Zachowanie siê glin lodowcowych z warszawskiego Ursynowa
podczas obci¹¿eñ statycznych i dynamicznych
Ryszard Kaczyñski
1, Anna B¹kowska
1, Kamil Kie³basiñski
1Stress-strain behaviour of glacial till from the Ursynów suburb of Warsaw under static and dynamic loading. Prz. Geol., 58: 873–878.
A b s t r a c t. The stress-strain behaviour of tills under static and dynamic load-ings were analyzed in the paper. Test results conducted on the tills from Ursynów area in Warsaw are presented. Extensive spectrum of advanced labo-ratory testing (including SEM, Row-Barden consolidometer, ring-shear ap-paratus, dynamic triaxial testing system) was used to determine physical, mechanical and microstructural properties of tills. Under static loadings stud-ied tills have showed the behavior characteristic to overconsolidated soils. Parameters of residual shears strength are 40% lower comparing to maximum shear strength. Under cyclic loading of acceleration up to 1.5 m/s2the failure did not appear. Cyclic loading causes a reduction in shear resistance, post-cyclic shear strength is equal to 18–76% of static (monotonic) shear strength of studied tills.
Keywords: stress-stain behaviour, tills, static loading, dynamic loading, shear strength, residual strength, post-cyclic shear strength
Zale¿noœæ miêdzy naprê¿eniami i odkszta³ceniami, okreœlana jako zachowanie siê gruntów naturalnych (stress-strain behaviour), znacznie ró¿ni siê od zachowania oœrod-ków idealnych, np. sprê¿ystego, plastycznego czy nawet sprê¿ysto-plastycznego. Zale¿noœæ ta komplikuje siê w sy-tuacji wystêpowania obci¹¿eñ statycznych i dynamicznych (drgañ).
Rozwój i powstawanie du¿ych aglomeracji wymuszaj¹ sta³y wzrost natê¿enia ruchu komunikacyjnego – jednego z najwa¿niejszych Ÿróde³ obci¹¿eñ dynamicznych. W pod-³o¿u gruntowym w warunkach antropogenicznych rozcho-dz¹ siê drgania, których zasiêg znacznie przekracza obszar wzbudzenia. Mimo ¿e odkszta³cenia podczas obci¹¿eñ dy-namicznych nie musz¹ byæ du¿e, to ich powtarzalnoœæ wywo³uje negatywne skutki.
Nawet chwilowe naprê¿enia i ciœnienia wody w porach powsta³e w wyniku drgañ mog¹ byæ wystarczaj¹co du¿e dla naruszenia równowagi, zmniejszenia lub ca³kowitej utraty wytrzyma³oœci (noœnoœci) gruntu, co mo¿e doprowa-dziæ do zniszczenia posadowionych na nim budowli. Ist-nieje zatem koniecznoœæ ustalenia, oprócz oddzia³ywania obci¹¿eñ statycznych, równie¿ wp³ywu obci¹¿eñ dynamicz-nych na zachowanie siê gruntów.
Kompendium wiedzy na temat zachowania siê gruntów spoistych poddanych obci¹¿eniom dynamicznym mo¿na znaleŸæ w pracach: Thiers'a i Seeda (1968), Seeda i Idrissa (1971), Idrissa i in. (1978), Ishihary (1991), Kaczyñskiego (1984, 2008), B¹kowskiej (2009) oraz Jastrzêbskiej (2010).
Niniejsza praca zosta³a poœwiêcona wp³ywowi statycz-nych i dynamiczstatycz-nych obci¹¿eñ na wytrzyma³oœæ i odkszta³-calnoœæ gruntów. Gruntami testowymi by³y gliny lodowco-we wystêpuj¹ce na wysoczyŸnie warszawskiej w rejonie Ursynowa. W artykule zosta³y wykorzystane wyniki badañ uzyskane w ramach dwu projektów badawczych nr: 4T12B 06228 i 3629/B/T02/2009/37 (w trakcie realizacji) oraz pracy doktorskiej Anny B¹kowskiej. Ca³oœæ obejmuje ozna-czenia na 50 próbkach pobranych z 3 wierceñ oraz badania polowe (CPT, DMT i sejsmiczne) w 3 ci¹g³ych profilach.
Geologiczne warunki wystêpowania glin
Teren badañ obejmuje wysoczyznê warszawsk¹ w rejo-nie Ursynowa, w szczególnoœci obszar miêdzy ulicami: Wilanowsk¹, Nowoursynowsk¹ i Kiedacza.
