Mechanika Gruntów - egzamin PDF

Preview

Summary

Mechanika Gruntów - egzamin...

Description

1. Znajomość pojęć: wskaźnik zagęszczenia Wskaźnik zagęszczenia gruntów IS jest miernikiem charakteryzującym jakość zagęszczenia nasypu: ρ dnas –gęstość objętościowa szkieletu gruntu w nasypie ρ ds. –maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego Jest to stosunek gęstości objętościowej szkieletu gruntu w nasypie do maksymalnej wartości ρ ds uzyskanej w warunkach normalnych Stopień zagęszczenia gruntów niespoistych ID jest to stosunek zagęszczenia występującego w stanie naturalnym do największego możliwego zagęszczenia danego gruntu. Stopień plastyczności jest to stosunek różnicy wilgotnosci naturalnej danego gruntu i granicy plastyczności do różnicy granicy p łynności i granicy plastyczności Wskaźnik plastyczności w % jest to różnica pomiędzy granicą płynności i granicą plastyczności naprężenia pierwotne poziome i pionowe (jak się oblicza) Wartość pionowej składowej naprężenia geostatycznego σγz wyznacza się ze wzoru: n

syz=

∑ ρg hi i=1

ρ- gęstość objętościowa gruntu w każdej warstwie i hi-miąższość poszczególnych warstw i g- przyśpieszenie ziemskie Wartość poziomej składowej naprężenia geostatycznego σγx oblicza się ze wzoru: sγx= sγy=Ko sγz K0-współczynnik parcia bocznego w spoczynku, σγz-pionowa składowa naprężenia pierwotnego. Wilgotnością optymalną wopt nazywamy taką wilgotność, przy której w danych warunkach ubijania można osiągnąć największe zagęszczenie gruntu, a więc maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego ρdmax. Konsolidacja to proces równoczesnego zmniejszania się zawartości wody i objętości porów w gruntach pod wpływem przyrostu naprężeń. (Jeżeli pory są całkowicie wypełnione wodą, lecz jej odpływ jest niemożliwy, to przyłożone obciążenie powoduje zwiększenie ciśnienia wody w porach, nie powodując wzrostu naprężenia efektywnego σ’. Cząstki gruntu nie ulęgają przesunięciu i konsolidacja nie występuje). Ściśliwość to cecha gruntu polegająca na zmniejszaniu się jego objętości pod wpływem przyłożonego obciążenia. Kurzawka, ruchome piaski – jest to drobnoziarnisty luźny osad, np. piasek lub muł wymieszany z wodą, o konsystencji galarety, słabo związany z gruntem. Na skutek oddziaływania przepływającej wody następuje upłynnienie gruntu (grunt zachowuje się jak ciecz). Infiltrująca woda może też powodować kolmatację, tzn. proces wymywania i osadzania drobnych cząstek w przestrzeni porowej gruntu. Sufozja to zjawisko polegające na wynoszeniu przez filtrującą wodę drobnych cząstek gruntu (przesunięcie ich na inne miejsce lub wyniesione poza obręb gruntu). W rezultacie sufozji powiększają się pory, wzrasta współczynnik filtracji i prędkość wody. Woda o większej prędkości może poruszać coraz większe ziarna gruntu i powodować dalszy rozwój procesu sufozji, aż do utworzenia się kawern lub kanałów w gruncie. Zjawisko przybiera wtedy cechy przebicia hydraulicznego. Sufozja występuje wtedy, gdy zostanie przekroczony ikr lub prędkość krytyczna vkr.

