תכונות מכניו ת של קר קעו ת ל ס . ישראל , מד רום שפלת הח וף
תכונות מכניות של קרקעות לס מדרום שפלת החוף ,ישראל. סיכום עבודת מאסטר מאת :איתי אוריין מנחה :פרופ' יוסי חצור מבוא מטרת המחקר הכרת התכונות וההתנהגות המכנית של טיפוסי הקרקע בחתך של אתר המחקר. בדגש על: • חוזק גזירה של הקרקע. • פרמטרים אלסטיים דינמיים וסטטיים: • מודול יאנג ).(Ed, Ep, Eu • מודול גזירה ).(Gd, Gp, Gcs • תגובת הקרקע למאמצי לחיצה. מבוא אזור המחקר אזור המחקר שפלת החוף הדרומית ,מזרחית לרצועת עזה. * אקלים לח למחצה ,כ 500מ"מ משקעים שנתי . מבוא אתר המחקר כ 0.5קמ"ר מבוא *הכיסוי של דרום שפלת החוף הוא של מרבצי חול ולס )רביקוביץ (1981 ,מנגנון הסעה איאולי מניע חומרי בלייה מסיני אל תוך הנגב ובאזור זה שוקע מקטע מכני כבד. *באזור המחקר קרקעות חול לסיות – החול משמש כמרכיב עיקרי והסילט מרכיב משני. תרשים :1תפוצת קרקעות במערב הנגב )רביקוביץ(1981 , שיטות מחקר שיטות מחקר בדיקות מעבדה בדיקות שדה 6בורות קידוח לעומק של 20מ'• . SPT- standard penetration test • PMT – pressuremeter test • Seismic wave velocity survey by cross-hole and down-hole methods • • הגדרת סוג קרקע וסמלה ע"י מיון מכני והגדרת גבולות אטרברג. LL, PL, PI • קביעת תכונות אינדקס של שני טיפוסי הקרקעeo, γd (kN/m3),w% . • מבחני גזירה ישירה וגזירה מחזורית באמצעות המערכת לבדיקות גזירה ישירה. בדיקות שדה תרשים :2פיזור מרחבי יחסי של הקידוחים באתר המחקר. שיטות מחקר SPT – Standard Penetration Test שיטות מחקר בדיקה נפוצה המשמשת לצרכים גיאוטכניים והנדסיים. התוצאה ) (Nמהווה אינדקס לקשיחות הקרקע וחוזקה על פי קורלציות לפרמטרים מכניים ידועים . תרשים :3בדיקת החדרה תקנית באתר המחקר וציוד הבדיקה -פטיש וכף הדגימה. שיטות מחקר PMT - Pressuremeter Test הבדיקה מאפשרת קבלת פרמטרים אלסטיים )סטטיים( של הקרקע בשדה. המכשיר פועל על עיקרון של התפשטות לטרלית של תאי לחץ גליליים בתוך הקרקע. תרשים :4פריסת מערכת הפרסיומטר והתנהגות הלחץ כתלות בנפח במהלך הבדיקה. Seismic Wave Velocity Survey • מהירויות של גלי לחיצה וגלי גזירה • השוואה בין מהירויות אלו בתווך יבש \ רווי. • פרמטרים אלסטיים דינמיים של הקרקע. שיטות : Down hole / Cross hole תרשים :5מערך הגיאופונים והכנות לבדיקות סייסמיות באתר המחקר )יזרסקי.(2004 , שיטות מחקר שיטות מחקר דיגום קרקע מהמחשוף לצורך בדיקות מעבדה .1חציבת גושי קרקע משני הטיפוסים מקיר המחשוף בעומקים של 8 – 3מ'. .2סיתות גושי הקרקע לבלוקים ושינועם למעבדה. SM .3ניסור הבלוקים והתאמתם לקופסאות הגזירה במעבדה )הכנת דגם(. SC תרשים :6חתך קרקע אופייני באתר המחקר ודוגמאות של מדגמי קרקע משכבות שונות. שיטות מחקר בדיקות מעבדה מיון קרקעות -הגדרת טיפוסי וסמלי הקרקע. .1התפלגות גודל גרגר ותכולת הדקים בקרקע. .2גבולות אטרברג :גבול נזילות ,גבול הפלסטיות ,אינדקס הפלסטיות. .3קביעת תכונות אינדקס של שני טיפוסי הקרקע.eo, γd (kN/m3),w% : 3 1 2 3 אפיון גיאומכני של הקרקע טיפוסי הקרקע באתר המחקר 100 SM חול סילטי ,עד 20%דקים ,לא פלסטי 90 80 SC חול חרסיתי עם קרבונט 33-50% ,דקים, פלסטיות נמוכה *CL חרסית עם חול ,פלסטיות נמוכה 60 50 40 30 20 10 )Percent passing (by mass 70 0 10 0.1 1 0.01 SC )Grain Diameter (mm 100 90 70 60 50 40 30 SC 20 SM 10 0 10 1 0.1 )Grain Diameter (mm תרשים :7טיפוסי הקרקע והתפלגות גודל גרגר אופיינית. 0.01 SM )Percent passing (by mass 80 חתך הקרקע באתר המחקר דיאגרמת משוכות ופרוס משוער של השכבות בתת הקרקע של אתר המחקר )ווינשטיין .