Identyfikacja zachowań quasi-filtracyjnych

8. EKSPERYMENTALNA WERYFIKACJA KONSOLIDACJI QUASI-FILTRACYJNEJ

8.1 Identyfikacja zachowań quasi-filtracyjnych

Niniejszy rozdział stanowi integrację spostrzeżeń poczynionych w oddzielnych sekcjach rozdziałów 6 i 7, celem lepszego zrozumienia charakteru quasi – filtracyjnego konsolidacji gruntów spoistych oraz wpływu pełzania szkieletu gruntowego na filtracyjny aspekt procesu. Intencje poznawczo – aplikacyjne stanowią dostarczenie szczegółowej prezentacji wyników, doświadczalnego programu badań, przeprowadzonego w warunkach jednoosiowego ściskania. Badania podjęte na pastach pozwoliły na weryfikację długości czasu trwania konsolidacji quasi – filtracyjnej w odniesieniu do zawansowania procesu. Dodatkowe badania na próbkach iłu z domieszką piasku miały na celu zredukowanie fazy konsolidacji reologicznej na rzecz wydłużenia fazy konsolidacji quasi – filtracyjnej zgodnej z założeniami teorii Terzaghi’ego.

Konsolidacja filtracyjna zdefiniowana jest jako uzależniona od czasu, kompresja wynikająca z rozpraszania ciśnienia wody w porach, następująca w rezultacie aplikacji obciążenia. W celu oddzielenia konsolidacji filtracyjnej od konsolidacji reologicznej, dokonano na drodze dopasowania teoretycznych krzywych Terzaghi’ego do krzywych otrzymywanych z badań eksperymentalnych. Na klasycznym pół – logarytmicznym wykresie U t podobnie jak w przypadku zastosowania diagramu log10(H2/t) – U, procedura ta

może być łatwo przeprowadzona. Nałożone na siebie w identycznej skali krzywa teoretyczna oraz krzywe doświadczalne log10(H2/t) – U, pozwalają na

zidentyfikowanie odcinka wykazującego najlepsze dopasowanie. Wyznaczenie na krzywej punktów odnoszących się do końca początkowej kompresji oraz początku konsolidacji reologicznej wyodrębnia obszar występowania zachowań quasi – filtracyjnych, spełniających rozwiązanie teoretyczne.

__________________________________________________________________________________ 86

Wyniki przeprowadzonych badań jednoznacznie wskazują, że efekty początkowej kompresji są największe dla pierwszego stopnia obciążenia tj. dla obciążeń 150 i 200 kPa (rys. 8.1 – 8.4).

Rys. 8.1 – Efekt początkowej kompresji dla próbki C.3.150 pod obciążeniem 150 kPa

__________________________________________________________________________________ 87

Rys. 8.3 – Efekt początkowej kompresji dla próbki C.5.200 pod obciążeniem 200 kPa

Rys. 8.4 – Efekt początkowej kompresji dla próbki C.6.200 pod obciążeniem 200 kPa

Odkształcenia natychmiastowe zaburzają początkowy odcinek krzywej konsolidacji przyczyniając się do zawyżania otrzymywanych wartości współczynnika konsolidacji. Wpływ tych odkształceń zaznacza się do maksymalnie 35% postępu konsolidacji w przypadku pierwszego stopnia

__________________________________________________________________________________ 88

obciążania. Dla kolejnych stopni obciążenia zaobserwowano znikomy wpływ tych odkształceń i praktycznie jednoznaczną zgodność teoretycznego przebiegu konsolidacji z zapisem doświadczalnym od początku badania.

