Kompendium med räkneövningsuppgifter: ”Introduktion till geotekniken jämte byggnadsgeologin, jordmaterialläran och jordmekaniken” A. Introduktion B. Byggnadsgeologi behandlar jord- och bergarters förekomst och bildning. C. Jordmateriallära behandlar jords kemi, fysik och struktur. D. Jordmekanik behandlar jords mekaniska egenskaper. E. Geoteknik behandlar jords och bergs tekniska egenskaper, och användning av jord och berg i konstruktioner och anläggningar. Del D: Jordmekanik Kap 9. Spännings- och deformationstillstånd i jord (torr jord) Kap 10. Spänningstillstånd i vattenmättad jord Kap 11. Kompression av jord Kap 12. Skjuvning av jord Kap 13. Brott i jord p 14. Odränerad skjuvning j g och odränerad skjuvhållfasthet j Kap 1 Några olika allmänna spänningstillstånd Generellt 3D spänningstillstånd Plana tillstånd (2D) Plan spänning Plan deformation Triaxiellt spänningstillstånd Triaxiellt geostatisk spänningstillstånd Generellt 3D spänningstillstånd ( Tryck positivt! ) X Y Z ( Nedåt! ) Definieras av 6 tal: De 6 spänningskomponenterna σx, σy, σz, τxy (=τyx), τyz (=τzy) och τzx (=τxz) alternativt huvudspänningarna σ1, σ2, σ3 och deras orientering, som ges av φx, φy och φz 2 Plana tillstånd (2D) X Y Z Plan spänning: σy = τyz = τyx =0 Plan deformation (töjning): εy = γyx = γ yz =0 Triaxiellt spänningstillstånd X σ z = σ a= σ 1 Y Z σ x = σ r= =σ2 = σ3 • Huvudspänningarna i x, y och z-riktningarna. • σx = σy ((= σr) • Skjuvspänningarna τxz = τxz = τyz = 0 σ y = σ r= =σ2 = σ3 3 Triaxiellt geostatisk spänningstillstånd (spänningar under plan mark orsakade av jordens egentyngd) Markyta X Y Z σz = Z ∑ γ i Δz i *) σz jordlager σ x = σ y = K0 σ z **) där K0 är vilojordtryckskoefficienten K0 är normalt 0.5 – 0.8 σx Skjuvspänningarna τxz , τyz och τxy är noll *) Till σz kan adderas ev. fördelad last på markytan. **) Inverkan av ev. porvatten är inte beaktat i ekvationen. Exempel Hur stora är spänningarna i en jord 1.0 m under markytan? Gör en överslagsmässig beräkning av storleken av de 6 spänningskomponenterna! Antag vid beräkningen geostatiskt spänningstillstånd och gör något överslagsmässigt val av beräkningsförutsättningar (jordens tunghet och värde på vilojordtryckskoefficienten). 4 Krafter och medelspänning över en snittyta i ett torrt kornskelett Ett kornskelett Kraftöverföringen över porsnittytorna (dvs via luften) försummas. Ni Txi Y X X Z ) *) σ ′* = Normalspänningen: Skjuvspänningen: z **) ∑ Ni / A τ xz = ∑ Txi / A (= τ zx ) *) Prim betecknar ”effektivspänning”. Obs: tryckspänning positiv. **) Snittytan A är liten, men mycket större än kornen. Del D: Jordmekanik Kap 9. Spännings- och deformationstillstånd i torr jord Kap 10. Spänningstillstånd i vattenmättad jord Kap 11. Kompression av jord Kap 12. Skjuvning av jord Kap 13. 13 Brott i jord Kap 14. Odränerad skjuvning och odränerad skjuvhållfasthet 5 Krafter och medelspänning över en snittyta i vattenmättad jord Ett kornskelett Tryck i vattnet ger upphov till normalkrafter Niw över vattensnittytorna. Ni N iw Txi Y X Vattnet tar inte upp någon skjuvspänning. Hela skjuvspänningen bäres av kornskelettet. Jordens skjuvhållfasthet påverkas däremot av vattentrycket. Hur stor del av en total normalkraft, Ntot, bäres av kontaktkrafter mellan kornen respektive av vattentrycket ? En litet jordstycke med förenklad geometri studeras: Ntot Porvattentrycket y =u Kornen antages helt vätade, dvs A w = A Ni Ntot Ntot σ = N tot / A = ( ∑ N i + u A ) / A = σ ′ + u u σ =σ′+u Total normalspänning = effektiv normalspänning + porvattentrycket Gäller alla tre normalspänningskomponenterna. 6 Bestämning av porvattentrycket, u En brunn eller ett rör med öppna ändar Jorden ej vattenmättat Markytan hc betecknar jordens . kapillära stighöjd. hc Jorden vattenmättat Grundvattenytan, u=0 z Porvattentrycket på djupet z under GVY är u = z γw *) där γw ≈ 10 kN/m3 *) Stillastående vatten antages. Porvattentrycket, u Jorden ej vattenmättad Undertryck, dragspänning, (sug) i vattnet, u<0 . u hc , den kapillära stighöjden Jorden vattenmättad Grundvattenytan, u=0 u = z γw z=0 Tryck, tryckspänning i vattnet, u>0 z 7 Kapillära stighöjden, hc Jorden ej vattenmättad Sand: hc = 0.03-0.5 m Silt: hc = 0.3 0.3-12 12 m Lera: hc = 8 - - m . hc Jorden vattenmättad Grundvattenytan, u=0 Z Del D: Jordmekanik Kap 9. Spännings- och deformationstillstånd i jord (torr jord) Kap 10. Spänningstillstånd i vattenmättad jord *) Kap 11. Kompression av jord Kap 12. Skjuvning av jord Kap 13. Brott i jord p 14. Odränerad skjuvning j g och odränerad skjuvhållfasthet j Kap *) Kunskap om olika jordars kompressionsegenskaper behövs vid beräkning av sättningar i mark orsakade av last från t.ex en byggnad eller en vägbank. 8 Ödometer Triaxialapparat 9 Provning av jords egenskaper vid kompression Spännigen σ´a och töjningen εa registras vid hoptryckning av en jordcylinder. Triaxiellt spänningstillstånd Provning med ödometer : Töjningen εr = 0. Lasten ökas i steg eller kontinuerlig ökning av töjningen εa (”CRS-försök”).*) Provning med triaxialapparat : spänningen σ´r kan varieras fritt. Vid isotropt triaxialförsök *): CRS = Constant Rate of Strain är σ´r = σ´a Lera Töjning, εa Lera Tö öjning, εa S d Sand Spänning g, σ´a Spänning, σ´a Sand Typiska resultat från ödometerprovningar Obs! Spännings-töjningsbeteendet är progressivt: Styvheten ökar efterhand som materialet trycks ihop och dess porositet minskar. 10 Y = En häst ? Y En groda X X Beetende vid avlastning och återpålastning σ a′ A Kvarstående töjning efter avlastning = plastisk töjning, εap Under förloppen A-B och B-D är jorden normalkonsoliderad. normalkonsoliderad Under förloppet B-C-B är jorden överkonsoliderad med förkonsolideringstrycket = trycket vid B. C B εa D 11
© Copyright 2024