(2004, אפיון גיאומכני של הקרקע חתך הקרקע באתר המחקר אתר כרם שלום ; קידוח #1 אתר כרם שלום :מחפורת IIקיר מערבי In Situ tests Lab tests Effective Normal Stress SPT PMT e )(kPa )γ (kN/m3 PI % USCS Fines % SILTY SAND SP-SM CLAYEY SAND SP-SC SILTY SAND SM )γ (kN/m3 e Lithology w % Fines % PI % )E (MPa) G(MPa N 1, 60 0 0 SILTY SAND SP-SM -1 חול סילטי חול סילטי -2 CLAYEY SAND WITH CARBONATES SP-SC -4 -5 חול חרסיתי +ת .קרבונט -6 חרסית +חול -7 CLAYEY SAND WITH CARBONATES SP-SC -8 0 1 15 30 0 25 50 0 100 0 15 100 0 100 0 0 -9 125 250 0 1 0 15 30 0 25 50 100 0 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 CLAY AND 10 CLAYEY SAND WITH CARBONATES SC SILTY SAND SP-SM -10 0 -1 -2 -3 CLAYEY SAND WITH CARBONATES SP-SC N field USCS Lithology 11 12 13 14 -11 15 -12 CLAYEY SAND SC CLAYEY SAND WITH CARBONATES SC -13 17 18 -14 SILTY SAND SM מקרא : − γמשקל מרחבי יבש פונקציית המאמץ Y = -0.0569 X: מקרא: - PI %אינדקס פלסטיות - USCSסמל קרקע לפי שיטת המיון האחידה - eמנת חללים Effectiv Normal Stressהשתנות מאמץ אפקטיבי אנכי עם העומק לפי 19 20 - USCSסמל קרקע לפי שיטת מיון אחידה - Fines %תכולת הדקים בקרקע 16 - SPT γz = σv בדיקת החדרה סטנדרטית - N fieldמספר הקשות בשדה - N 1, 60תוצאה מנורמלת ללחץ השכבות ולפטיש עם יעילות 60% - w%תכולת רטיבות טבעית - Fines%תכולת הדקים בקרקע - PMTבדיקת פרסיומטר ) - E (MPaמודול אלסטיות של הקרקע לפי νd ) - G (MPaמודול גזירה של הקרקע לפי νd - PI%אינדקס הפלסטיות − γמשקל מרחבי יבש - eמנת חללים תרשים :8חתך אנכי בקרקע של אתר המחקר ולוג קידוח :ליתולוגיה ומאפיינים גיאומכניים. אפיון גיאומכני של הקרקע אתר כרם שלום ; קידוח #2 אתר כרם שלום ; קידוח #3 In Situ tests Lab tests e )γ (kN/m3 w% Fines % PI % Lab tests SPT PMT )E (MPa) G(MPa In Situ tests N 1, 60 SPT PMT N field USCS Lithology )γ (kN/m3 e w% Fines % PI % )E (MPa) G(MPa N 1, 60 N field USCS Lithology 0 SILTY SAND SP-SM CLAYEY SAND WITH CARBONATES CLAY AND SAND CL CLAYEY SAND WITH CARBONATES 15 30 0 1 0 25 50 0 100 0 15 0 50 25 60 120 0 100 0 100 0 0 SILTY SAND SM -1 -2 -3 -3 -4 -4 -5 -5 CLAYEY SAND WITH CARBONATES SP-SC -6 -7 -9 -9 0 1 15 30 0 25 50 0 100 0 15 0 50 25 60 120 0 100 0 100 0 10 0 11 SILTY SAND SM 13 SILTY SAND SP-SM CLAYEY SAND WITH CARBONATES SC 15 16 17 SILTY SAND SP-SM 19 בדיקת החדרה סטנדרטית - SPT - N fieldמספר הקשות בשדה - N 1, 60תוצאה מנורמלת ללחץ השכבות ולפטיש עם יעילות 60% - w%תכולת רטיבות טבעית - Fines%תכולת הדקים בקרקע - PI%אינדקס הפלסטיות − γמשקל מרחבי יבש - eמנת חללים 16 18 20 מקרא: ) - E (MPaמודול אלסטיות של הקרקע לפי νd ) - G (MPaמודול גזירה של הקרקע לפי νd 15 19 20 מקרא: 14 17 18 - USCSסמל קרקע לפי שיטת המיון האחידה 11 12 14 - PMTבדיקת פרסיומטר -7 -8 13 SILTY SAND SP-SM -6 -8 12 CLAYEY SAND WITH CARBONATES SC -1 -2 10 CLAY AND SAND CL 0 - USCSסמל קרקע לפי שיטת המיון האחידה בדיקת החדרה סטנדרטית - SPT - N fieldמספר הקשות בשדה - N 1, 60תוצאה מנורמלת ללחץ השכבות ולפטיש עם יעילות 60% - w%תכולת רטיבות טבעית - Fines%תכולת הדקים בקרקע - PMTבדיקת פרסיומטר ) - E (MPaמודול אלסטיות של הקרקע לפי νd ) - G (MPaמודול