ 5 cm eraushuelen an en mat enger normaler Belaaschtung belaaschten, da kréie mir am Moment vum Broch vum Zylinder d’Drockfestegkeet vum Buedem am ongestéierte Zoustand σ__ₙ:
σn = P/A a kp/cm2,
wou A de Querschnëtt vum Zylinder ass.
Nom ofgeschlossene Versuch huele mir déi zerbrach Proov ewech a stellen erëm e Zylinder vun de selwechte Moossen hier, mam selwechte Zylinder-Schimmel, dobäi bleift seng Fiichtegkeet déi selwecht wéi bei der viregter Prob. Duerno gëtt direkt no der Hierstellung vum nei gekniedeten Zylinder de Versuch domat widderholl, sou datt d’Drockfestegkeet vum Buedem am gestéierte Zoustand σ__ₚ. kritt gëtt
D’Empfindlechkeet (Sensitivitéit) S__ₜ ass d’Verhältnis vun der Drockfestegkeet am ongestéierte Staat zu där am gestéierte Staat: St = σn/σp,
No engem Krittär gëtt d’Sensibilitéit S__ₜ wéi follegt bewäert:
- fir S__ₜ = 1 — 2 ass d’Empfindlechkeet vum Lehm kleng,
- fir S__ₜ = 2 — 4 ass d’Mëttel-Empfindlechkeet vum Leem,
- fir S__ₜ = 4 — 8 ass eng grouss Empfindlechkeet vum Leem,
- fir S__ₜ > 8 ass Leem iwwerempfindlech.
An der Natur geschitt et, datt duerch mechaneschen Afloss, zum Beispill e Biewen, leemegen Buedem op eemol seng Festegkeet verléiert, déi en dono am Rouzoustand erëm kritt. Dës Eegenschaft nennt ee Tixotropie vum Buedem. Vill Leeme weisen zu engem gewësse Grad tixotropesch Eegenschaften op. Bekannt si Fäll vu Rutschungen un Ausgruewungshäng duerch d’Verlafen vun tixotrope Leem an Norwegen, Schweden a Finnland, wou duerch Enquête festgestallt gouf, datt et wärend dësem Prozess keng Ännerung vun der Fiichtegkeet vum Leem gouf, dat heescht, datt d’Fiichtegkeet vum Leem virun an no der Verlafung konstant war.