2.Oznaczanie kąta tarcia wewnętrznego i spójności gruntu za pomocą aparatu trójosiowego ściskania.

2.1.Wstęp.

1.1.Wytrzymałością gruntu na ścinanie nazywamy opór, jaki stawia grunt naprężeniom stycznym w rozpatrywanym punkcie ośrodka. Po pokonaniu oporu ścinania następuje poślizg pewnej części gruntu w stosunku do pozostałej.

Warunkiem wystąpienia poślizgu jest osiągnięcie przez naprężenia styczne wartości naprężenia stycznego ścinającego :

  _f

gdzie:

τ-naprężenie styczne

τ_f-opór gruntu w chwili ścięcia

Naprężenie σ_Q działające w dowolnym punkcie ośrodka można rozłożyć na dwie składowe:

σ-naprężenie normalne do powierzchni, w której analizujemy warunki równowagi,

τ-naprężenie styczne

Opór gruntu τ_f działa w tej samej powierzchni co i naprężenie styczne τ, lecz w przeciwnym kierunku. Wartość oporu wyznacza się wg wzoru Coulomba:

τ_f = σ tgϕ + c

gdzie :

σ tg ϕ - opór tarcia wewnętrznego

ϕ - kąt tarcia wewnętrznego

c - kohezja ( opór spójności ) gruntu

Dla gruntów sypkich wzór ten ma postać

τ_f = σ tg ϕ

ponieważ w gruntach sypkich c=0.

Opór tarcia wewnętrznego gruntu zależy od wymiaru i kształtu ziarn , ich wzajemnej odległości i od ciśnienia wody w porach, które wpływa na wartość naprężeń efektywnych. Dlatego oporem właściwego tarcia wewnętrznego nazywa się opór tarcia, jaki stawia dany grunt po zakończeniu konsolidacji.

Jeżeli mamy do czynienia z gruntem przepuszczalnym ( lub mało przepuszczalnym, lecz przy powolnym wzroście obciążenia), woda szybko odflirtowuje się i przyrost ciśnienia w niej jest znikomo mały. Cały przyrost obciążenia przyjmuje szkielet gruntowy. Wtedy σ = σ'.

W przypadku gruntu mało przepuszczalnego przy szybko wzrastającym obciążeniu ciśnienie w wodzie w porach gruntu wzrasta proporcjonalnie do przyrostu naprężenia całkowitego Δσ = Δu , natomiast naprężenie σ' pozostaje bez zmian. W wyniku tego, pomimo wzrostu naprężenia normalnego całkowitego od σ do σ₁=σ'+Δσ opór gruntu nie wzrasta (τ_f1 =τ_f ).Kąt tarcia wewnętrznego ϕ₁<ϕ.

Wnioski :

1.grunty spoiste poddane powolnemu obciążeniu w miarę konsolidacji wykazują większy opór przy ścinaniu wskutek wzrostu naprężeń efektywnych w szkielecie gruntowym i zbliżenia się cząstek gruntowych, co daje wzrost kąta tarcia wewnętrznego ϕ i oporu spójności c.

2.grunty spoiste poddane szybkiemu obciążeniu bez możliwości konsolidacji stawiają przy tym samym σ znacznie mniejszy opór siłom ścinania (w stosunku do oporu w warunkach powolnej konsolidacji), gdyż naprężenia efektywne nie zwiększają się tak szybko, jak całkowite.

2.2.Oznaczenie kąta tarcia wewnętrznego za pomocą aparatu trójosiowego ściskania.

Oznaczenie zaleca się przeprowadzać na próbkach cylindrycznych o wysokości co najmniej dwukrotnie większej niż średnica. Po wycięciu próbki naciąga się na nią szczelną pochewkę gumową. Na górnym końcu próbki ustawia się tłoczek. Próbkę przykrywa się kloszem i wpuszcza do niego wodę, którą spręża się do ciśnienia σ₀ =50kPa. Po uzyskaniu żądanego ciśnienia i konsolidacji przeprowadza się ścinanie.