גזירה של הקרקע לפי νd - PI%אינדקס הפלסטיות − γמשקל מרחבי יבש - eמנת חללים תרשים :9לוג קידוח בקרקע של אתר המחקר :ליתולוגיה ומאפיינים גיאומכניים. אפיון גיאומכני של הקרקע אתר כרם שלום ; קידוח #4 אתר כרם שלום ; קידוח #5 In Situ tests Lab tests PMT e )γ (kN/m3 Fines % PI % Lab tests SPT )E (MPa) G(MPa w% In Situ tests N 1, 60 N field SPT PMT USCS Lithology e )γ (kN/m3 w% Fines % PI % )E (MPa) G(MPa N 1, 60 N field 0 0 SILTY SAND SP-SM CLAYEY SAND WITH CARBONATES SP-SC USCS Lithology SILTY SAND SP-SM -1 -2 -2 -3 -3 -4 -4 -5 -5 -6 -6 -7 -7 CLAY AND SAND CL CLAYEY SAND WITH CARBONATES SC -8 -9 25 50 0 100 0 15 0 50 25 60 120 0 10 0 CLAY AND SAND CL 15 30 0 1 0 25 50 0 100 0 15 0 100 100 0 0 11 CLAYEY SAND SC SILTY SAND SM CLAYEY SAND WITH CARBONATES SC 12 בדיקת החדרה סטנדרטית - SPT - N fieldמספר הקשות בשדה - N 1, 60תוצאה מנורמלת ללחץ השכבות ולפטיש עם יעילות 60% - w%תכולת רטיבות טבעית - Fines%תכולת הדקים בקרקע - PI%אינדקס הפלסטיות − γמשקל מרחבי יבש - eמנת חללים 11 12 14 15 15 16 16 17 17 CLAY AND SAND CL 18 CLAYEY SAND WITH CARBONATES 19 20 מקרא: ) - E (MPaמודול אלסטיות של הקרקע לפי νd ) - G (MPaמודול גזירה של הקרקע לפי νd 10 14 20 מקרא: -9 13 19 - USCSסמל קרקע לפי שיטת המיון האחידה -8 13 18 - PMTבדיקת פרסיומטר -1 - USCSסמל קרקע לפי שיטת המיון האחידה בדיקת החדרה סטנדרטית - SPT - N fieldמספר הקשות בשדה - N 1, 60תוצאה מנורמלת ללחץ השכבות ולפטיש עם יעילות 60% - w%תכולת רטיבות טבעית - Fines%תכולת הדקים בקרקע - PMTבדיקת פרסיומטר ) - E (MPaמודול אלסטיות של הקרקע לפי νd ) - G (MPaמודול גזירה של הקרקע לפי νd - PI%אינדקס הפלסטיות − γמשקל מרחבי יבש - eמנת חללים תרשים :10לוג קידוח בקרקע של אתר המחקר :ליתולוגיה ומאפיינים גיאומכניים. אפיון גיאומכני של הקרקע אתר כרם שלום ; קידוח #6 In Situ tests Lab tests SPT PMT )γ (kN/m3 e PI % )E (MPa) G(MPa w % Fines % N 1, 60 N field USCS Lithology 0 SILTY SAND SM L1 CLAYEY SAND WITH CARBONATES CLAY AND SAND CL -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 CLAYEY SAND WITH CARBONATES SC -8 -9 SILTY SAND 0 1 15 30 0 100 0 15 100 0 100 0 10 0 CLAYEY SAND WITH CARBONATES L2 CLAY AND SAND CL CLAYEY SAND WITH CARBONATES SC 11 12 13 14 15 SILTY SAND SM ב 16 17 18 L3 CLAYEY SAND WITH CARBONATES 19 20 מקרא: - USCSסמל קרקע לפי שיטת המיון האחידה בדיקת החדרה סטנדרטית - SPT - N fieldמספר הקשות בשדה - N 1, 60תוצאה מנורמלת ללחץ השכבות ולפטיש עם יעילות 60% - Fines%תכולת הדקים בקרקע - w%תכולת רטיבות טבעית - PMTבדיקת פרסיומטר ) - E (MPaמודול אלסטיות של הקרקע לפי νd ) - G (MPaמודול גזירה של הקרקע לפי νd - PI%אינדקס הפלסטיות − γמשקל מרחבי יבש - eמנת חללים תרשים :11השינוי במהירויות גלי לחיצה וגזירה לאחר הרטבת הקרקע )יזרסקי ,(2004 ,טבלת פרמטרים אלסטיים דינמיים וחלוקה לשכבות הקרקע לפי מהירויות סייסמיות . שיטות מחקר בדיקות מכניות של הקרקע המערכת לבדיקות גזירה ישירה )(TerraTek systems Inc. מכבש גזירה הידראולי הפועל בבקרת סרוו במעגל סגור תרשים :12רכיבי המערכת לבדיקות גזירה ישירה – המעבדה למכניקת הסלע אוניברסיטת בן גוריון בנגב. ייחוד המערכת והבדיקות המערכת מיועדת לבדיקות בסלעים ובמחקר זה שמשה לבדיקות בקרקע. ניסיון ראשוני לבדיקות של דגמי