Pagpapasiya ng pagkakaisa at anggulo ng panloob na friction

Ngayon, ang Savo Kusić ay nakatuon sa mga bintanang kahoy, mga bintanang kahoy-aluminyo, pasadyang mga bintana, pinto at mga kahilingan para sa panipi. Ang tekstong ito ay nananatiling isang geotechnical archive at hindi isang alok para sa pagsubok sa laboratoryo, geotechnical na disenyo o earthworks.

Mayroong ilang mga paraan ng pagtukoy ng mga elemento ng panloob na resistensya ng lupa, pagkakaisa at anggulo ng panloob na friction gamit ang mga pagsubok sa laboratoryo, kung saan ang direct shear test at ang triaxial compression test ay ang pinakasikat.

Direktang karanasan sa paggugupit

Isinasagawa ang pagsubok sa isang apparatus na may hugis-parihaba na seksyon ng uri A. Casagrandea o sa isang circular apparatus ng Hvorsleva type. Ilalarawan namin ang eksperimento sa device na may hugis-parihaba na seksyon, na siyang pinakamalawak na ginagamit. Sa parehong mga kaso, ang pagsubok ay isinasagawa gamit ang isang hindi nababagabag na sample, o may isang nababagabag na sample sa yield point, kung saan ang pagsubok ay may comparative value.

Apparatus para sa direktang paggugupit ng isang parihabang seksyon (fig. 1)

Fig. 1_Cross section ng Casagrande’s direct shear apparatus_

Ang device ay binubuo ng dalawang bahagi, ang upper at lower frame, kung saan ang lower one ay static, habang ang upper one ay movable at maaaring ilipat sa lower one sa ilalim ng impluwensya ng horizontal force Z, na kumikilos sa plane of contact ng upper at lower frame.

Ang sample ng lupa ay inilalagay sa isang bakal na hugis-parihaba na singsing, kadalasang may sukat na 100 × 100 × 30 mm, o ang mga sukat na iyon kapag tumpak na nasimot. Ang mga filter na bato ay inilalagay sa itaas at ibaba ng sample, at pagkatapos ang lahat ay inilalagay sa singsing ng aparato, na pagkatapos ay puno ng tubig. Ang isang aparato para sa vertical loading ay inilalagay sa sample. Ang itaas na filter na bato ay konektado sa sistema ng patayong pagkarga ng sample, habang ang ibaba ay konektado sa mga channel ng tubig, kung saan ang sample ay maaaring panatilihin sa isang saturated na estado sa panahon ng pagsubok, upang ibukod ang maliwanag na pagkakaisa.

Upang hindi maisama ang friction sa mga contact surface sa pagitan ng upper at lower frame, may mga device na ang upper frame ay napilipit, kung saan ang upper frame ay gumagalaw sa ilalim ng epekto ng horizontal shearing force. Bilang karagdagan, ang mga contact surface ng upper at lower frame ay pinahiran ng petroleum jelly. Isa pang 2 comparator para sa pagrerehistro ng mga vertical at horizontal deformation ay kasama sa device.

Pagsasagawa ng mga direktang pagsubok sa paggugupit

Mayroong karamihan2mga uri ng direct shear test: fast and slow test. Ang quick test ay binubuo sa paglo-load ng sample na may isang tiyak na vertical pressure, na karaniwang katumbas ng0,50;1,0;2,0;3,0at4,0kp/cm2, maghintay para sa pagsasama-sama, na ipinapalagay na nakamit kung ang paghupa sa panahon ng24oras Δh ≤0,02 mm, at pagkatapos ay inilapat ang isang horizontal shear force Z, ng magnitude1/20o1/40bahagi ng vertical force P, na tumataas bawat minuto ng parehong halaga hanggang sa masira ang lupa. Sa panahon ng paggamit ng pahalang na puwersa ng paggugupit, ang kurso ng paggalaw ng itaas na frame ay patuloy na sinusubaybayan sa pamamagitan ng pagbabasa sa comparator at ang mga pahalang na pagpapapangit ay naitala sa log kaagad bago ang bawat bagong pagkarga. Ang sandali, kung saan ang comparator ay nagpapakita ng isang biglaang paggalaw, ay pinagtibay bilang ground breaking.

Ang mabilis na pagsubok ay inilalapat sa mga clayey na lupa, na ang natural na pagsasama sa ilalim ng isang bagong pagkarga ay mabagal at tumutugma sa pamamaraang ito ng pagsasagawa ng pagsubok.

