K¥T TARCIA WEWNÊTRZNEGO I SPÓJNOŒÆ

Dla mieszanek gruntowych i ich sk³adników wyznaczo-no wartoœci parametrów wytrzyma³oœci wzd³u¿ wymuszo-nych powierzchni œcinania przeprowadzaj¹c badania w apa-racie skrzynkowym. Badania wytrzyma³oœci na œcinanie

wed-³ug tej metody umo¿liwiaj¹ uwzglêdnienie zmian stanu na-prê¿enia, przy maksymalnej gêstoœci objêtoœciowej szkieletu gruntowego i wilgotnoœci pocz¹tkowej nieznacznie wy¿szej od optymalnej, ale nieprzekraczaj¹cej wartoœci, przy której wskaŸnik zagêszczenia gruntu Is by³by mniejszy ni¿ 0,95.

Tak¹ wartoœæ Isi wilgotnoœci formowania uszczelnieñ mine-ralnych zalecaj¹ Brandl (1992), Prühs i Kowalov (1992) oraz Barañski i in. (1994).

Badanie wykonywano bez wstêpnej konsolidacji, w skrzynce o wymiarach 60 × 60 mm, przy prêdkoœci przesuwu czêœci ruchomej skrzynki 0,1 mm/min. Stosowano obci¹¿e-nia normalne o wartoœciach 50, 100, 200, 300 i 400 kPa. Jako kryterium zniszczenia przyjêto maksymaln¹ wartoœæ si³y œci-naj¹cej lub wartoœæ si³y œciœci-naj¹cej odpowiadaj¹cej prze-mieszczeniu równemu 10% (Glazer, 1984; Kaczyñski, 1984;

Dobak, 1984; Wolski, 1985; Wi³un, 1987). Dla ka¿dego od-czytu dokonano obliczenia aktualnej wielkoœci powierzchni, na jak¹ dzia³aj¹ si³y naprê¿enia normalnego i naprê¿enia œci-naj¹cego.

Dla ka¿dego badanego typu gruntu wykreœlono charakte-rystykê naprê¿enie–odkszta³cenie przy zastosowanych ob-ci¹¿eniach normalnych (fig. 62). W przyjêtym odwzorowa-niu nawi¹zano do sposobu przedstawiania zale¿noœci

naprê-¿enie–odkszta³cenie w modelach teorii sprê¿ystoœci i pla-stycznoœci. Konsekwencj¹ takiego odwzorowania jest za-miana osi wspó³rzêdnych zmiennej zale¿nej i niezale¿nej.

W sposób wyraŸny zaznacza siê podzia³ procesu œcinania na dwa etapy (fig. 62,63):

– znacznego przyrostu naprê¿eñ œcinaj¹cych przed po-wstaniem powierzchni œciêcia;

– niewielkich zmian naprê¿eñ œcinaj¹cych i znacznych przemieszczeñ po zniszczeniu pierwotnych wiêzi i utwo-rzeniu powierzchni poœlizgu.

Efekt „quasi-kruchego” zniszczenia próbki wyra¿ony osi¹gniêciem maksymalnego naprê¿enia œcinaj¹cego, po któ-rym nastêpuje reologiczny poœlizg wzd³u¿ wytworzonej po-wierzchni zniszczenia, zaznacza siê jedynie dla gruntów o znacznym udziale frakcji piaskowej. Obserwowany jest on dla piasku wydmowego oraz mieszanki gruntowej zawie-raj¹cej 80% piasku przy wy¿szych wartoœciach zastosowa-nego naprê¿enia normalzastosowa-nego (300–400 kPa). Dla

pozosta-³ych stanów naprê¿enia oraz typów mieszanek gruntowych uzyskanie przemieszczeñ wzd³u¿ powierzchni poœlizgu wy-maga konsekwentnego przyrostu naprê¿enia œcinaj¹cego.