Wystêpuj¹ tu gliny lodowcowe zlodowacenia œrodko-wopolskiego, tworz¹ce typowy dla tej czêœci Warszawy zwarty kompleks o mi¹¿szoœci 10–12 m, podœcielony za-wodnionymi piaskami fluwioglacjalnymi. W obrêbie kom-pleksu glin obserwuje siê drobne przewarstwienia lub so-czewki gruntów sypkich. Górn¹ czêœæ kompleksu stanowi¹ gliny zlodowacenia warty o mi¹¿szoœci przeciêtnie 3–6 m, przechodz¹ce w gliny zlodowacenia odry. Generalnie gliny warciañskie s¹ bardziej piaszczyste, br¹zowo-szare, a od-rzañskie – bardziej zwiêz³e i ilaste, ciemnoszare (ryc. 1).
Szacuje siê, ¿e w przesz³oœci geologicznej, analizowa-ne gliny przesz³y w stan przekonsolidowany. Stan
przekon-solidowania (historycznego) OCRhist.w zakresie
g³êboko-œci 2–20 m p.p.t. móg³ osi¹gn¹æ wartog³êboko-œci nawet 150–350. Analizuj¹c natomiast zapamiêtane obecnie obci¹¿enie
wy-nikaj¹ce z badañ laboratoryjnych, otrzymuje siê OCRakt.:
w granicach 1–13, 4 dla zakresu do 2 MPa,
w granicach 1–124, 32 dla zakresu do 20 MPa.
Cechy litologiczne, mikrostruktura, sk³ad mineralny
Badane gliny lodowcowe pod wzglêdem granulome-trycznym reprezentowane s¹ g³ównie przez gliny piaszczy-ste o zró¿nicowanych zawartoœciach poszczególnych frak-cji (tab. 1). Uogólniaj¹c, mo¿na stwierdziæ, ¿e gliny lodow-cowe warty s¹ bardziej piaszczyste i zawieraj¹ mniej g³azi-ków i otoczag³azi-ków ni¿ gliny zlodowacenia odry, które maj¹ wiêksz¹ zawartoœæ frakcji i³owej.
Podstawowym typem mikrostrukturalnym badanych glin jest mikrostruktura matrycowa (ryc. 2). W matrycy ila-stej tkwi¹ bez³adnie rozmieszczone ziarna piaszczyste lub pylaste. Obserwuje siê, ¿e:
1
Instytut Hydrogeologii i Geologii In¿ynierskiej, Wydzia³ Geologii, Uniwersytet Warszawski, ul. ¯wirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa; r.r.kaczynski@uw.edu.pl, anna.bakowska@uw.edu.pl, k.kielbasinski@uw.edu.pl
w glinach zlodowacenia odry wystêpuje wiêksza liczba mikroporów, a mniejsza mezoporów w sto-sunku do glin zlodowacenia warty;
minimalna, maksymalna i œrednia œrednica porów
dla obu glin przyjmuje podobne wartoœci;
wy¿sze wartoœci parametrów mikrostrukturalnych
glin zlodowacenia odry wystêpuj¹ w przypadku kowitej i maksymalnej powierzchni porów oraz
ca³-1,6 1,6 11,6 11,6 Qp 3w piaski fluwioglacjalne fluvioglacial sands grunty nasypowe embankment 3,2 4,7 0,00 1,40 2,30 3,50 4,70 6,60 8,60 0,00 0,40 1,60 2,70 5,70 7,70 8,80 0,00 1,50 3,80 4,50 5,00 6,00 7,50 9,30 10,00 11,00 0,00 0,50 1,50 2,60 5,50 5,90 0,00 0,60 1,40 2,30 3,00 nN Gp Gpz Gp Ps Gpz Gpz HH Gp Pg Gp Gpz Pp Gp(+¯+KO) nN Gp Gp Gp Gp Gp Gp Gp Ps Pr HH Gp Gp Gp Pg Gp HH Pd Pg Pg Gp G. 10,0 G. 10,0 G. 13,0 G. 10,0 G. 11,0 Qp 3o gliny lodowcowe zlodowacenia warty Wartanian Glaciation tills
gliny lodowcowe zlodowacenia odry Odranian Glaciation tills
nasyp niebudowlany embankment piasek drobny fine sand piasek œredni medium sand piasek gliniasty clayey sand glina piaszczysta sandy clay Gpz Pd nN Ps Pg
Gp Pr piasek grubycoarse sand
36A 100,70 37A 100,00 Gr_3A 101,00 12A 100,40 43A 100,60 86,0 87,0 88,0 89,0 90,0 91,0 92,0 93,0 94,0 95,0 96,0 97,0 98,0 99,0 100,0 [m n.p.m.] [m a.s.l.]