Slow test ay ginagawa sa katulad na paraan tulad ng dati na may pagkakaiba lamang na ang horizontal shear force ay tumataas sa mas mahabang agwat ng oras, na maaaring 2, 5 at 15 mminuto o hanggang sa pagsama-sama, ibig sabihin, hanggang sa maging ganap ang pahalang na mga deformasyon. Ang takbo ng pagsasama-sama sa ilalim ng epekto ng horizontal force ay sinusubaybayan sa comparator 9 (fig. 1).

Ang mabagal na pagsubok ay inilalapat sa mabuhangin o maalikabok na lupa, kung saan sa kaso ng pagtaas ng horizontal shear force sa maikling pagitan ng oras, ang paggugupit ng sample sa apparatus ay bibilis dahil sa epekto ng stressed na tubig sa mga pores, na hindi tumutugma sa natural na proseso. Samakatuwid, ang agwat ng oras ay tumataas sa kalinisan ng hindi nakatali na mga particle ng lupa, upang payagan ang pagkakapantay-pantay ng presyon ng tubig sa mga pores ng lupa sa panlabas na presyon ng tubig. Ang pagkakapantay-pantay na ito ay nakakamit sa pamamagitan ng pag-iiwan ng sapat na oras sa ilalim ng epekto ng bawat antas ng pahalang na pagkarga, upang ang labis na tubig sa mga pores ay napipiga palabas sa pamamagitan ng filter na bato.

Sa karagdagan sa mga nabanggit na pagsubok, sa ilang mga kaso, ang isang mabilis na pagsubok na walang pagsasama-sama sa ilalim ng vertical load ay isinasagawa, ibig sabihin, ang horizontal shear force ay inilapat kaagad pagkatapos ipasok ang sample sa apparatus at i-load ito ng isang vertical load. Gayunpaman, ang paraan ng pagpapatupad na ito ay inilalapat sa ilalim ng mga espesyal na kundisyon, tulad ng kaso ng isang bagong naka-install na pilapil na gawa sa luad na lupa, na kinakarga kaagad pagkatapos ng pilapil nang walang paunang compaction.

Pagtukoy ng anggulo ng panloob na friction at pagkakaisa

Batay sa mga resulta ng pagsubok, ang shear stress

τ=Z/A sa kp/cm², ​

na nakukuha mula sa shear force Z sa kp sa sandali ng pagkabigo at ang cross-sectional area ng sample A sa cm². Ang pagsusulit ay ginagawa gamit ang 3 hanggang 4 apparatus na nilagyan ng iba’t ibang normal na presyon σ=P/A sa kp/cm² kung saan ang P ay ang vertical load ng sample sa kp. Karaniwang kinukuha ang mga sumusunod na halaga ng normal na presyon: 1,0; 2,0; 3,0 at 4,0 kp/cm².

Fig. 2. Diagram ng mga pahalang na deformation

Batay sa diagram ng internal friction elements, dalawang uri ng diagram 1 at isang diagram ng horizontal deformations (fig. 2) ay nakuha.

Ang diagram ng mga pahalang na deformation ay nakukuha sa pamamagitan ng paglalapat ng pahalang na displacement ΔL sa mm ng itaas na frame ng device sa mas mababang isa sa abscissa axis, na nakukuha sa pamamagitan ng pagbabasa ng comparator 9, at sa ordinate axis ang kaukulang shear stress _cm² (figp. 2).

Depende sa compaction ng lupa, nakuha ang diagram na 1 para sa compact at diagram 2 para sa maluwag na materyal.