Przy niskich wartoœciach naprê¿enia normalnego (50 kPa) i w pocz¹tkowej fazie badania zró¿nicowanie wartoœci na-prê¿enia œcinaj¹cego t dla badanych próbek gruntów jest niewielkie (fig. 63). Przemieszczeniee próbek gruntów wy-nosi od 0 do 1,5 mm. Przy wy¿szych naprê¿eniach œcina-j¹cycht od 40 do 90 kPa wartoœci przemieszczenia e

wyka-Fig. 62. Zale¿noœæ naprê¿enie œcinaj¹ce–odkszta³cenie A – i³ br¹zowy; B – M20p; C – M40p; D – M60p; E – M80p; F – piasek

Shearing stress versus deformation A – brown clay; B – M20p; C – M40p; D – M60p; E – M80p; F – sand

zuj¹ wiêksze zró¿nicowanie, ale nie mo¿na wskazaæ wyraŸ-nych zale¿noœci wartoœcit od sk³adu mieszanki gruntowej.

Przy wysokich wartoœciach naprê¿enia normalnego (400 kPa) wartoœci naprê¿enia œcinaj¹cego i ich zró¿nicowanie wzrastaj¹ i zawieraj¹ siê w przedziale od 100 do 375 kPa, przy czym w mieszankach gruntowych o du¿ej zawartoœci piasku naprê¿enia œcinaj¹ce osi¹gaj¹ wartoœci najwy¿sze (dla i³u – 100 kPa, dla M80p – 350 kPa i dla piasku 375 kPa).

Zale¿noœci maksymalnego naprê¿enia œcinaj¹cego tmax

od wartoœci naprê¿enia normalnegosndla wszystkich bada-nych gruntów (fig. 64) aproksymowano prostymi przy wspó³czynnikach korelacji R² z przedzia³u (0,88; 0,99).

W zakresie ni¿szych wartoœci naprê¿enia normalnego (od 0 do 70 kPa) obserwuje siê spadek wartoœci maksymalnej si³y œcinaj¹cejtmaxgruntów wraz ze wzrostem zawartoœci piasku w mieszance gruntowej. Jest to spowodowane niskimi war-toœciami spójnoœci gruntów ubo¿szych w cz¹stki frakcji i³owej. W przedziale wartoœci naprê¿eñ normalnych od 70 do ok. 150 kPa wartoœci maksymalnego naprê¿enia œcina-j¹cego dla wszystkich badanych gruntów s¹ zbli¿one i mieszcz¹ siê w przedziale od 80 do 130 kPa. Dla wartoœci naprê¿enia normalnego z przedzia³u 150 do ok. 500 kPa wartoœci maksymalnego naprê¿enia œcinaj¹cego wzrastaj¹ wraz ze wzrostem zawartoœci piasku w mieszance gruntowej (fig. 64). Wspó³czynniki kierunkowe prostych aproksymu-j¹cych zale¿noœcitmax(sn) nafigurze 64s¹ wartoœciami tan-gensa k¹taj, a punkty przeciêcia tych prostych z osi¹ rzêd-nych wyznaczaj¹ wartoœci spójnoœci c – coulombowskich parametrów wytrzyma³oœciowych.

Wartoœci coulombowskich parametrów wytrzyma³oœcio-wych – k¹ta tarcia wewnêtrznegoj i spójnoœci c ustalono wed³ug zaleceñ normy PN-88/B-04481 oraz wytycznych Fig. 63. Zale¿noœæ naprê¿enie œcinaj¹ce–odkszta³cenie przy naprê¿eniu normalnym

A – 50 kPa; B – 400 kPa

Shearing stress versus deformation by the normal stress A – 50 kPa; B – 400 kPa

Fig. 64. Zale¿noœæ wartoœci naprê¿enia œcinaj¹cegotmax

od naprê¿enia normalnego badanych gruntówsn

Shearing stress_tmaxversus normal stress_snin the studied soils

ITB 225 (1979). Wtabeli 28 przedstawiono wartoœci para-metrów wytrzyma³oœciowych.

Zale¿noœæ wartoœci k¹ta tarcia wewnêtrznegoj od iloœci dodanego piasku do i³u (fig. 65) aproksymowano lini¹ prost¹ o wspó³czynniku korelacji R²= 0,87. Wzrost wartoœcij jest zwi¹zany ze wzrostem zawartoœci piasku w mieszance, prze-ciwnie do wartoœci spójnoœci c (fig. 65). Wspó³czynnik kore-lacji prostej aproksymuj¹cej otrzymane wartoœci c wynosi R²= 0,91.