k- współczynnik filtracji

Sufozja występuje w gruntach sypkich, (przede wszystkim różnoziarnistych). W zależności od miejsca występowania sufozji w zaporze rozróżnia się: - sufozję wewnętrzną (występuje wewnątrz danego rodzaju gruntu) - zewnętrzną i kontaktowa (w strefie przypowierzchniowej zapory lub podłoża a także na styku różnych warstw gruntu, gdy kierunek ruchu wody jest prostopadły do styku). Wskaźnik osiadania zapadowego (imp):

h’ – wysokość próbki po umownym zakończeniu osiadań przy naprężeniu całkowitym σzt, przed nasyceniem wodą h’’ –– wysokość próbki po umownym zakończeniu osiadań przy naprężeniu całkowitym σzt, w warunkach nasycenia wodą h0 – wysokość próbki po umownym zakończeniu osiadań przy naprężeniu pierwotnym σzg odpowiadającym obciążenia gruntem na danej głębokości OSIADANIE ZAPADOWE ; Ze względu na wartość wskaźnika osiadania zapadowego grunty są kwalifikowane jako: - zapadowe imp> 0,02 (o strukturze nietrwałej, wrażliwej nadziałanie wody), -niezapadowe imp≤ 0,02 (o strukturze trwałej, niewrażliwej na działanie wody) . 2. Uogólniony wzór wytrzymałości na ścinanie gruntu spoistego i niespoistego.

3. Kiedy występuje poślizg oraz stan równowagi granicznej w gruncie? Stan równowagi granicznej osiągany jest przez podzielenie wytrzymałości na ścinanie przez współczynnik pewności, w celu uzyskania jej rzeczywistej wartości w momencie poślizgu. ' tg { ϕ 0=

' ' tg { ϕ c l ¿ ¿ c ′ l= 0 F F

Zakłada się istnienie stanu równowagi granicznej, gdy układ znajduje się na granicy utraty stateczności, co pozwala na wystąpienie w pełni sił tarcia i nośności Po pokonaniu oporu ścinania następuje poślizg pewnej części gruntu w stosunku do pozostałej. 4. Jakie grunty należą do wysadzinowych, niewysadzinowych, słabonośnych? grunty spoiste - wysadzinowe grunty sypkie wykształcone w postaci piasków drobnych i średnich - niewysadzinowe -||- w postaci piasków pylastych - grunty wątpliwe słabonośne: organiczne, nasypowe-niebudowlane, spoiste w stanie miękkoplastycznym, niespoiste w stanie luźnym 5. Co obserwuje się w I, II, i III fazie osiadania fundamentu?

Osiadanie fundamentu i odkształcenia podłoża w miarę wzrostu obciążenia; a) faza I (osiadanie proporcjonalne do nacisku) b) faza II (częściowe uplastycznienie się gruntu pod krawędziami fundamentu ) |τ|=τ t c) faza III (wypieranie gruntu spod fundamentu w miarę zwiększania nacisku) d) wykres przyrostu osiadania fundamentu. Za obciążenie krytyczne przyjmuje się obciążenie, którego przekroczenie powoduje w podłożu gruntowym, poniżej krawędzi powierzchni obciążonej, powstanie strefy uplastycznienia. W obrębie strefy uplastycznienia grunt znajduje się w stanie granicznym.