Para sa isang siksik na materyal, ang paggugupit ng stress τ ay tumataas sa una nang matalas na may kaugnayan sa pahalang na displacement ΔL hanggang sa limitasyon ng proporsyonalidad P, pagkatapos ay mas mabagal, habang ang curve ng diagram1tumataas at umabot sa pinakamataas na taas B, pagkatapos nito ay bumababa ang diagram para sa isang tiyak na haba, upang sa wakas ay maabot ang isang pahalang na daloy. Ang zone ng straight-line climbing ng horizontal deformation diagram, kung saan ang pagtaas ng shear stress ay proporsyonal sa pagtaas ng deformation, ay ipinapalagay na ang lugar ng elastic deformation. Lampas sa limitasyon P, bumababa ang pagtaas ng shear stress ayon sa pagtaas ng mga deformation ΔL hanggang sa pinakamataas na punto B ng diagram. Sa zone na ito, ang materyal ay nagsisimula sa “daloy” at ito ay pinagtibay bilang isang lugar ng plastic deformation. Ang pinakamataas na punto ng B diagram1kumakatawan sa maximum na shear stress max τ, at ipinapalagay na ang pagkabali ng lupa ay nangyayari sa puntong ito, ibig sabihin, ang puntong B ay ang breaking point. Higit pa sa punto B, ang materyal ay nasa isang likidong estado, ang lakas ng paggugupit ay bumababa, at ipinapalagay na sa zone na ito, kung saan ang koneksyon sa pagitan ng mga particle ay nasira, mayroon lamang sliding resistance na sumasalungat sa horizontal shear force. Point G kung saan ang diagram1ang mga pumasa sa pahalang na direksyon ay pinagtibay bilang limitasyon sa pag-slide.

Ang shear stress sa failure limit B ay tinatawag na shear strength o pure shear strength τf, habang ang shear stress sa yield limit G ay tinatawag na slip strength τg.

Para sa maluwag na materyal, ang horizontal displacement diagram ay mayroon ding elastic region na may proportionality limit P, ngunit ang downstream ay isang plastic na rehiyon hanggang sa slip limit G, ibig sabihin, ang maximum na shear stress ay katumbas ng limitasyon ng lakas, slip (τ=τg), na lampas kung saan ang likidong estado ng materyal.

Sl.3. Shear diagram, a) para sa magkakaugnay na mga lupa, b) para sa hindi magkakaugnay na mga lupa

Ang shear diagram ay nakuha kapag ang normal na presyon σ sa kp/cm ay inilapat sa abscissa axis2, at sa ordinate axis ang kaukulang lakas ng paggugupit τf sa kp/cm2, kung saan ang parehong mga halaga ay inilapat sa parehong sukat (fig.3). Dahil ang lakas ng paggugupit τf ng lupa ay tumataas sa normal na presyon σ, ito ay para sa iba’t ibang mga presyon σ1 kumuha ng mga puntos A, B, C, at D, na kumakatawan sa kaukulang lakas ng paggugupit.

Upang makakuha ng mga indibidwal na puntos A, B, C at D sa diagram3para sa magkakaugnay na mga lupa (Fig.3a), ang sliding strength _τ_g ay pinagtibay. Gayunpaman, sa kaso ng clayey na lupa, ang materyal ay nagsisimulang dumaloy nang matagal bago maabot ang sliding limit G, at may posibilidad na gamitin ang shear strength sa limitasyon ng proportionality P upang matukoy ang cohesion c at ang anggulo ng internal friction ng lupa, ngunit dahil ito ay medyo maliit, ang shear strength kung saan ang deformation ΔL ay madalas na pinagtibay sa diagram.2dalawang beses na mas malaki kaysa sa pagpapapangit sa nakaraang yugto ng paglo-load sa apparatus. Ang lakas na ito ay nasa pagitan ng hangganan ng P at B, iyon ay, G (fig.2).

Ang pagkonekta ng mga punto A, B, C at D sa diagram 76a ay nagbibigay ng shear diagram, na isang tuwid na linya sa mga matagumpay na pagsubok. Sa pamamagitan ng pagpapahaba ng diagram sa intersection na may ordinate axis, para sa σ = 0, ito ay nakuha batay sa Coulomb pattern τf = c+σ tgϕ na τf = c = soil cohesion, habang ang slope ng diagram patungo sa horizontal ay nagbibigay ng anggulo ng internal friction. Sa pamamagitan ng pagpapalawak ng shear diagram sa kabilang panig ng ordinate axis, ang stress dahil sa cohesion pk ay nakukuha sa abscissa axis, kapag ang magnitude ng cohesion c ay ipinahayag bilang katumbas ng frictional resistance:

c = pk tgϕ, saan pk = c/tgϕ

Para sa hindi magkakaugnay na mga lupa, tulad ng buhangin, ang diagram sa fig. 3b, na dumadaan sa coordinate na pinanggalingan, dahil para sa σ = 0 makuha namin ang τ = 0. Gayunpaman, kung ang buhangin ay pinong butil at basa, isang diagram na katulad ng isa sa fig. 3a, na may mas maliit na pagkakaisa c, na kumakatawan sa maliwanag na pagkakaisa. Sa kasong iyon, ang stress pk sa pinahabang abscissa axis sa kabilang panig ng coordinate origin ay kumakatawan sa capillary stress.