קרקע ששטח החתך שלהן עולה על 100סמ"ר, כמקובל בבדיקות גזירה ישירה של קרקעות. מאפשר להתייחס באופן איכותי יותר להטרוגניות הקרקע. שיטות מחקר שיטות מחקר מסגרת ההעמסה בוכנת לחיצה ) 100טון( – פועלת בבקרת תזוזה \ עומס. בוכנת גזירה ) 30טון( – פועלת בבקרת תזוזה בלבד. בוכנת לחיצה N up S back S forward N down בוכנת גזירה תרשים :13המכבש לגזירה ישירה – וכיווני תנועה במערכת. שיטות מחקר בוכנת גזירה תיבות גזירה מד עומס זרוע ריאקציה תרשים :14מכלול בוכנת הגזירה וקופסאות הגזירה הצמודות אליה. כרית תמיכה LVDT's מדי תזוזה אנכיים מבט צד מדי תזוזה אופקיים מבט חזית תרשים :15מדי תזוזה המותקנים על קופסאות הגזירה בזמן בדיקה. הכנת דגם לבדיקה תרשים :16שלבים בהכנת דגם קרקע לבדיקה במכבש הגזירה. שיטות מחקר שיטות מחקר בדיקות מכניות שנערכו במערכת לבדיקות גזירה ישירה .1מבחני גזירה ישירה – חוזק הקרקע )קריטריון כשל(. במצב מנוקז ,דגמים רציפים ובמצב יבש גזירה בקצב קבוע של 1 mil/sec טווח תזוזה של 200 mil בוכנה נורמלית בבקרת עומס ,בוכנת גזירה בבקרת תזוזהפין מרכוז כיוון תנועה תבנית מוטות גליליים תרשים :17מצב קופסאות הגזירה והדגם במהלך בדיקת גזירה ישירה. .2העמסה חד צירית של דגמי קרקע -מודול אלסטיות "יאנג" )ׂ(E תרשים :18התקצרות הדגם בציר האנכי ) (∆hכתוצאה מהפעלת מאמץ נורמלי ) σyללא קנ"מ(. תרשים :19מצב הדגם בסיום סגמנט הפריקה והתארכותו ) (∆hבציר האנכי כתוצאה מפריקת המאמץ הנורמלי ) σyללא קנ"מ(. שיטות מחקר שיטות מחקר .3בדיקות גזירה מחזורית מונוטונית של דגמי קרקע מטיפוס - SMמודול גזירה ). (G בוכנת גזירה פועלת בבקרת תזוזה.מוגדר טווח התזוזה ∆uכוח הגזירה משתנה ,אין שליטה עלמאמץ הגזירה τ תרשים :20המאמצים וכוחות הגזירה הפועלים על דגם קרקע במהלך בדיקת גזירה מחזורית . תרשים :21מצב דגם קרקע לאחר סגמנט גזירה ראשון ,מאמצים ומעוותי גזירה המתפתחים בחומר. תוצאות תוצאות מבחני גזירה ישירה בקרקע מטיפוס SM S1 S10 500 450 σ n = 270 kPa 400 350 σ n = 690 kPa ) τ (kPa 100 80 60 40 150 100 20 0 50 0 6 5 4 3 1 2 6 0 5 4 )∆u (mm 3 1 2 0 )∆u (mm S1 0.08 S10 a 0.1 0.06 0.08 0.02 Dilation )∆ v (mm 0.04 6 5 4 2 0.02 0 0 1 0.04 6 5 4 3 2 1 -0.02 0 Compression -0.04 -0.06 )∆u (mm 0 -0.02 -0.04 -0.06 b )∆u (mm תרשים :22התנהגות מאמץ הגזירה והדילטציה של דגמי קרקע מטיפוס SMבגזירה ישירה תחת מאמץ נורמלי קבוע. )∆ v (mm 0.06 3 ) τ (k P a 300 250 200 140 120 תוצאות S12 S11 140 σ n = 207 kPa 120 350 σ n = 517 kPa 300 100 ) τ (k Pa 60 200 150 a 40 5 6 4 3 2 1 100 20 50 0 0 6 0 5 4 3 2 1 S12 0.1 S11 0 6 5 4 2 1 6 5 4 3 2 1 -0.4 -0.5 )∆u (mm תרשים :23התנהגות מאמץ הגזירה והדילטציה של דגמי קרקע מטיפוס SMבגזירה ישירה תחת מאמץ נורמלי קבוע. 0.1 0 -0.1 0 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 ) ∆ v (m m -0.3 ) ∆ v (m m -0.1 0 -0.2 )∆u (mm 0 )∆u (mm )∆u (mm 3 )τ (kP a 80 250 תוצאות חוזק הגזירה ומעטפת הכשל של הקרקע מטיפוס SM (S1) σn = 690 kPa 500 450 400 350 (S11) σn = 517 kPa 250 200 (S12) σn = 206 kPa )τ (kPa 300 150 100 (S10) σn = 270kPa 50 0 5 6 3 4 1 2 0 )∆u (mm 0.2 S12 S1 0.1 600 SP-SM 6 500 S1 5 4 3 2 1 -0.1 0 300 y = 0.6204x R2 = 0.9586 200 S12 S10 ) τ (k Pa failure envelope 400 -0.3 S11 -0.4 ) ∆ v (m m -0.2 S11 c = 0 ; φ = 32o 0 -0.5 -0.6 S10 -0.7 -0.8 100 )∆ u (mm 0 1000 800 600 400 )σ n (kPa 200 0 תרשים 24מימין :מישור