lokalizacja badañ mikrostrukturalnych location of microstructure studies
98,6 m 181,2 m 97,1 m 208,9 m
36A 37A Gr_3A 12A 43A
glina piaszczysta zwiêz³a sandy clay
Qp 3w gliny lodowcowe zlodowacenia wartyWartanian Glaciation tills Qp 3o gliny lodowcowe zlodowacenia odryOdranian Glaciation tills
piasek pylasty silty sand Pp ¯ KO otoczaki cobbles ¿wir gravel grunt próchniczny embankment HH
Stan gruntów spoistych: State of consistency of cohesive soils: stan zwarty very stiff twardoplastyczny firm pó³zwarty stiff
Ryc. 1. Przyk³adowy przekrój geologiczno-in¿ynierski w rejonie Ursynowa (Kaczyñski i in., 2008a, uproszczony) Fig. 1. Engineering-geological cross-section in the Ursynów area (Kaczyñski et al., 2008a, simplified)
Frakcja Grain-size fraction Zlodowacenie Glaciation warty Wartanian odry Odranian Frakcja ¿wirowa Coarse fraction 0–10, 2 0–4, 2 Frakcja piaskowa Sand fraction 14–90, 47 32–83, 56 Frakcja py³owa Silt fraction 14–47, 22 8–48, 24 Frakcja i³owa Clay fraction 10–23, 14 5–28, 17
23 – œrednia arytmetyczna, arithmetical average
Tab. 1. Zawartoœæ frakcji w sk³adzie granulometrycznym glin
Table 1. Grain-size fraction contents of tills
® Ryc. 2. Mikrostruktura matrycowa glin lodowcowych z rejonu
Ursynowa; A – powiêkszenie 400-krotne; B – powiêkszenie 1600-krotne
Fig. 2. Matrix microstructure of tills from Ursynów area; A –
kowitego i maksymalnego obwodu porów, a ni¿sze dla œredniej powierzchni i œredniego obwodu porów. Wyniki szczegó³owych iloœciowych badañ mikrostruk-turalnych w skaningowym mikroskopie elektronowym SEM przedstawia tabela 2.
Analizowane gliny charakteryzuj¹ siê zró¿nicowanym sk³adem mineralnym. Przewa¿aj¹cym sk³adnikiem jest kwarc, którego zawartoœæ dochodzi do 90%. Równie czês-tym minera³em s¹ wêglany i zwi¹zki ¿elaza. Z minera³ów ilastych wystêpuje g³ównie beidelit i illit, podrzêdnie kao-linit. Zbadane gliny w aparacie Labsys TG-DTA DSC fir-my Setaram mo¿na scharakteryzowaæ nastêpuj¹co:
gliny zlodowacenia warty: B1–13> I0–8> K0–4, gliny zlodowacenia odry: I2–19 > B2–16 > K0–8 lub
B2–20> K0–3> I0–5.
Stwierdzone zró¿nicowanie sk³adu mineralnego wyni-ka prawdopodobnie z udzia³u procesów wietrzeniowych, którym podlega³y gliny zlodowacenia warty.
Geologiczno-in¿ynierskie w³aœciwoœci glin lodowcowych
Podstawowe w³aœciwoœci badanych glin Ursynowa wykazuj¹ wyraŸne ró¿nice w stosunku do parametrów glin lodowcowych z obszaru ca³ej Warszawy. Generalnie, gliny Ursynowa s¹ mniej wilgotne i bardziej skonsolidowane. Œredni stopieñ plastycznoœci wynosi < 0, a œredni wskaŸnik konsystencji > 1. Porowatoœæ ca³kowita glin wynosi œred-nio 25–26% i jest bardzo bliska porowatoœci efektywnej. Badane gliny charakteryzuj¹ siê niepe³nym nasyceniem o stopniu wilgotnoœci œrednio 0,86, a w stanie powietrz-no-suchym szybko ulêgaj¹ rozmakaniu (100% w ci¹gu 24 godzin). Gliny zlodowacenia odry i warty w stanie natural-nym wykazuj¹ niewielkie pêcznienie do 4% i ciœnienie
pêcznienia do 15 kPa oraz niewielkie ciœnienia ssania, nie-przekraczaj¹ce 100 kPa. Podstawowe w³aœciwoœci fizycz-ne badanych glin zestawiono w tabeli 3.