Dapat tandaan na ang pagpapasiya ng pagkakaisa at friction ng lupa sa pamamagitan ng direktang pagsubok sa paggugupit ay may ilang mga disadvantages, ang pinakamahalaga ay ang pagkabigo ng lupa ay nangyayari sa isang paunang natukoy na ibabaw ng paggugupit at hindi sa ibabaw ng hindi bababa sa paglaban sa paggugupit, na sa panahon ng paggugupit ng sample sa apparatus, ang paggugupit sa ibabaw ng isang bahagi ay nababawasan sa panahon ng paggalaw ng sample sa itaas, pagkatapos ay nababawasan ang paggugupit sa ibabaw ng sample dahil sa paggalaw ng mas mababang ibabaw ng sample. Ang paggugupit ay maaari lamang masubaybayan sa maikling haba, upang ang sliding resistance na lampas sa limitasyon ay hindi makontrol ang bali sa isang sapat na lawak, lalo na sa kaso ng malambot na lupa kapag ang mga deformation sa panahon ng paggugupit ay malaki, atbp.

Triaxial compression test

Ang pagsubok ay isinasagawa sa isang triaxial apparatus, na may iba’t ibang mga konstruksyon, ngunit lahat ng mga ito ay batay sa parehong prinsipyo, na ang mga sumusunod. Ang hindi nababagabag na sample sa anyo ng isang roller ay inilalagay nang patayo sa kinatatayuan at nakalantad sa lateral pressure ng likidong masa mula sa lahat ng panig at pagkatapos ay sa vertical na presyon, na unti-unting tumataas, hanggang sa ang bali ng sample ay sanhi sa ibabaw ng hindi bababa sa paglaban sa paggugupit. Batay sa lakas ng paggugupit sa break, ang pagkakaisa at ang anggulo ng panloob na friction ng lupa ay kinakalkula.

Paglalarawan ng triaxial device

Fig. 4. Triaxial apparatus

Ang triaxial apparatus (fig. 4) ay binubuo sa ibabang bahagi ng base plate ng chamber, kung saan nakapatong ang sample stand, at sa itaas na bahagi ng piston para sa vertical loading ng sample at ang upper plate na nagsasara ng chamber. Ang pinakakaraniwang sample na sukat ay diameter ϕ=36 mm, taas h=2,2-2,5_ϕ_. Ang diameter ng chamber ay D=135mm, taas H = 180 mm. Ang isang makitid na tubo na K1 para sa pag-draining ng sample mula sa ibaba ay nagsisimula sa gitna ng sample stand, na tumatanggap ng tubig mula sa sample sa pamamagitan ng isang porous na plato at inaalis ito sa labas ng silid patungo sa isang vertical glass tube C1. Kung ang pagsubok ay isinasagawa nang hindi pinatuyo ang sample, ang channel na ito ay nagsisilbi upang masukat ang presyon ng tubig sa mga pores. Sa bronze base ng chamber ay mayroong channel K2 para sa supply ng liquid mass upang mapuno ang chamber at makamit ang lateral pressure sa chamber sa sample.

Sa pamamagitan ng itaas na plato ng kamara ay dumadaan sa hawakan ng piston para sa pagkarga ng sample. Ang sample sa silid ay napapalibutan ng isang lamad ng goma, na pinalawak sa magkabilang dulo at konektado sa piston at base sa pamamagitan ng mga singsing na goma. Sa gitna ng piston ay mayroong channel K3 para sa pag-draining ng sample mula sa itaas na bahagi.

Ang mga gilid ng chamber ay hermetically sealed gamit ang isang Plexiglas cylinder na nakadikit sa itaas at lower plate ng chamber sa pamamagitan ng rubber rings.

Ang silid ay inilalagay sa isang solidong base. Ang normal na pagkarga ng sample ay ginagawa sa pamamagitan ng isang lever na may mga timbang, ang ratio nito ay kadalasang 1: 10. Ang sistema para sa pagkamit ng lateral pressure sa sample sa silid ay binubuo ng isang bote na may likidong masa B, na dinadala sa silid sa pamamagitan ng isang tubo, isang manometer para sa pagsukat ng presyon ng hangin at isang bote na may naka-compress na hangin. Ang isang comparator ay inilalagay sa itaas ng piston para sa pagkarga ng sample upang masukat ang settlement ng sample sa ilalim ng pagkarga.

