a talajok mechanikai tulajdonságai
Post on 11-Feb-2016
70 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
A talajok mechanikai tulajdonságai
Mechanikai alapok
Feszültségek értelmezése
Alakváltozások értelmezése
=dℓ/ℓ
Feszültségi állapot
Mechanikai állapotjellemzők és
egyenletek
• 3 normál- és 3 nyíró-feszültség a hasáb oldalain
x y z xy yz zx
• 3 fajlagos nyúlás és 3 szögtorzulás a hasáb deformációi x y z xy yz zx
• 3 eltolódás a pont elmozdulásvektorának komponensei
ux uy uz.
3 egyensúlyi egyenlet
gdy
ddx
ddzd zyzxz
6 geometriai egyenlet
zz
dzdu
6 fizikai egyenlet
yxzz σσσE1ε
Me c h a n i
k a i
e g y e n l
e t
e k
Megoldás pl.
egyetlen koncentrált erőre
zrrz
32zr
32z
22r
2t
sincos3RF
21
cos3RF
21σ
cos11μ21sincos3
RF
21σ
coscos11μ21
RF
21σ
Főfeszültségek, fősíkok
0
Mohr-féle feszültségábrázolás
Feszültségi és alakváltozási állapotok
• Térbeli feszültségi és/vagy alakváltozási állapot • Síkbeli feszültségi vagy alakváltozási állapot
• Tengelyszimmetrikus feszültségi és/vagy alakváltozási állapot
• Lineáris feszültségi vagy alakváltozási állapot
• Hidrosztatikus feszültségi és/vagy alakváltozási állapot
Speciális feszültségi
és alakváltozási
állapotok
Hidrosztatikus állapot
Tengelyszimmetrikus állapot
Lineáris feszültségi állapot
Lineáris alakváltozási állapot
Anyagtani fogalmak
• Rugalmas viselkedés• Lineárisan rugalmas viselkedés• Homogén anyag• Izotróp anyag• Képlékeny állapot• Törési állapot• Törési v. képlékenységi feltétel
• Egyszerű Hooke-törvény – lineáris fesz. állapot
• Általános Hooke-törvény – térbeli állapot
Rugalmasságtan
zz E zx
xyzz σσσE1ε
12EG
Speciális állapotok rugalmasságtani összefüggései
tengelyszimmetrikus feszültségi és lineáris alakváltozási
állapot
Coulomb-féle törési feltétel
c+tg.
A talajok mechanikai viselkedésének
sajátosságai
A talajok mechanikai sajátosságai
• A feszültségek sajátossága a többfázisú összetétel okán
• A kezdeti feszültségi állapot és a feszültségtörténet hatása
• A vízelvezetés és a térfogatváltozás a terhelés közben és után
• A feszültségek és az alakváltozások kapcsolatának sajátosságai
• A talajok viszkózus tulajdonságai
• Egyéb sajátosságok
As Av
su
FV FT
A
Agyag: As0 Homok: FTFV0 Víz: Av=A
uσσ
AA
uA
FFAA
σσ
AuFFAσAσ
vVTss
vVTss
Feszültségek a kétfázisú talajban
u+σ=σ teljes hatékony semleges feszültség feszültség feszültség
a talaj a szemcse- a pórus- egészén vázon vízben
Kezdeti feszültségi állapot
• függőleges teljes feszültség
• semleges feszültség
• függőleges hatékony feszültség
• vízszintes hatékony feszültség
• vízszintes teljes feszültség
00zz0 uσσ
0z0x Kσσ 0
0x00x uσσ
gz z0
ghu v0
Feszültségtörténet
Előterheltségi (túlkonszolidáltsági) viszonyszám
Nyugalmi nyomás tényezője
• NC-talajokra Jáky szerint
• OC-talajokra mérési adatok szerint
z
zmax
σσ=OCR
sin1K0
OCRsin1K0
Terhelés-változás a talajban
• Kezdeti állapot feszültségei0’ +u0 0
• Terhelés okozta feszültségek
• Terhelés utáni feszültségek0+ 0+
u=?
u = 0 u ≠ 0 u=u0 u=u0+u=?