Parametr Parameter Zlodowacenie Glaciation warty Wartanian odry Odranian *œrodkowopolskie *Middle Polish Porowatoœæ Porosity [%] 9,4–27,7, 23 8, 20,0–30,6, 22 5, 19,6–37,6, 31 5, Liczba porów N´ 103 Number of pores 655–1849, 1162 965–2451, 1730 6–794, 154 Ca³kowita powierzchnia S´ 103
Total pore area [mm2
] 1802–6887, 3929 1879–11452, 4874 22–3327, 769 Œrednia powierzchnia Say
Average pore area [mm2
] 1,3–10,5, 4 5, 1,0–8,8, 3 2, 0,1–19,0, 4 Ca³kowity obwód Pt
Total pore perimeter [mm] 3557–6589, 5153 4137–11072, 7372 67–5723, 1061
Œredni obwód Pav
Average pore perimeter [mm] 3,1–7,5, 5 2,7–7,5, 4 5, 1,2–14,5, 6 4,
Œrednia œrednica Dav
Average pore diameter [mm] 0,36–0,79, 0 56, 0,37–0,82, 0 54, 0,17–2,15, 0 87,
Œredni wspó³czynnik formy Kfav
Average form index [–] 0,393–0,504, 0 469, 0,377–0,506, 0 452, 0,416–0,609, 0 47,
Mikropory
Micropores [%] 7,6–33,6, 18 4, 4,6–43,0, 22 6, – –
Mezopory
Mesopores [%] 66,4–92,4, 81 6, 57,0–95,4, 77 4, – –
23 – œrednia arytmetyczna, *wg Trzciñskiego (1998) dla glin zlodowacenia œrodkowopolskiego z ca³ej Polski 23 – arithmetical average, *by Trzciñski (1998) for Middle Polish Glaciation tills from Poland area
Tab. 2. Parametry mikrostrukturalne glin (badania iloœciowe w SEM)
Table 2. Microstructural parameters of till (SEM quantitative tests)
Parametr Parameter Zlodowacenie Glaciation warty Wartanian odry Odranian Gêstoœæ objêtoœciowa Volume density [Mg/m3 ] 2,11–2,25, *1,43–2,24, 2,19 *2,09 2,09–2,29, *1,78–2,26, 2,20 *2,11 Wilgotnoœæ naturalna Natural moisture content [%] 9,1–14,3, *7,24–26,6, 11,6 *14,1 9,1–16,6, *7,0–98,0, 11,9 *13,8 Granica plastycznoœci Plastic limit [%] 12,2–14,4, * 9,2–23,6, 12,8 *11,7 10,7–17,3, *9,4–16,5, 12,0 *10,9 Granica p³ynnoœci Liquid limit [%] 19,–36,9, *10,1–53,1, 25,5 *24,1 18,9–48,1, *17,0–46,3, 25,0 *23,4 WskaŸnik plastycznoœci Plasticity index [–] 6,7–22,5, *2,7–29,5, 12,7 *12,3 6,7–30,8, *3,3–31,4, 13,0 *12,5 Stopieñ plastycznoœci Liquidity index [–] –0,29–0,17,*0,0–0,79, –0,01 *0,26 –0,27–0,21, *–0,71–0,45, –0,03 *0,15 Porowatoœæ Porosity [%] 21–26, 25 20–30, 23
23 – œrednia arytmetyczna, *wg Atlasu geologiczno-in¿ynierskiego
War-szawy (2000) dla glin z ca³ej WarWar-szawy
23 – arithmetical average, *by Atlas geologiczno-in¿ynierski Warszawy
(2000) for tills from Warsaw area
Tab. 3. Podstawowe w³aœciwoœci fizyczne glin lodowcowych z Ursynowa
Zachowanie siê glin w warunkach statycznych obci¹¿eñ
Badania zachowania siê glin w warunkach statycznych przeprowadzono w zakresie oznaczenia parametrów:
œciœliwoœci w konsolidometrach (Rowe’a-Bardena –
KR i w wysokociœnieniowym prototypie – KW),
wytrzyma³oœci na œcinanie (w aparacie
skrzynko-wym, trójosiowym i skrêtnym ring shear).