גזירה אופייני של דגם ומעטפת הכשל משמאל :התנהגות מאמץ הגזירה של קרקע מטיפוס .SM והדילטציה בכל הבדיקות של קרקע מטיפוס זה . תוצאות מבחני גזירה ישירה בקרקע מטיפוס SC C3 C2 250 σ n = 207 kPa 400 )τ (kP a 300 200 50 100 0 6 5 4 3 2 1 0 0 5 6 4 )∆u (mm 2 3 1 0 )∆u (mm C3 C2 1.8 1.2 1.6 a 1 1.4 0.8 1.2 0.6 )∆ v (mm 0.8 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 0 6 5 4 )∆u (mm 2 1 -0.2 0 0 6 5 4 3 2 1 )∆u (mm תרשים : 25התנהגות מאמץ הגזירה והדילטציה של דגמי קרקע מטיפוס SCבגזירה ישירה תחת מאמץ נורמלי קבוע. 0 -0.2 ) ∆ v (m m 1 3 )τ (kP a 100 500 σ n = 138 kPa 200 150 600 תוצאות C4 C5 σn = 174 kPa 3 σn = 345 kPa 300 250 200 ) τ (k P a 5 4 2 1 400 350 150 100 50 0 0 5 6 4 )∆u (mm )∆u (mm C4 0.5 0.4 0.3 ) ∆ v (m m 2 1 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 0 -0.2 -0.3 0.6 0.2 0.1 0 6 5 4 3 2 1 -0.1 0 -0.2 )∆u (mm תרשים :26התנהגות מאמץ הגזירה והדילטציה של דגמי קרקע מטיפוס SCבגזירה ישירה תחת מאמץ נורמלי קבוע. ) ∆ v (m m 5 4 3 2 1 0 )∆u (mm C5 3 ) τ (kP a 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 450 תוצאות 600 (C5) σ n = 172 kPa C6 σn = 414 kPa 500 450 400 400 (C2) σ n = 138 kPa 300 250 200 200 (C3) σ n = 207 kPa 150 100 100 50 0 0 6 4 5 3 2 1 6 0 5 4 3 1 2 C6 1.8 1.6 1.4 C3 1.2 C2 C5 0.6 C4 0.4 C6 0.2 0 6 5 2 1 6 5 4 3 2 1 -0.2 0 -0.4 )∆u (mm )∆u (mm תרשים :27התנהגות מאמץ הגזירה והדילטציה של דגמי קרקע מטיפוס SCבגזירה ישירה תחת מאמץ נורמלי קבוע. 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 -0.05 0 -0.1 -0.15 -0.2 ) ∆ v (m m 0.8 )∆ v (mm 1 4 0 )∆u (mm )∆u (mm 3 )τ (kPa (C4) σ n = 345 kPa )τ (kPa (C6) σn = 414 kPa 300 350 תוצאות חוזק הגזירה של הקרקע מטיפוס SC 600 C2 SP-SC C6 C4 500 C5 400 C3 )τ (kPa 300 200 100 0 100 150 200 250 300 350 400 450 50 0 )σ n (kPa תרשים :28פיזור תוצאות מבחני גזירה בקרקע מטיפוס SC וחוזק הגזירה האופייני לקרקע זו. תרשים :29מישור גזירה אופייני של דגם קרקע מטיפוס . SC תוצאות בדיקות גזירה מחזורית מונוטונית בקרקע מטיפוס SM µ = 0.6 S7 1 200 σn = 345 kPa 150 µ = 0.6 200 50 100 0 50 -50 0 -0.1 -0.2 -100 -0.3 )τ (kPa 100 150 0 0.3 0.2 0.1 -50 0 -150 -200 -300 0 0.1 0.3 0 0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 )∆u (mm -0.1 -0.2 )∆ v (mm -0.3 -0.1 -0.2 -0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 )∆u (mm תרשים :30עקומות מאמץ -תזוזה גזירה והתנהגות התפיחה בבדיקת גזירה מחזורית מונוטונית של קרקע מטיפוס SM תחת מאמץ נורמלי קבוע. )∆ v (mm -0.2 S6 0.1 S71 0.2 µ = 0.6 )∆u (mm )∆u (mm 0.1 -0.2 -150 µ = 0.6 -250 0 -0.1 -0.3 -100 -200 -0.1 σn = 345 kPa )τ (kPa 0.3 0.2 0.1 S6 תוצאות µ = 0.6 300 S9 200 σn = 690 kPa µ = 0.6 250 S8 200 σn = 345 kPa 150 100 100 0.3 0.2 0.1 )τ (kPa 0.3 0.2 0.1 0 -100 0 0.4 0.3 0.2 0.1 -50 0 -200 -100 -300 -150 -0.3 -200 -400 µ = 0.6 -250 µ = 0.6 )∆ u (mm -0.1 0 -0.1 -0.2 -0.4 )τ (kPa 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 50 )∆u (mm S8 S9 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 0 0.4 -0.3 0.3 0.2 0.1 0 -0.2 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -1.1 -0.6 -0.8 -1.3 -1 -1.5 -1.2 )∆ u (mm )∆u (mm תרשים :31עקומות