‘ 0’ + ’ = ?
0
0’
u0 ’=?
u=?
A talaj viselkedése terhelés hatására
A terhelés alatt pórusvíznyomástöbblet
nem keletkezik keletkezik
• nyílt rendszerű terhelés• drénezett terhelés• konszolidált terhelés• lassú terhelés
• zárt rendszerű terhelés• drénezetlen terhelés• konszolidálatlan terhelés• gyors terhelés
gyors terhelés + kis áteresztőképességű talaj
pl. silófeltöltés agyagon
lassú terhelés + nagy áteresztőképességű talaj
pl. töltésépítés kavicstalajon
KONSZOLIDÁCIÓTartalma• a teljes feszültség növekménye hatékonnyá változik• a pórusvíznyomás növekménye zérusra csökken• lezajlanak az alakváltozások• lezajlik a vízmozgás
Következménye• a talajtöréssel szembeni biztonság az építés (a terhelés)
végén a legkisebb, az idővel aztán nő a nyírószilárdság• időben elhúzódnak a süllyedések
A feszültségi és alakváltozási állapot hatásaa feszültség-alakváltozás
kapcsolatra
1
1
3=0 3=const. 3=K0.1
3=1
hidrosztatikus feszültségi és alakváltozási állapot
1 = 2 = 3
tengelyszimmetrikus feszültségi 3 = 2 = K0 · 2
2 = 2 = 0
lineáris alakváltozási állapot
törési állapot
= ·tg+ c 1 = 3 · tg2(45 + /2) + 2 · c · tg(45+ /2)
A nyírószilárdság csökkenése a nyírási elmozdulással
Tömör homok Előterhelt agyag
nyírási elmozdulás s
nyíró
sfes
zülts
ég
reziduális nyíró-
szilárdság
a nyíró-szilárdságcsúcsértéke
cs
r
A puha kötött talajok viszkózus tulajdonságai
Természetbeli nyírt talajzónában (pl. lejtőben) nincs mozgás kúszás
Nyírószilárdsági vizsgálatnál ds/dt nagy a mértnagy ds/dt 0 a mért
Az alakváltozási állapottól függően a mozgás során a talaj állapota javul vagy romlik
0 és/vagy c csökkenhet – gyorsul a mozgás 0 és/vagy c növekedhet – lassul a mozgás
0
dtdsc0
Bingham-modell
dtds
0 fundamentális nyírószilárdság
A talajok mechanikai viselkedésének egyéb sajátosságai
• Telítetlen talajok → a hatékony feszültségek bizonytalanok a kapilláris hatás és a suction miatt
• Szerves alkotók → időben elhúzódnak az alakváltozásoka szerves anyag rothadása miatt
• Cementáltság → kohéziót eredményez, dea törés után elveszik (rideg viselkedés)
• Gyenge felületek → csak reziduális nyírószilárdság működik,a korábbi mozgások miatt
• Inhomogenitás → a jellemző mechanikai paraméterek felvétele a térbeli változások miatt nehéz
• Anizotrópia → irányfüggő szilárdság a csúszólapokon, bizonytalan vízszintes feszültségek
A törési állapot leírása és vizsgálata
Coulomb féle törési feltétel
c+tg.
A talajok mechanikai viselkedésének sajátosságai
• Feszültségek a szemcsevázon és a pórusvízben
• Kezdeti feszültségi állapot, feszültségtörténet
• Konszolidáció a terhelés alatt vagy után
• Alakváltozások jellege és mértéke
• Viszkózus tulajdonságok
Talajtörési problémák vizsgálata
Hatékony feszültségek analízise
ez a jobb,hacsak lehet ezzel
szemcsés talajban mindig,kötött talaj konszolidált
állapotában,ha mérjük a víznyomást
Teljes feszültségek analízise
ez a bizonytalanabb,ha nem lehet a másikat
kötött és átmeneti talajok terhelés közbeni és
közvetlen az utáni állapota
uu ctgστ ctgστ
φ’ és c’ vagy φu és cu
meghatározásakor (felvételekor)
vegyük figyelembe
a talaj további speciális tulajdonságait
Modellező talajvizsgálatokModellező talajvizsgálatok
• A kezdeti feszültségi állapotból kiindulva a várható feszültségváltozásokat utánozva terheljünk.