Analiza œciœliwoœci dla badañ KR by³a przeprowadzo-na w zakresie obci¹¿eñ do 2 MPa, a w badaniach KW – do 20 MPa. Stan skonsolidowania glin okreœli³y wskaŸniki przekonsolidowania OCR i uplastycznienia YSR. Nato-miast podatnoœæ na œciœliwoœæ scharakteryzowa³y modu³y konsolidometryczne (tab. 4). Krzywe œciœliwoœci uzyskane z konsolidometrów wzglêdem indeksu porowatoœci na tle referencyjnej krzywej przedstawiono na rycinie 3.
Badania wytrzyma³oœci na œcinanie (tab. 5) by³y inter-pretowane jako:
wytrzyma³oœæ maksymalna (z momentów
zniszcze-nia) na podstawie badania w aparacie skrzynkowym,
wytrzyma³oœæ rezydualna (z d³ugiej drogi œcinania
lub z wielokrotnych œciêæ) na podstawie badania w aparacie ring shear.
Badania wytrzyma³oœci rezydualnej glin wykazuj¹, ¿e podczas d³ugotrwa³ego œcinania nastêpuje zmniejszenie spójnoœci o 40–50% w stosunku do spójnoœci okreœlonej w badaniach wytrzyma³oœci maksymalnej przy doœæ podob-nej wartoœci k¹ta tarcia wewnêtrznego (ryc. 4). Funkcje
naprê¿enie-odkszta³cenie s = f(å) uzyskane w badaniach
statycznych s¹ typowe jak dla gruntów przekonsolidowa-nych. Po przekroczeniu maksymalnej wytrzyma³oœci, w miarê wzrostu odkszta³cenia obserwuje siê zmniejszenie wartoœci oporu na œcinanie, które nie kontynuuje siê nie-ograniczenie, a osi¹ga okreœlon¹ minimaln¹ rezydualn¹ wartoœæ (ryc. 5).
Zachowanie siê glin w warunkach dynamicznych obci¹¿eñ
W badaniach w zakresie ma³ych odkszta³ceñ, przy zasto-sowaniu standardowej komory trójosiowej wyposa¿onej w zestaw BES (Bender Elements System) do badañ parame-trów sprê¿ystych dla glin z rejonu Ursynowa otrzymano:
modu³ Younga E = 235–935 MPa,
modu³ œcinania G = 81–331 MPa,
wspó³czynnik Poissona V = 0,21–0,45.
Badania dynamiczne w zakresie du¿ych odkszta³ceñ
przeprowadzono w aparacie trójosiowego œciskania
DYNTTS (Dynamic Triaxial Testing System) firmy GDS Ltd (ryc. 6). Zastosowano (symulowano) drgania o sinu-soidalnym kszta³cie fali o czêstotliwoœci 10 Hz i sta³ej amplitudzie przemieszczenia (axial displacement control).
