See PDF file

Jacek Mierczyński
Proces upłynnienia nawodnionego gruntu
Instytut Budownictwa Wodnego PAN, Gdańsk
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
1
Upłynnienie: nagła utrata zdolności przenoszenia obciążeń przez nawodniony grunt niespoisty spowodowana zewnętrznym zaburzeniem
(trzęsienie ziemi, sztorm, wybuch).
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
2
Przykłady skutków upłynnienia gruntu
(http://www.ce.washington.edu/~liquefaction/ )
Osiadanie podłoża pod budynkami (Niigata, 1964)
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
3
Uszkodzenie nabrzeża portowego (Kobe, 1995)
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
4
Podstawowe wielkości opisujące szkielet gruntowy
gęstość właściwa:
ρs = m/Vs
gęstość objętościowa:
ρd = m/V
porowatość:
V = Vs + Vp
n=
Vp ρs − ρd
=
V
ρs
wskaźnik porowatości:
e=
Vp ρs − ρd
n
=
=
Vs
ρd
1−n
stopień zagęszczenia:
ID =
emax − e
emax − emin
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
5
Aparat trójosiowego ściskania
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
6
Próbka gruntu w aparacie trójosiowego
ściskania:
Naprężenia efektywne:
σx0 = σx − u
σz0 = σz − u
qσz
ä
ä
ä
ä
ä
ä
ä
Naprężenie średnie:
p0 = (σz0 + 2σx0 )/3
ä
„Dewiator” naprężenia:
q = σz0 − σx0 = σz − σx
η=
ä
σpx
ä
ä
ä
ä
ä
ä
ä
ä
ä
ä
ä
ä
ä
ä
ä
ä
ä
ä
ä
ä
ä
ä
u
q
p0
u
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
7
Badania w aparacie trójosiowego ściskania
Rodzaje obciążenia
– monotoniczne
– cykliczne
Warunki przepływu wody
– grunt suchy lub nawodniony ze swobodnym przepływem wody przez pory
– grunt nawodniony bez możliwości przepływu wody przez pory
Mierzone wielkości
– odkształcenia
– zmiany ciśnienia wody w porach
– wytrzymałość na ścinanie
– liczba cykli obciążenia prowadzących do upłynnienia
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
8
„Standardowe” ścinanie – badanie wytrzymałości gruntu
σx 6 σz (t) 6 σzmax )
50
400
40
300
30
200
20
∆V/V0 [‰]
500
q [kPa]
(σx = const,
– q
– ∆V/V0
100
10
0
0
0
5
10
15
20
25
30
εz [%]
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
9
Warunek Coulomba-Mohra
(σz − σx ) = (σz + σx ) sin φ lub q = p0 · 6 sin φ/(3 − sin φ)
500
q [kPa]
400
300
200
100
0
0
100
200
300
400
p' [kPa]
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
10
„Czyste” ścinanie
∆σx0 = −∆σz0 /2)
15
300
200
q
10
100
εv [‰]
(p0 = const,
0
0
100
5
0
200
p'
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
η = q ⁄ p'
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
11
„Czyste” ścinanie
Wpływ początkowego stanu gruntu na zmianę objętości podczas ścinania
15
∆V/V [‰]
e
10
5
log p'
0
−5
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
q / p'
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
12
Ścinanie w warunkach bez odpływu wody z porów – statyczne upłynnienie
∆εz /∆t = const ' 10 %/h)
200
150
– q
– ∆u
q, ∆u [kPa]
(p00 = 200 kPa,
100
50
0
0
5
10
15
20
25
30
εz [%]
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
13
Ścinanie w warunkach bez odpływu wody z porów
Ścieżka naprężeń efektywnych
150
C-M
100
q [kPa]
linia
niestabilności
50
0
0
50
100
150
200
p′ [kPa]
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
14
Ścinanie w warunkach bez odpływu wody z porów
Ścieżki naprężeń efektywnych odpowiadające różnym wartościom początkowym średniego naprężenia
efektywnego
700
600
q [kPa]
500
400
300
200
100
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
p' [kPa]
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
15
Odciążenie izotropowe w warunkach bez odpływu wody z porów
∆σx = ∆σz )
200
q [kPa]
(q = const,
100
?
0
0
100
200
p' [kPa]
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
16
Ścinanie cykliczne
Zagęszczanie gruntu suchego
σz = σz0 + ∆σz · sin ωt)
9
8
7
6
5
4
o
q
3
q
εv [‰]
(σx = const,
2
0
1
0
0
0
0
N
10
20
0
30
p'
40
50
N
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
17
Ścinanie cykliczne
Upłynnienie gruntu nawodnionego
Ścieżka naprężeń efektywnych
120
q [kPa]
a)
instability line from
monotonic tests
100
C A
D
➤
➤
➤
C-M for
loose sand
80
➤
60
O
40
qavr
TEST SC-30
20
p' [kPa]
B
0
∆q
0
50
100
150
200
250
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
18
Ścinanie cykliczne
Upłynnienie gruntu nawodnionego
Generacja ciśnienia wody w porach
200
∆u [kPa]
εz [10−3]
b)
150
∆u
εz
100
75
D
100
50
50
25
A
0
C
D
N
B
0
5
10
15
20
25
30
35 Nl 40
45
0
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
19
Ścinanie cykliczne
Upłynnienie gruntu nawodnionego
Wpływ amplitudy obciążenia na liczbę cykli, po których następuje upłynnienie gruntu
0.35
∆q/p'0
p'0 = 200 kPa
0.3
17
0.25
p'0 = 100 kPa
4
8
0.2
16
0.15
30
37
27
18
6
14
0.1
10
0.05
0
Nl
1
10
100
1000
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
20
Przykłady zagadnień związanych z modelowaniem zjawiska upłynnienia
• opis deformacji gruntu suchego poddanego różnym stanom obciążenia
(monotonicznego i cyklicznego)
εv = εv (q, p0 )
• opis zmian ciśnienia wody w porach i upłynnienia gruntu nawodnionego
obciążanego w warunkach bez odpływu wody z porów
εv (q, p0 ) = nεw (u),
=⇒
u = u(q, p0 ),
p0 = p0 (u)
• opis własności gruntu w stanie upłynnienia
•First •Prev •Next •Last •Go Back •Full Screen •Close •Quit
21