• Az alakváltozások jellege, mértéke feleljen a valóságban várhatónak.
• Az alakváltozások sebessége is feleljen meg a várható terhelési sebességnek.
A vizsgálatok modellezési elveA vizsgálatok modellezési elve
A modellezési elv alkalmazási feltételei
• A valóságban várható terhelési viszonyok ismerete– A mérnöki feladat megismerése – Megfelelő talajfeltárás
• A talajok nyírószilárdsági jellemzőinek ismerete– A viselkedés kvalitatív és kvantitatív jellemzőinek ismerete– Az egyes talajfajták viselkedésének sajátosságai– Általános és helyi tapasztalatok
• Alkalmas nyírószilárdsági vizsgálatok végrehajtása– A vizsgálati eszközök és eljárások ismerete– Konkrét technikai, személyi és finanszírozási lehetőségek
Laboratóriuminyírószilárdsági vizsgálatok
Triaxiális cella
Rutinszerű triaxiális
vizsgálat
feldolgozása
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 100 200 300 400 500 600
deviátorfeszültség 1 - 3 kPafa
jlago
s ös
szen
yom
dás
%
150250350
3
kPa
normálfeszültség kPa
nyíró
fesz
ülts
ég
k
Pa
= 23,1 c = 37,3 kPa
Dobozos nyírás
0
50
100
150
200
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
normálfeszültség kN/m2
nyíró
fesz
ülts
ég
kN/
m20
50
100
150
200
0 2 4 6 8 10 12
nyírási elmozdulás s mm
nyíró
fesz
ülts
ég
k
N/m
2
100
200
400
= 17 °c = 40 kN/m2
Dobozos nyíróvizsgálat feldolgozása
Terepi nyíró-
szilárd-sági
vizsgá-latok
Nyírószondázás
Nyomószondázás
Presszióméteres vizsgálat
Nyírószondázás
Szemcsés talajok nyírószilárdsága
Száraz vagy telített állapotban
a hatékony feszültségek analízise alkalmazható
Telített állapotban nagyon gyors, lökésszerű terhelés esetén
megfolyósodás következhet be
Telítetlen állapotban
csekély, többnyire elhanyagolt kapilláris kohézió
tg
0
uu ctg u kPacu 20...0
0
Szemcsés talajok nyírószilárdsága
nyírási elmozdulás s
nyíró
sfes
zülts
ég
tömör homok
laza homok
szerkezeti ellenállás szemcsék közötti súrlódás
Szemcsés talajok nyírószilárdsága
• Tömörség (T)
leglazább -6˚...…..+6˚ legtömörebb
• Szemcseméret (D)
finom homok 0˚..……+6˚ durva kavics
• Szemeloszlás (U)
U<3 -3˚..……+3˚ U>10
• Szemcsealak (A)
sima, gömbölyű -5˚..……+1˚ éles, érdes
Kötött talajok nyírószilárdsága
Telített állapotban, szokásos terhelés mellett
a teljes feszültségek analízise alkalmazható
Telített állapotban lassú terheléskor, ill. konszolidáció végéna hatékony feszültségek analízise alkalmazható
Telítetlen állapotbancsekély súrlódási szög, jelentős kohézió
ctg
uu ctg
0u );;;( 0 dtdsOCRIfc zPu uc
);;(dtdsOCRIf P .)cem;
dtds;OCR;I(fc P
Kötött talajok nyírószilárdsága
0
10
20
30
40
0 20 40 60 80 100
plasztikus index IP %
Bel
ső s
úrló
dási
szö
g
'
r
Az alakváltozások leírása és vizsgálata
Az összenyomódás időben elhúzódva és
a feszültség nagyságától függően zajlik le
= f ( t ; )
szétválasztás
= f (t ; =const.) = f (t=const. ; )
Alakváltozás számítása
• Térbeli állapot figyelembevétele• alapok széle alatt• számítógépes tervezéskor• azonnali összenyomódás számítására• Hooke-törvény vagy
bonyolultabb nem-lineáris anyagmodellek alapján