Modu³ konsolidometryczny [MPa] Consolidation modulus Zlodowacenie Glaciation warty Wartanian odry Odranian Gêstoœæ objêtoœciowa Volume density [Mg/m3 ] 10–24, 17 12–28, 19 Wilgotnoœæ naturalna
Natural moisture content [%] 25–75, 47 25–140, 65
23 – œrednia arytmetyczna, arithmetical average
Tab. 4. Modu³y konsolidometryczne glin lodowcowych
Table 4. Consolidation modulus of tills
Wytrzyma³oœæ na œcinanie Shear strength Zlodowacenie Glaciation warty Wartanian odry Odranian Ursynów Ursynów Spójnoœæ Cohesion [kPa] 30–136, 71 5–120, 85 K¹t tarcia wewnêtrznego
Angle of internal friction [o] 20–35, 30 20–36, 38
Warszawa
Warsaw
Spójnoœæ
Cohesion [kPa] *9–90, 38 *5–170, 54
K¹t tarcia wewnêtrznego
Angle of internal friction [o] *2–42, 13 *2–32, 17
23 – œrednia arytmetyczna, *wg Atlasu geologiczno-in¿ynierskiego
War-szawy (2000) dla glin z ca³ej WarWar-szawy
23 – arithmetical average, *by Atlas geologiczno-in¿ynierski Warszawy
(2000) for tills from Warsaw area
Tab. 5. Spójnoœæ i k¹t tarcia wewnêtrznego dla glin Ursynowa i ca³ej Warszawy
Table 5. Cohesion and angle of internal friction for Ursynów till and Warsaw till
10 100 1000 10000 100000 0,5 0,3 0,1 -0,1 -0,3 -0,5 -0,7 -0,9 -1,1 -1,3 -1,5 -1,7 -1,9 -2,1 -2,3 -2,5 -2,7 -2,9 -3,1 indeks porowatoœci [-] porosity index [-]
pionowe napre¿enie efektywne [kPa] axial effective stress [kPa]
2,5m 9m 8mR 5m 2,5m 9mR 6m 5mR ICL 8m 6mR
Ryc. 3. Krzywe œciœliwoœci znormalizowane wzglêdem indeksu
porowatoœci na tle referencyjnej krzywej ICL
Fig. 3. Compression lines normalized by porosity index against
the reference ICL curve
700 600 500 400 300 200 100 0 0 100 200 300 400 500 600 napre¿enie œcinajace [kPa] shear stress [kPa]
napre¿enie pionowe [kPa] axial stress [kPa]
wytrzyma³oœæ maksymalna (aparat skrzynkowy) maximal shear strength
(direct shear tests)
wytrzyma³oœæ rezydualna
residual shear strength aparat skrzynkowy aparat ring shear + direct shear tests+ ring shear tests
Ryc. 4. Porównanie wytrzyma³oœci maksymalnej i rezydualnej
glin lodowcowych z rejonu Ursynowa
Fig. 4. Comparison of maximal shear strength and residua shear
Za³o¿one parametry amplitudy pozwoli³y zasymulowaæ drgania o przyspieszeniach maksymalnych (maksymalnej
intensywnoœci drgañ) 1,5 m/s2, pomierzonych w
s¹siedz-twie Trasy Siekierkowskiej (wspó³czynnik sejsmicznoœci do 0,15), oraz przyspieszeniach mniejszych od maksymal-nych (tab. 6). Wszystkie badania by³y wykonane w warun-kach bez drena¿u, po wstêpnej konsolidacji (przy naprê¿eniu efektywnym 100, 200 i 400 kPa).
Podczas obci¹¿eñ dynamicznych nastêpuje wzrost ciœ-nienia wody w porach, a tym samym efektywna wytrzy-ma³oœæ zmniejsza siê. Generacja ciœnienia wody w porach wzrasta z liczb¹ przy³o¿onych cykli. W przeprowadzonych badaniach przy symulacji 200 000 cykli obci¹¿eñ dyna-micznych o intensywnoœci obserwowanej w terenie nie uzyskano zniszczenia gruntu w fazie obci¹¿eñ dynamicz-nych. Po przy³o¿eniu cykli obci¹¿eñ dynamicznych dopro-wadzano do zniszczenia ju¿ w warunkach statycznego obci¹¿enia (ze sta³ym przyrostem odkszta³cenia), okreœ-laj¹c wytrzyma³oœæ postdynamiczn¹.
Wartoœæ parametru B wg Skemptona badanych próbek glin by³a równa 0,86–0,95. Przyk³adowe zachowanie siê analizowanych glin podczas obci¹¿eñ dynamicznych przedstawiono na rycinie 7, a uzyskane wyniki wp³ywu
obci¹¿eñ dynamicznych na wartoœci wytrzyma³oœci na œci-nanie (k¹t tarcia wewnêtrznego i spójnoœæ) w warunkach naprê¿eñ efektywnych – w tabeli 6.
Wp³yw obci¹¿eñ dynamicznych na statecznoœæ skarpy ursynowskiej przedstawiono wczeœniej w pracach Kaczyñ-skiego (2008b, c) oraz Tucho³ki i in. (2008).
Wnioski
Geologiczno-in¿ynierskie w³aœciwoœci glin z warszaw-skiego Ursynowa s¹ bardzo zró¿nicowane, wspó³czynnik zmiennoœci waha siê od 0,05 do powy¿ej 1. Zmiennoœæ w³aœciwoœci glin zlodowacenia warty jest przewa¿nie wiêk-sza od zmiennoœci parametrów glin zlodowacenia odry. Badane gliny s¹ w wiêkszoœci twardoplastycznymi lub pó³zwartymi przekonsolodowanymi glinami piaszczysty-mi. Na tle glin ca³ej Warszawy badane gliny charakteryzuj¹ siê ni¿sz¹ wilgotnoœci¹, silniejszym skonsolidowa- niem oraz znacznie wiêkszymi wartoœciami spójnoœci i k¹ta tar-cia wewnêtrznego.