מאמץ -תזוזה גזירה והתנהגות התפיחה בבדיקת גזירה מחזורית מונוטונית של קרקע מטיפוס SM תחת מאמץ נורמלי קבוע . )∆ v (mm -0.9 )∆ v (mm -0.7 -0.4 תוצאות מודול גזירה של קרקע מטיפוס SM - G’oמודול גזירה ראשוני 200 150 100 50 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 -0.002 0 -50 -100 -150 -200 )γ' (rad )τ (kPa )γ’ (rad -0.004 -0.006 -0.008 -0.01 )τ (kPa 0 (S1) σn = 690 kPa ’* - Gמודול גזירה מחזורי )אקוויוולנטי( 500 450 400 350 (S11) σn = 517 kPa 250 200 (S12) σn = 206 kPa )τ (kPa 300 150 100 )(S10) σn = 270(kPa 50 0 6 5 0.2 0.1 3 4 2 1 0 )∆u (mm 200 150 100 0.3 0 -50 0 -100 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 )τ (kPa 50 -150 -200 200 + τ -250 150 -300 -350 100 *'G )∆u (mm 50 0.006 0.004 0.002 0 -50 -100 )τ (kPa 0 -0.002 -0.004 -0.006 -0.008 -0.01 *'G -150 -200 -250 -300 )γ' (rad -τ תרשים :32תחום תזוזת הגזירה ומעוות הגזירה בקטע לינארי אלסטי בבדיקות גזירה מחזורית. תוצאות 60 S6 µ = 0.6 200 σn = 345 kPa 150 40 0.01 0 -0.01 -0.008 -0.006 -0.004 -0.002-50 0 )τ (kPa 50 y = 62125x R2 = 0.9262 30 Go = 62 MPa 20 10 -100 -150 0 -200 0 )γ (rad G*/Go *G seg - G*/Go *G seg + 0.470 10.013 3 2.908 62.000 2 0.724 15.443 5 0.566 12.073 4 0.776 16.558 7 0.624 13.310 6 0.704 15.010 8 G*'/G'o '*G seg - G*'/G'o '*G seg + 0.467 9.950 3 3.015 64.300 2 0.715 15.244 5 0.561 11.956 4 0.763 16.275 7 0.639 13.629 6 0.690 14.724 8 תרשים :33עקומת מאמץ – מעוות בבדיקת גזירה מחזורית מונוטונית וטבלת ערכי מודול גזירה מנורמל בסגמנטים של גזירה מחזורית . 60 S6 50 40 y = 63137x R2 = 0.9282 30 Go = 63.14 MPa 20 )τ (kPa מתוקן 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006 0.0007 0.0008 0.0009 µ = 0.6 )γ' (rad ללא תיקון )τ (kPa 100 0.002 0.004 0.006 0.008 50 10 0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006 0.0007 0.0008 0.0009 ‘ 0 )γ (rad תרשים :34מודול גזירה ראשוני של דגם S6עבור סגמנט גזירה ראשון .למעלה :לא מתוקן ) (Goלמטה :מתוקן ).(G’o תוצאות S8 250 µ = 0.6 200 σn = 345 kPa 150 100 0 0.006 0.008 0.004 -50 0 0.002 -0.002 -0.004 -0.008 -0.006 )t (kPa 50 -100 -150 -200 µ = 0.6 -250 )γ' (rad תרשים :35עקומת מאמץ – מעוות בבדיקת גזירה מחזורית מונוטונית ) 40מחזורי גזירה(. AT8 1.40 − τ 1.20 1.00 + τ 0.60 G'*/G'o 0.80 0.40 0.20 0.00 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 segments תרשים :36השתנות מודול גזירה מנורמל ) (G*’/G’oבסגמנטים של גזירה חיובית ושלילית. תוצאות µ = 0.6 S9 σn = 690 kPa 300 200 100 0.004 0.006 0 0.002 -0.004 -0.008 )τ (kPa 0 -0.002 -0.006 -0.01 -100 -200 -300 -400 µ = 0.6 )γ ' (rad תרשים :37עקומת מאמץ – מעוות בבדיקת גזירה מחזורית מונוטונית ) 40מחזורי גזירה(. AT9 1.40 −τ 1.20 +τ 1.00 0.60 G'*/G'o 0.80 0.40 0.20 0.00 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 segments תרשים :38השתנות מודול גזירה מנורמל ) (G*’/G’oבסגמנטים של גזירה חיובית ושלילית. תוצאות מודול יאנג ) (Eשל הקרקע S6 350 Load Unload 250 200 y = 89927x - 5085.1 150 Eu = 90 MPa 100 S9 Unload 50 700 Load 0 0.07 600 y = 131348x - 9005.4 400 Eu = 131 MPa 300 200 100 0 0.06 0.05 0.04 0.02 0.03 0.01 0 axial strain תרשים : 39מודול אלסטיות* של קרקע מטיפוס SM מתוך סגמנט פריקה נורמלית ,לאחר 3מחזורי גזירה S8 Unload 350 Load 300 axial strain תרשים :41מודול אלסטיות* של קרקע מטיפוס SMמתוך סגמנט פריקה נורמלית ,לאחר 40מחזורי גזירה . 