• Lineáris alakváltozási állapot• szélesebb alapok, töltések (közepe) alatt• a rutinszerű mérnöki gyakorlatban• kompressziós görbe, annak linearizálásával nyert összenyomódási
modulus vagy szemilogaritmikus vagy hatványösszefüggés alapján
A talajok összenyomódásának összetevői és időbeli alakulása
• azonnali összenyomódás• konszolidációs összenyomódás• másodlagos összenyomódás (kúszás)
0
5
10
15
20
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000idő t min
fajla
gos
össz
enyo
mód
ás
z %
1 nap 1 hét
0
5
10
15
20
0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000
idő t min
fajla
gos
össz
enyo
mód
ás z
%
1 nap 1 hét 1 hónap
Azonnali összenyomódás
• Telített talaj − térfogatállandóság melletti függőleges
összenyomódás az oldalirányú alakváltozás miatt
− számítása a Hooke-törvénnyel− =0,5 és Eu triaxiális vizsgálatból
• Telítetlen talaj– az előbbi mellett még a levegő összenyomódása is
Konszolidációs összenyomódás
• a vízkiáramlás miatt késleltetett tömörödés• lineáris alakváltozási állapot feltételezése• Terzaghi egydimenziós konszolidációs elmélete• fejlesztés bonyolultabb esetekre
(lineárisan növekvő terhelés, térbeli vízáramlás, mélységgel változó alakváltozás, radiális konszolidáció)
Terzaghi: egy réteg konszolidációja
Az elméleti konszolidációs görbe
A másodlagos összenyomódás (kúszás) törvénye
a talajok összenyomódásának függése a feszültségtől
t=const. ésszerűen kiválasztott időtartam alatt
• azonnali süllyedés t0 = 0
• a konszolidáció vége tc = t98 ≈ 1-3 év
• az építmény élettartama té ≈ 50-100 év
(ha van kúszás)
Kompressziós görbe
függőleges feszültség z kN/m2
függ
őleg
es fa
jlago
s ös
szen
yom
ódás
z
%
• Linearizálás a megfelelő tartományban
• Szemilogaritmikus közelítés
• Hatványfüggvény
Kompressziós görbe matematikai közelítései
0z
zzo
0z ln.
e1C
bzz a
s
zz E
w
a
zas p
pvE
z
zs Δε
ΔσE
’z0 z
z
‘z0 a rétegre jellemző kezdeti függőleges hatékony feszültségz a rétegre jellemző függőleges feszültségnövekmény
A kompresszió szemilogaritmikus leírása
• normálisan konszolidált talaj esetében
• előterhelt talaj esetében
- a terhelés után is előterhelt marad a talaj
- a terhelés során normálisan konszolidálttá válik a talaj
maxz
z0z
0
C
0z
maxz
0
Sz e1
Ce1
C
lnln
0z
zzo
0
Sz .
e1C
ln
0z
zzo
0
Cz .
e1C
ln
‘z0 a pontra jellemző kezdeti függőleges hatékony feszültség
z a pontra jellemző függőleges feszültségnövekmény
‘zmax a pontra jellemző valaha volt legnagyobb függőleges hatékony feszültség
Az alakváltozási jellemzők meghatározása
• Laboratóriumi mérésekből
– Ödométeres vizsgálat - lineáris alakváltozási állapot modellezése
ES CC CS ’zmax cv Ca bmeghatározására
– Triaxiális vizsgálat - térbeli állapot modellezése E Eu ES CC CS ’zmax cv Ca bmeghatározására
• Terepi mérésekből
– Terhelőlapos vizsgálat - elméleti úton közvetlenül – Presszióméteres vizsgálat - elméleti úton közvetlenül – Szondázások - tapasztalati alapon korrelációkkal
• Tapasztalati adatok alapján felvéve
ödométer
Kompressziósberendezés
Ödométeres vizsgálat
• Terhelési lépcsők• (10) - 50 - 100 - 200 - 400- 800• más módszerek is vannak
• Terhelési időtartam• 24 óra• 0,02 mm/óra sebesség• a konszolidáció végéig
top related