Badane gliny charakteryzuj¹ siê przede wszystkim mikrostruktur¹ matrycow¹, wzglêdem glin œrodkowopol-skich z obszaru Polski wykazuj¹ œrednio ni¿sze wartoœci porowatoœci i œredniej œrednicy porów, a wy¿sze – liczby porów oraz ich ca³kowitego obwodu i ca³kowitej
powierz-Ryc. 6. Aparat DYNTTS; po lewej – sterowniki ciœnienia i
objêtoœci wody i powietrza; po prawej – komora trójosiowa. Fot. A. B¹kowska
Fig. 6. Dynamic Triaxial Testing System; on the left – pore
pressure controllers and air pressure controller; on the right – triaxial cell. Photo by A. B¹kowska
Rodzaj badania Type of test Przyspieszenie drgañ [m/s2] Acceleration of vibration Spójnoœæ efektywna [kPa] Effective cohesion Efektywny k¹t tarcia wewnêtrznego [o] Effective angle of internal friction Statyczne Static 0 35 30 Postdynamiczne Post-cyclic 0,4 4 34 1,5 0 45
Tab. 6. Wp³yw obci¹¿eñ dynamicznych na spójnoœæ i k¹t tarcia wewnêtrznego na podstawie badania w DYNTTS (B¹kowska, 2009)
Table 6. Effect of cyclic loading on cohesion and angle of internal friction based on the DYNTTS test results (B¹kowska, 2009)
odkszta³cenie [%] strain [%] dewiator naprê¿enia [kPa] deviator stress [kPa] N = 1 N = 200 N = 200 000
Ryc. 7. Zachowanie siê glin lodowcowych w N-tym cyklu
ob-ci¹¿enia dynamicznego w badaniu ze sta³¹ amplitud¹ przemiesz-czenia drgañ
Fig. 7. Stress-strain behaviour of till under N cycle of cyclic
loading in the axial displacement control test odkszta³cenie [%] strain [%] dewiator naprê¿enia [kPa] deviator stress [kPa] wytrzyma³oœæ maksymalna maximum shear strength
wytrzyma³oœæ rezydualna residual shear strength
Ryc. 5. Zachowanie siê glin lodowcowych w warunkach obci¹¿eñ
statycznych
chni. Wœród minera³ów ilastych wyró¿nia siê beidelt, illit i kaolinit.
W badaniach laboratoryjnych i polowych w przypadku analizowanych glin lodowcowych uzyskano wyraŸn¹ zbie¿-noœæ co do kierunku zmian w³aœciwoœci (parametrów), ró¿-nice dotycz¹ wartoœci iloœciowych.
Gliny lodowcowe z Ursynowa podczas statycznych obci¹¿eñ zachowuj¹ siê jak grunty przekonsolidowane. Wykazuj¹ wysok¹ wytrzyma³oœæ i ma³¹ odkszta³calnoœæ. Gliny zlodowacenia warty charakteryzuj¹ siê mniejsz¹ wy-trzyma³oœci¹ i wiêksz¹ odkszta³calnoœci¹ w porównaniu z glinami zlodowacenia odry. Parametry wytrzyma³oœci re-zydualnej s¹ stosunkowo wysokie, tylko o 40% ni¿sze od parametrów wytrzyma³oœci maksymalnej.
Badane gliny lodowcowe wykazuj¹ i³opodobny typ za-chowania (clay-like behaviour) pod wp³ywem obci¹¿eñ dynamicznych (B¹kowska, 2009). Wzrost ciœnienia wody w porach prowadzi do znacznego spadku naprê¿eñ efektyw-nych, co powoduje spadek wytrzyma³oœci na œcinanie.