6. Jakie wody występują w strefie aeracji i saturacji-wymienić? Strefa aeracji, czyli napowietrzania, występuje między powierzchnią terenu, a zwierciadłem wody podziemnej. W strefie aeracji pory gruntowe wypełnione są powietrzem, a woda występuje w różnych postaciach (np. jako higroskopijna, błonkowata, kapilarna). Strefa saturacji, czyli nasycenia wodą, występuje poniżej zwierciadła wody gruntowej. W strefie tej wolne przestrzenie między ziarnami mineralnymi otoczonymi wodą higroskopijną i błonkowatą wypełnia woda wolna. 7. Jakie parametry fizyczne gruntów należą do parametrów podstawowych? Podstawowe cechy fizyczne gruntu a) gęstość gruntu =ms/Vs (sucha masa przez objętość szkieletu gruntowego) b) gęstość pozorna gruntu – stosunek masy próbki do jej obetosci łacznie z porami =mm/V c) wilgotność naturalna jest to stosunek masy wody zawartej w badanej próbce gruntu do masy jej szkieletu gruntowego (wyrazona w procentach lub wartosciach bezwzglednych) w=mw*100%/MS= (mm-ms)*100%/ms 2. 8. Do czego wykorzystuje się zjawisko elektroosmozy? Przepływ elektroosmotyczny jest to przemieszczenie pewnej części warstwy dyfuzyjnej kationów, stycznie do warstwy utwierdzonej, pod wpływem stałego prądu elektrycznego. Nastąpi więc przepływ wody w kierunku elektrody o przeciwnym znaku. Zjawisko to zostało odkryte przez Reussa w 1809 r. Elektroforez ą lub elektrokataforezą nazywamy wędrówkę cząstek stałych, mających potencja ł elektrokinetyczny, do elektrody odmiennego znaku. ¾Zjawiskiem odwrotnym do elektroosmozy jest potencja ł przepływu. Został on odkryty doświadczalnie przez Quincke, który przepuszczał wodę destylowaną przez różne grunty i uzyska ł w obwodzie zamkniętym prąd elektryczny o napięciu 6.9 V dla piasku kwarcowego i 0.4 V dla gliny. Elektroosmozę można wykorzystać np. do osuszania gruntu, jego wzmocnienia lub uszczelnienia. ¾W Polsce stosowano elektroosmozę do wzmacniania i uszczelniania piasków przez kilkukrotne wprowadzenie roztworów szkła wodnego oraz chlorku wapnia. Elaktroosmoza zapewnia przenikanie roztworu do porów bez potrzeby stosowania dużych ciśnień (jak przy iniekcjach); dłuższe stosowanie prądu przyśpiesza proces twardnienia żelu krzemionki. ¾Zastosowanie elektroosmozy daje dobre wyniki przy osuszaniu gruntów pyłowych i iłowych o małej wodoprzepuszczalności. Przy zastosowaniu prądu elektrycznego o spadku napięcia 1 V/cm uzyskuje się prędkość przepływu wody około 5x10-5 cm/s, a więc 10-10000 razy większą od przepływu hydraulicznego. Osuszanie piasków t ą metod ą jest bezskuteczne, gdy ż maj ą one większe wodoprzepuszczalności. 9. Parametry ściśliwości gruntów- moduły. Parametrami charakteryzującymi ściśliwość gruntu są moduły ściśliwości i moduły odkształcenia. Edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej M0 jest to stosunek przyrostu efektywnego naprężenia normalnego do przyrostu całkowitego odkształcenia względnego na krzywej ściśliwości pierwotnej (Rys.4)

(1) gdzie: przyrost obciążenia, zmniejszenie wysokości próbki po zwiększeniu naprężenia o

,

względne odkształcenie, wysokość próbki w edometrze przed zwiększeniem naprężenia z

do

.

Edometryczny moduł ściśliwości wtórnej M jest to stosunek przyrostu efektywnego naprężenia normalnego do przyrostu całkowitego odkształcenia względnego na krzywej ściśliwości wtórnej (Rys.4). Edometryczny moduł odprężenia jest to stosunek zmniejszenia naprężenia normalnego do względnego wydłużenia na krzywej odprężenia (Rys.4)

=

=

(2)

gdzie: zmniejszenie naprężeń, względne wydłużenie próbki, – zwiększenie wysokości próbki przy zmniejszeniu naprężenia o

10. Metody badań w aparacie trójosiowego ściskania UU, CD, CU.

.

11. Środki zabezpieczające przed szkodliwym działaniem filtracji (filtry odwrotne, wydłużenie drogi filtracji). Środki, którymi zabezpiecza się grunty przed szkodliwym działaniem filtracji można podzielić na dwie grupy. 1.Sposoby zabezpieczeń zmniejszających spadek hydrauliczny (wydłużenie drogi filtracji), 2. Konstrukcje gruntowe zwane filtrami odwrotnymi. Do pierwszej zalicza się sposoby zabezpieczeń zmniejszających spadek hydrauliczny (wydłużenie drogi filtracji), a tym samym ciśnienie spływowe, a więc spełniające warunek: i ≤ ikr/F gdzie: i - spadek hydrauliczny w dowolnym miejscu podłoża lub budowli ziemnej, F - współczynnik pewności (F = 2÷3).