Po odnotowaniu ciśnienia wody odczytanego z manometru i odczytu czujnika dokonanego dokonanego w chwili ścięcia, podnosi się ciśnienie wody w kloszu do 100kPa i ponownie ścina. Następnie ciśnienie wody podnosi się do 300 lub 400 kPa i po raz trzeci ścina się próbkę.

Mając wyznaczone naprężenia główne σ₁ i σ₃ wyznacza się za pomocą kół Mohra kąt tarcia i spójność jak na Rys.nr 2. Liczba kół równa się liczbie ścięć próbek tego samego gruntu. Obwiednia do kół Mohra to prosta Coulomba, która wyznacza na osi rzędnych opór spójności c ,a nachylenie jej daje kąt tarcia wewnętrznego ϕ. Uzyskane τ (naprężenie styczne) jest maksymalnym τ_f.

Wyniki z badań bez konsolidacji i bez odsączania wody pozwalają uzyskać ϕ' i c'.

3.Wyniki badań

σ₀=400kPa

A₀=1134,15mm²

Δ
P_z*[mm]

Rys.nr3 Δh_z*

Δhz^*[mm]	ΔPz^* [mm]	u	Δh-a	ΔP-b	--> [Author:LJ] ε = Δh/h0	1-ε	P^*[kN]	A= A0(1+ε)	Δσz [kPa]	σz=σ0+Δσz=σ1	σ1' [kPa]	σ3' [kPa]
0,0	0,130	1,66	-1,08	-0,040	0,0	1	0,2	1134,1
0,489	0,135	1,67	-0,591	-0,035	0,0064	0,9935	0,17	1141,4
0,920	0,169	1,69	-0,160	-0,001	0,0121	0,9879	0	1147,8
1,325	0,271	1,78	0,245	0,101	0,0174	0,9825	0,5	1153,9	437,63	837,63	835,85	398,2
1,680	0,401	1,98	0,600	0,231	0,0221	0,9779	1,15	1159,2	996,36	1396,3	1394,4	398,1
2,030	0,500	2,14	0,950	0,330	0,0267	0,9732	1,65	1164,4	1417,0	1817,0	1814,8	397,8
2,241	0,584	2,23	1,341	0,414	0,0318	0,9681	2,07	1170,2	1768,8	2168,8	2166,2	397,7
2,840	0,660	2,28	1,760	0,490	0,0373	0,9626	2,45	1176,5	2082,4	2482,4	2480,1	397,6
3,248	0,719	2,31	2,168	0,549	0,0427	0,9572	2,74	1182,6	2321,1	2721,1	2718,8	397,7
3,679	0,760	2,32	2,599	0,590	0,0484	0,9516	2,95	1189,1	2480,1	2880,1	2878,6	397,6
4,130	0,779	2,31	3,050	0,609	0,0543	0,9456	3,04	1195,7	2546,4	2946,5	2944,1	397,6
4,618	0,769	2,29	3,538	0,599	0,0607	0,9392	2,99	1203,1	2489,5	2889,5	2887,2	397,7
5,020	0,761	2,27	3,940	0,591	0,0660	0,9339	2,95	1209,1	2444,1	2844,1	2841,7	397,7
5,540	0,742	2,26	4,460	0,572	0,0728	0,9271	2,86	1216,8	2350,1	2750,7	2748,1	397,8

Tabela nr1

Dla ciśnienia w komorze σ₀=100kPa maksymalne naprężenia główne wynoszą : σ₁'=1662,51 ,σ₃'=99,78[kPa]

Wykreślone koła Mohra przedstawiono na rys.nr4

σ_Q σ

• 
  τ_f

1)

σ_z =σ_x =σ_y=0

Rys.nr 1a σ₀ = σ₁ =σ₃

2)

σ_z=σ₁ P

τ

σ σ₀

Rys.nr 1b

τ

Rys.nr 2

ϕ τ_f

σ_x =σ_y =σ₀ =σ₁ c σ₃ σ σ₁

---