Jed-nak przy intensywnoœci drgañ nieprzekraczaj¹cej 1,5 m/s2
nie obserwuje siê ca³kowitego zniszczenia struktury glin. Obci¹¿enia dynamiczne powoduj¹ znaczy spadek wy-trzyma³oœci glin. Wytrzyma³oœæ postcykliczna stanowi 20– 80% ich wytrzyma³oœci statycznej i maleje wraz ze wzros-tem intensywnoœci i liczby przy³o¿onych obci¹¿eñ, najmniej-szy spadek wytrzyma³oœci zachodzi w pierwnajmniej-szych 20 000 cyk-li obci¹¿eñ (B¹kowska, 2009). Obci¹¿enia dynamiczne po-woduj¹ przede wszystkim spadek spójnoœci badanych glin. WyraŸna zmiana stanu naprê¿eñ oraz parametrów wy-trzyma³oœciowych glin lodowcowych w wyniku oddzia-³ywania obci¹¿eñ dynamicznych wskazuje, ¿e grunty wy-stêpuj¹ce w zasiêgu oddzia³ywania drgañ wywo³anych ru-chem komunikacyjnym mo¿na uznaæ za grunty przekszta³-cone antropogenicznie.
Literatura
Atlas geologiczno-in¿ynierski Warszawy. Frankowski Z. &
Wysokiñ-ski L. (red.), 2000, Arch. CAG, Warszawa.
B¥KOWSKA A. 2009 – Zachowanie siê glin lodowcowych rejonu Warszawa-S³u¿ew pod wp³ywem obci¹¿eñ dynamicznych. Praca dok-torska, Uniw. Warsz., Warszawa.
IDRISS L.M., DOBRY Y.R. & SINGH R.D. 1978 – Nonlinear behaviour of soft clays during cycling loading conditions. Journal of Geotechnical Engineering Division, ASCE, 104: 1427–1447.
ISHIHARA K. 1991 – Liquefaction and flow facture during earthquakes. Geotechnique, 43: 351–413.
JASTRZÊBSKA M. 2010 – Badania zachowania siê gruntów spoistych poddanych obci¹¿eniom cyklicznym w zakresie ma³ych odkszta³ceñ. Monografia. Wyd. Politechniki Œl¹skiej, Gliwice.
KACZYÑSKI R. 1984 – Zachowanie siê spoistych gruntów zwa³owych pod obci¹¿eniami dynamicznymi. Biul. Geol. Uniw. Warsz., 31: 195–246. KACZYÑSKI R., BARAÑSKI M., B¥KOWSKA A., BOROWCZYK M., GAWRIUCZENKOW I., KIE£BASIÑSKI K., KRAU¯LIS K, LAS-KOWSKI K., PIETRZYLAS-KOWSKI P., SZCZEPAÑSKI T., TRZCIÑSKI J., WÓJCIK E. & ZAWRZYKRAJ P. 2008a – Stan skonsolidowania, mikrostruktury glin zlodowacenia œrodkowopolskiego rejonu Warszawa-S³u¿ew na tle ich geologiczno-in¿ynierskich w³aœciwoœci. Pr. Bad. nr: 4T12B 06228.
KACZYÑSKI R., B¥KOWSKA A. & KIE£BASIÑSKI K. 2008b – Warunki geologiczno-in¿ynierskie w rejonie koœcio³a œw. Katarzyny w Warszawie. Acta Sci. Pol., Architektura, 7: 19–26.
KACZYÑSKI R., B¥KOWSKA A. & KIE£BASIÑSKI K. 2008c – Analiza statecznoœci zbocza w rejonie koœcio³a œw. Katarzyny w War-szawie z uwzglêdnieniem obci¹¿eñ dynamicznych. Acta Sci. Pol., Architektura, 7: 27–37.
SEED H.B. & IDRISS L.M. 1971 – Simplified procedure for evaluating soil liquefaction potential. Journal of the Soil Mechanics and Founda-tion Engineering Division, ASCE, 97: 1249–1273.
THIERS G.R. & SEED H.B. 1968 – Cyclic strain-stress characteristics of clay. Journal of the Soil Mechanics and Foundation Engineering Division, ASCE, 94: 555–569.
TUCHO£KA P., KIE£BASIÑSKI K. & MIESZKOWSKI R. 2008 – Tracing seismic surface waves induced by road traffic in urban envi-ronment example of St. Catherine’s church hill in Warsaw. Geologija, 50: S79–S84, Vilniaus.
TRZCIÑSKI J. 1998 – Mikrostruktury a w³aœciwoœci geologiczno-in¿y-nierskie glin lodowcowych. Praca doktorska, Uniw. Warsz., Warszawa. Praca wp³ynê³a do redakcji 26.06.2010 r.