Znacznie większe znaczenie w interpretacji badań konsolidometrycznych mają efekty reologiczne zaznaczające się w późniejszych fazach konsolidacji. Zainicjowanie filtracji w ośrodku porowatym, złożonym z cząstek i ziaren mineralnych, niekiedy także z domieszką substancji organicznej wpływa na reorientację struktury tego ośrodka. Ziarna minerałów ilastych podczas jednoosiowego obciążania, w odpowiedzi na zmiany stanu naprężenia, poruszają się względem siebie i ulegają mikropoślizgom przy przypadkowych naprężeniach ścinających. Mechanizmy te występujące podczas trwania konsolidacji filtracyjnej są wynikiem pełzania szkieletu gruntowego. Dla wszystkich analizowanych próbek stwierdzono znaczny udział efektów reologicznych, ujawniających się szczególnie wyraźnie po przekroczeniu 50 – 60% postępu konsolidacji. Reprezentatywny przykład przedstawiono na rysunku 8.4.

Rys. 8.5 – Wpływ efektów reologicznych na przebieg krzywej log10(H2/t)–U

Zgodnie z kryteriami podanymi w rozdziale 6.2 w celu wydzielenia z doświadczalnego zapisu przebiegu badania fazy konsolidacji quasi – filtracyjnej

__________________________________________________________________________________ 89

przeprowadzono współzależne obserwacje relacji: log10(H²/t) – U , U t oraz log

cv – U (rys. 8.6 – 8.13).

Rys. 8.6 – Krzywe zależności U–ttheor oraz log10(H2/t)–U wraz z wydzielonym

__________________________________________________________________________________ 90

Rys. 8.7 – Krzywe zależności U– ttheor oraz log10(H2/t)–U wraz z wydzielonym

__________________________________________________________________________________ 91

Rys. 8.8 – Krzywe zależności U–ttheor oraz log10(H2/t)–U wraz z wydzielonym

__________________________________________________________________________________ 92

Rys. 8.9 – Krzywe zależności U–ttheor oraz log10(H2/t)–U wraz z wydzielonym

__________________________________________________________________________________ 93

Rys. 8.10 – Krzywe zależności U–ttheor oraz log10(H2/t)–U wraz z wydzielonym

__________________________________________________________________________________ 94

Rys. 8.11 – Krzywe zależności U–ttheor oraz log10(H2/t)–U wraz z wydzielonym

__________________________________________________________________________________ 95

Rys. 8.12 – Krzywe zależności U–ttheor oraz log10(H2/t)–U wraz z wydzielonym

__________________________________________________________________________________ 96

Rys. 8.13 – Krzywe zależności U–ttheor oraz log10(H2/t)–U wraz z wydzielonym

__________________________________________________________________________________ 97

Rys. 8.14 – Krzywe zależności U–ttheor oraz log10(H2/t)–U wraz z wydzielonym

__________________________________________________________________________________ 98

Charakter konsolidacyjny pasty iłowej sporządzonej na bazie iłu krakowieckiego wykazał nieznaczną zmienność parametryczną oraz zmienność w uzyskanych zależnościach funkcyjnych, szczególnie dla drugiej serii badań. Średni czas trwania procesu konsolidacji z przewagą czynnika filtracyjnego ustalono w odniesieniu do zaawansowania etapu badania (stopnia konsolidacji). Dla próbek pod obciążeniami 300 i 600 kPa, procent udziału konsolidacji filtracyjnej wyniósł odpowiednio dla C.2.300 - 43.0%, C.2.600 – 40.0 %, C.3.300 - 59.0%, C.3.600 – 59.4%. Wszystkie próbki wykazały bardzo zbliżoną podatność na efekty reologiczne, przy czym dominacja czynnika reologicznego ujawniała się przy zaawansowaniu konsolidacji bliskim 60%. W drugiej serii badań zastosowano dwa stopnie obciążenia 200 i 400 kPa, z których ostatni został poddany analizie. Zidentyfikowany najdłuższy zakres fazy konsolidacji quasi – filtracyjnej uzyskano na próbkach C.4.400, C.5.400 oraz C.7.400, który wyniósł odpowiednio 78.0%, 60.0% i 60%. Średni udział dominacji fazy reologicznej w przebiegu całego procesu odpowiadał wartościom uzyskanym dla próbek pod obciążeniem 300 i 600 kPa tj. 40%, za wyjątkiem próbki C.4.400, dla której wyniósł on zaledwie 5%.

8.2 Względny procent udziału fazy quasi – filtracyjnej w procesie