Obliczenie niezbędnej drogi filtracji można dokonać w sposób przybliżony korzystając ze wzoru podanego przez Bligha: L≥CwH gdzie: L - długość drogi filtracji (na rysunku - po prostu po obrysie np. fundamentu - czerwona linia),

L = 1-8 Cw - wskaźnik filtracji (podany w tabeli). Według wzoru Lene'a: 1/3*l+Σh≥CwH gdzie: l - poziome odcinki drogi filtracji h - pionowe odcinki drogi filtracji Cw - wskaźnik filtracji Drugą grupę stanowią konstrukcje gruntowe zwane filtrami odwrotnymi. Działanie filtrów odwrotnych polega na następującej zasadzie: jeśli woda przepływa kolejno przez np. trzy warstwy gruntu o coraz większym współczynniku filtracji, to przy założeniu ciągłości przepływu można napisać zależność: v=k1i1=k2i2=k3i3 gdzie: v-prędkość[m/s], k1, k2, k3-współczynnik filtracji w poszczególnych warstwach[m/s], i1, i2, i3-spadki hydrauliczne w poszczególnych warstwach Ponieważ więc k1 < k2 < k3 uwzględniając równanie będzie i1> i2 > i3 z otrzymanej zależności wynika, że jeśli na warstwie 1 gruntu drobniejszego, zagrożonego działaniem filtracji, ułożona zostanie warstwa 2 gruntu grubszego, to będzie w niej mniejszy spadek hydrauliczny, a zatem mniejsze ciśnienie spływowe. Na skutek obciążenia warstwami wyżej leżącymi poprawią się warunki warstwy dolnej. Na skutek obciążenia warstwami wyżej leżącymi poprawią się warunki warstwy dolnej. 12. Kiedy skarpa jest stateczna a kiedy niestateczna? (Ile wynosi wskaźnik bezpieczeństwa (współczynnik stateczności F?)

Sprawdzenie stateczności zbocza (skarpy) polega na obliczeniu minimalnego wskaźnika pewności (bezpieczeństwa) stateczności F, przy zastosowaniu odpowiedniej metody, z uwzględnieniem geometrii układu warstw gruntu i przebiegu powierzchni poślizgu oraz odpowiednich parametrów gruntu. Wyznaczony wskaźnik F powinien być większy niż współczynnik dopuszczalny F (wartość zakładana) dla danej metody obliczeniowej. 13. Na czym polegają badania dylatometryczne i sondą CPT(U)? Dylatometr Marchettiego (DMT) składa się z płaskiej, stalowej płytki penetrometru, która jest wyposażona w elastyczną, kołową membranę umieszczoną na powierzchni. Dylatometr jest połączony z jednostką kontrolnopomiarową przewodem pneumatycznym, służącym do przekazywania ciśnienia gazu na membranę. Badanie polega na wciskaniu w grunt płytowej sondy w kształcie ostrza, której membrana odkształca się pod wpływem działającego ciśnienia gazu. Na danej głębokości dokonywane są pomiary: ciśnienia gazu potrzebnego w początkowej fazie ruchu do uzyskania kontaktu membrany z otaczającym gruntem, ciśnienia gazu potrzebnego do odkształcenia środka membrany w stronę gruntu oraz ciśnienia gazu po kontrolowanym powrocie membrany do pozycji uzyskanej w pomiarze pierwszym. Celem badania za pomocą statycznej sondy stożkowej CPT jest określenie oporu gruntu miękkiej skały podczas zagłębiania stożka oraz tarcia na tulei ciernej. Badanie to polega na wciskaniu sondy stożkowej pionowo w grunt za pomocą kolumny żerdzi. Sonda stożkowa powinna być wciskana w grunt ze stałą prędkością zagłębiania (2 cm/s). Aparatura rejestruje opór zagłębiania stożka qc, jak również tarcie na tulei ciernej fs. Sondowanie w technologii CPTu dodatkowo umożliwia pomiar ciśnienia wody w porach gruntu....