250 200 150 y = 163669x - 1130.9 100 Eu = 164 MPa 50 )normal stress (kPa 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 )n o rm al s tre ss (k P a 500 )normal stress (kPa 300 0 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 0 axial strain תרשים :40מודול אלסטיות* של קרקע מטיפוס SMמתוך סגמנט פריקה נורמלית ,לאחר 40מחזורי גזירה . תוצאות C1 1200 y = 591700x - 5962.4 800 4th Unload Eu = 592 MPa y = 578908x - 3489.5 600 Eu = 579 MPa 400 200 C1 )normal stress (kPa 5th Unload 1000 0 0.014 400 0.012 0.01 0.008 Unload rd 3 Eu = 314 MPa Unload cd 250 2 y = 287211x - 3154.5 200 150 Eu = 287 MPa st 100 1 Unload y = 112495x - 649.55 50 Eu = 112 )normal stress (kPa y = 313801x - 4589.7 תרשים :43מודול אלסטיות של דגם קרקע מטיפוס SCלאחר חמישה מחזורי לחיצה ופריקה נורמלית. C1 250 6th Unload Load 0 0.018 0.016 0.014 0.012 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 0.002 axial strain 350 300 0.006 0.004 0 200 0 axial strain Eu = 704 MPa 150 תרשים :42מודול אלסטיות של דגם קרקע מטיפוס ,SCלאחר שלושה מחזורי לחיצה ופריקה נורמלית 100 50 0 0.0045 0.004 0.0035 0.003 0.0025 0.002 0.0015 0.001 0.0005 0 axial strain תרשים :44מודול אלסטיות של דגם קרקע מטיפוס SCלאחר שישה מחזורי לחיצה ופריקה נורמלית )normal stress (kPa y = 704759x - 2718.4 תוצאות *תחת מאמצים נורמלים שונים מתקבלים ערכי מודול אלסטיות שונים עבור שני טיפוסי הקרקע. 800 700 600 SP-SC 400 SP-SM 300 )Eu (MPa *העמסה חוזרת של דגם הקרקע מביאה לעלייה בערך מודול האלסטיות שלו עם העלייה במספר מחזורי העמסה נורמלית. 500 200 100 0 1200 800 1000 400 600 0 200 )σ n (kPa תרשים :45פיזור ערכי מודול אלסטיות עבור שני טיפוסי הקרקע תחת מאמצים נורמלים שונים. 800 C1, 704 700 C1, 592 600 C1, 579 C1 S8 400 S9 C1, 319 300 C1, 290 )Eu (MPa 500 200 S8, 164 C1, 113 S9, 131 100 0 7 6 5 4 3 2 1 0 unload cycles תרשים :46השינוי בערכי מודול אלסטיות של דגמי הקרקע לאחר מספר מחזורי פריקה ).(Unload תוצאות תחת מאמצי לחיצהSM התנהגות קרקע מטיפוס P’p = 240 kPa, OCR = 3.9 ; 220 kPa מאמץ נורמלי אפקטיבי של 0.575 S10 P’p = 190 kPa, OCR = 3.6 : 207 kPa מאמץ נורמל אפקטיבי של Reconsolidation void ratio 0.565 0.56 0.555 Virgin Compression 0.55 void ratio 0.57 0.545 0.54 1 10 100 0.572 0.57 0.568 0.566 0.564 0.562 0.56 0.558 0.556 0.554 0.552 0.55 1 1000 10 100 1000 effective normal stress (kPa) effective normal stress (kPa) P’p =210 kPa, OCR = 3.98 : 517 kPa מאמץ נורמלי אפקטיבי של SP-SM S11 0.58 0.572 0.57 0.568 0.566 0.564 0.562 0.56 0.558 0.556 0.554 0.552 0.55 0.57 0.56 void ratio void ratio S12 S1O 0.55 S11 0.54 S12 0.53 0.52 0.1 1 10 100 effective normal stress (kPa) 1000 0.51 0.1 1 10 100 1000 effective normal stress (kPa) . השינוי במנת החללים תחת מאמצים נורמלים אפקטיביים משתנים:SM עקומות דחיסה אופייניות לקרקע מטיפוס:47 תרשים תוצאות התנהגות קרקע מטיפוס SCתחת מאמצי לחיצה C5 C2 מאמץ נורמלי אפקטיבי של P’p = 35 kPa , OCR = 0.4 : 172 kPa מאמץ נורמלי אפקטיבי של P’p = 