Ang lateral pressure ng liquid mass sa chamber ay maaaring iakma sa kalooban gamit ang air pressure sa bote B, sa pamamagitan ng valves V1 at V2. Ang pressure na ito ay nagdudulot ng mga pahalang na stress sa sample na σ2 at σ3, na dahil sa pabilog na seksyon ng sample ay equalize σ2 = σ3.

Ang likidong masa ay maaaring distilled water o langis, na mas gusto para sa mas mahusay na sealing, dahil ang tubig ay maaaring dumaan sa mga turnilyo. Sa ilalim ng impluwensya ng presyon ng hangin sa bote B, pinupuno ng likidong masa ang silid hanggang sa balbula V6, na pagkatapos ay magsasara. Ang patayong pagkarga ng sample P, na inililipat nang halos walang frictionless sa sample sa pamamagitan ng piston handle, na hinati sa cross-sectional area ng sample A ay nagbibigay ng vertical stress σ1 = P/A

Nagsasagawa ng triaxial compression test

Para sa test sample, ito ay pinoproseso sa isang hiwalay na apparatus, upang ang isang roller na may diameter na 36 mm, isang taas na 78 mm o 90 mm ay nakuha, kung saan ang mga filter na bato ay inilalagay mula sa itaas at ibaba at isang goma na lamad ay inilalagay. Pagkatapos ang sample kasama ang mga filter na bato ay inilalagay sa stand sa kamara, ang mga dulo, ang mga lamad ng goma ay hinila sa ibabaw ng stand at ang naglo-load na piston at sinigurado ng mga singsing na goma. Ayon sa pagsasanay ng ilang mga laboratoryo, tulad ng Prof. Skempton sa London, ang pag-draining ng sample sa silid sa panahon ng pagsubok ay pinabilis sa pamamagitan ng paglalagay ng mga gilid ng sample na may filter na papel, na inilalagay bago ang goma lamad ay nakuha. Kapag ang sample ay ipinasok sa apparatus at ang Plexiglas cylinder ay naayos sa itaas at ibabang mga plato, posibleng magsagawa ng mga pagsubok, na maaaring isagawa sa maraming paraan, tulad ng mga sumusunod:

1. Undrained tests. Sa mga pagsubok na ito, hindi pinapayagan ang pag-draining ng sample sa panahon ng paglalapat ng lateral at vertical test, habang ang mga valve V4 at V5 ay sarado.

2. Undrained test na may consolidation. Sa panahon ng paglalagay ng lateral pressure, ang sample ay pinatuyo (ang mga balbula V4 at V5 ay bukas), habang sa panahon ng paglalapat ng vertical pressure, hindi pinapayagan ang drainage (V4 at V5 ay sarado).

3_) Mga pinatuyo na sample_. Ang sample ay pinatuyo para sa buong tagal ng pagsubok (ang mga balbula V4 at V5 ay bukas), upang ang kumpletong pagsasama-sama ay mangyari at walang stressed na tubig na nalikha sa mga pores sa panahon ng paglalapat ng vertical pressure σ1. Ang pagsusulit na ito ay tumatagal ng mahabang panahon, lalo na sa hindi magandang permeable na lupa, dahil ang vertical loading σ1 ay dapat isagawa sa isang malaking bilang ng maliliit na yugto at dapat hintayin ang pagsasama-sama sa bawat yugto. Bilang karagdagan, ang mga nabanggit na pagsubok ay maaaring isagawa gamit ang saturated at partially saturated sample_._

Sa pagtingin sa mga nabanggit na posibilidad, ang triaxial compression test ay maaaring isagawa sa iba’t ibang variant at iakma ayon sa uri ng lupa sa ilalim ng mga kondisyon ng pagkarga.

Ang mga device, pamamaraan, unit, value at pattern na inilarawan ay inililipat mula sa isang makasaysayang pinagmulan. Ang teksto ay hindi isang geotechnical study, laboratory protocol, foundation project, patunay ng slope stability o excavation plan. Ang pagpili ng sample at paraan ng pagsubok, estado ng drainage at consolidation, tubig sa lupa, load regime, seismic influences at kaligtasan ng paghuhukay ay dapat matukoy para sa partikular na lupa at gusali, ayon sa kasalukuyang mga regulasyon, na may naaangkop na laboratoryo at awtorisadong geotechnical expert.