Wtabeli 28przedstawiono wyniki badañ i obliczeñ para-metrów wytrzyma³oœciowych. Wilgotnoœæ próbek gruntów przed badaniem by³a nieznacznie wy¿sza od optymalnej,

na-tomiast po badaniu w aparacie skrzynkowym nieznacznie ni¿sza od optymalnej. Wartoœci k¹ta tarcia wewnêtrznego wzrastaj¹ od 6,2° dla i³u do 39,2° dla piasku. Obserwuje siê gwa³towny wzrost wartoœci k¹ta tarcia wewnêtrznegoj dla mieszanki M80p w porównaniu z pozosta³ymi mieszankami gruntowymi. Natomiast w przypadku wartoœci spójnoœci, pomimo du¿ego rozrzutu wyników obserwuje siê liniowy spadek wartoœci wraz ze wzrostem zawartoœci piasku w mie-szance gruntowej. Najwy¿sz¹ wartoœæ spójnoœci zanotowano dla mieszanki M40p.

Wartoœci parametrów wytrzyma³oœci na œcinanie wyka-zuj¹ tendencjê wzrostow¹ wraz ze wzrostem procentowej

T a b e l a 2 8 Wyniki badañ wytrzyma³oœci na œcinanie mieszanek gruntowych i ich sk³adników. Badania w aparacie skrzynkowym

Results of tests of shear strength of soil mixtures and their components. Tested in the shearing test apparatus

Grunt

Wilgotnoœæ pocz¹tkowa w0[%]

Gêstoœæ objêto-œciowa r [Mg/m³]

Parametry badania Naprê¿enie [kG/cm²]; ·10²[kPa]

WilgotnoϾ po badaniu

w [%]

K¹t tarcia wewnêtrznego

j [°]

Spójnoœæ c [kG/cm²];

·10²[kPa]

normalnesⁿ œcinaj¹ce t^f

I³ 26,8 2,09

0,59 0,48 24,6

6,2 ±1,5 0,466 ±0,075

1,20 0,69 23,0

2,21 0,63 23,0

3,47 0,91 23,3

4,62 0,93 22,4

M20p 17,7 2,32

0,61 0,82 16,9

6,7 ±1,4 0,844 ±0,072

1,20 1,07 16,9

2,35 1,17 17,0

3,49 1,26 16,4

4,57 1,34 16,9

M40p 15,2 2,25

0,61 1,11 12,6

17,5 ±1,6 0,927 ±0,088

1,19 1,22 13,8

2,29 1,76 13,3

3,36 2,06 13,1

4,63 2,31 12,8

M60p 13,4 2,27

0,60 0,87 13,0

19,5 ±0,9 0,683 ±0,050

1,21 1,15 13,3

2,35 1,54 12,6

3,48 1,84 12,9

4,62 2,36 12,6

M80p 11,8 2,30

0,58 0,91 10,5

33,5 ±1,0 0,435 ±0,068

1,15 1,19 10,4

2,20 1,81 10,6

3,25 2,62 10,5

4,33 3,36 10,2

Piasek 10,0 1,97

0,59 0,65 9,4

39,2 ±0,8 0

1,12 1,09 9,2

2,20 1,83 9,2

3,27 2,85 9,1

4,28 3,66 9,1

zawartoœci piasku w mieszance gruntowej, ale dopiero przy naprê¿eniach normalnych przekraczaj¹cych 150 kPa. Grunty o wysokiej zawartoœci ziarn frakcji piaskowej ró¿ni¹ siê od gruntów bogatych w cz¹stki frakcji i³owej charakterem pro-cesu œcinania. Wykazuj¹ tzw. „kruche” zniszczenie przy wy-sokich wartoœciach naprê¿enia normalnego. Mieszanki grun-towe o zawartoœci piasku 60% lub mniejszej wykazuj¹ pla-styczny charakter deformacji w ca³ym zakresie stosowanego naprê¿enia normalnego.

8.3.2. ŒCIŒLIWOŒÆ I PARAMETRY KONSOLIDACJI