80 kPa , OCR = 0.56:136 kPa 0.807 0.807 0.8065 0.8065 0.8055 0.805 void ratio 0.806 0.806 0.8055 0.805 0.8045 0.8045 0.804 0.804 0.8035 1000 10 100 1 1000 0.1 )effective normal stress (kPa 1 0.1 מאמץ נורמלי אפקטיבי של P’p = 50 kPa , OCR = 0.35 : 207 kPa 0.81 0.805 0.8 void ratio 100 1 0.795 0.79 0.785 0.78 0.775 1000 100 10 1 0.1 )effective normal stress (kPa תרשים :48עקומות דחיסה אופייניות לקרקע מטיפוס :SCהשינוי במנת החללים תחת מאמצים נורמלים אפקטיביים משתנים. void ratio 0.808 0.807 0.806 0.805 0.804 0.803 0.802 0.801 0.8 0.799 0.798 1000 C3 מאמץ נורמלי אפקטיבי של P’p = 200 kPa , OCR = 2.3 :414 kPa 10 100 10 0.1 )effective normal stress (kPa )effective normal stress (kPa C6 void ratio 0.8075 0.8075 תוצאות התנהגות קרקע מטיפוס SCתחת מאמצי לחיצה C1 0.81 I 0.805 0.8 III 0.795 IV 0.79 V 0.785 10000 1000 100 10 1 0.1 )effective normal stress (kPa תרשים :49עקומת דחיסה מחזורית של דגם קרקע מטיפוס SCתחת מאמצים נורמלים אפקטיביים גדלים: מחזור ראשון ,138 kPaמחזור שני , 276 kPaמחזור שלישי ,414 kPaמחזור רביעי ,690 kPa מחזור חמישי ואחרון .1 MPa v oid ra tio II השוואה בין פרמטרים אלסטיים דינמיים וסטטיים מבדיקות שדה ובדיקות מעבדה. Static Lab (shear load )frame ----- 90 - 164 21 – 64 ------ Dynamic PMT )(pressuremeter * בחישוב פרמטרים אלסטיים מבדיקות פרסיומטר הונח ערך ) n = 0.33לפי גורוצקי (2002, Seismic wave velocity B3 B5 0.33 0.33 B2 0.33 L2 L3 ------ 0.23 L1 0.32 28 72.6 ------ 848935 513 10.5 23 27.3 ------ 334380 194173 61.5 0.33 0.33 0.33 - L1,2,3שכבות הקרקע לפי חלוקה למהירויות סייסמיות )יזרסקי (2004 , - B 2,3,5קידוחים בהם נערכו בדיקות פרסיומטר Soil Type Parameter ν E (MPa ))(MPa )G (MPa )MPa ν 0.19 ------ ------- ------ 707------- 776 ------ 297------- 326 )E (MPa 113 ------ 93.4 110 41.6 35 48.2 18.1 SPSP-SM G (MPa ))(MPa SP-SC סיכום ומסקנות במחקר זה נלמדו התכונות וההתנהגות המכנית של שני טיפוסי קרקע שנמצאו בחתך של אזור המחקר בכרם שלום – אמיתי באמצעות בדיקות שדה ובדיקות מעבדה . בבדיקות אלו אופיינה ההתנהגות המכנית של הקרקע תחת מאמצי לחיצה ,גזירה וגזירה מחזורית מונוטונית. כמו כן אופיינו הפרמטרים האלסטיים הדינמיים והסטטיים של שני טיפוסי הקרקע הנחקרים ונערכה השוואה בין תוצאות הבדיקות השונות. להלן המסקנות העולות ממחקר זה : מסקנות: .1חתך הקרקע באזור המחקר )עד לעומק של 20מ'( בנוי משכבות של חול סילטי ) ,(SMחול חרסיתי המכיל תלכידי קרבונט ) (SCועדשות חרסית חולית ).(CL .3חוזק הגזירה של הקרקע מטיפוס SMמאופיין על ידי מעטפת כשל לינארית ,זווית החיכוך הפנימית φ = 32oוהקוהזיה ) (cאפסית .חוזק הגזירה של הקרקע מטיפוס SCהוא כ – 400 kPaעבור טווח ערכים של מאמץ נורמלי בין .138 – 414 kPa .4קיים הבדל של סדר גודל בין הפרמטרים האלסטיים הדינמיים והפרמטרים האלסטיים הסטטיים )ע"פ טבלה(. .5הקרקע מטיפוס SMלא נוטה לפתח דגרדציה של מודול הגזירה תחת גזירה מחזורית בתנאים מנוקזים כל עוד יחס המאמצים המחזורי ) (τ/σnקטן ממקדם החיכוך של קרקע זו ).(0.6 .2הקרקע באזור המחקר דחוסה נורמלית עד טרום – דחוסה כנראה עקב שינויים בתכולת הרטיבות של הקרקע בשל מחזורי הרטבה וייבוש. למנחה העבודה פרופ' יוסי חצור איליה ווינשטיין רוני קמאי – לוי שלומי מנור לחבר השופטים על השיפוט וההקשבה... תודות !
© Copyright 2024