Konsolideringsprocess för deformation av jordar
När en jordmassa är stressad, deformerar den. Deformation kan antingen vara i form av förvrängning eller en volymförändring av jordmassan. Liksom i en naturlig deponering är markmassan begränsad på alla sidor, därmed förändring av form, dvs jordförvrängning är inte möjlig. Den enda möjligheten är volymförändringen, dvs komprimering av marken.
Vid lastning komprimeras en jord på grund av:
(i) Komprimering av fasta korn
(ii) Komprimering av porvatten och luft
(iii) Utsläpp av vatten och luft från jordmassans tomrum. Under typiska teknikbelastningar, komprimeringen av fasta material och häll vatten i försumbar.
Därför bidrar kompressionen för luft och utstötningen av luft och vatten från hålrummen mest av volymförändringen av den laddade jorden. Dessa volymförändringar kan föras ut av två separata processer. Komprimering och konsolidering.
kompaktering:
Komprimering är den process i vilken jordpartiklarna packas närmare varandra mekaniskt, dvs dynamisk belastning som rullning, täppning och vibration etc. Det uppnås genom minskning av luftrummet. Det finns liten eller ingen minskning av vattenhalten.
Konsolidering:
Konsolidering är processen där jordpartiklarna packas närmare under en tidsperiod under applicering av fortsatt tryck, dvs statisk belastning. Det uppnås huvudsakligen genom gradvis dränering av vatten från markens porer. Konsolidering sker till mättade eller nästan mättade leror eller andra jordar med låg permeabilitet.
Konsolideringstest:
För att förutsäga konsolideringsuppgörelse i mark måste vi känna spänningsbelastningsegenskaperna (dvs. förhållandet mellan det effektiva trycket och tomrummet) i jorden. Detta innebär normalt att jordprovet laddas i laboratoriet till en rad laster och mäter motsvarande bosättningar. Detta test är känt som konsolideringstest. Testapparaten heter consolidometer.
Figur 6.1 (a) och (b) visar inställning av fast ringtyp och flytande ringtypskonometer. I den fasta ringtypen tillåts endast den övre porösa stenen att röra sig nedåt, medan den övre och nedre porösa stenen i rörlig ringtyp är fri att röra sig. Provets permeabilitet vid vilken laddning som helst kan mätas endast i den fasta ringtypen. Kompressionen av provet mäts med hjälp av en vridmätare monterad på lastkåpan. Provet får konsolideras under ett antal steg av vertikalt tryck, såsom 0, 1, 0, 2, 0, 5, 1, 2, 4, 8 och 10 kg / cm2.
Valet av vertikalt tryck beror huvudsakligen på det förväntade trycket på platsen, inklusive överbelastningstryck. Ett enhetligt belastningsförhållande (LIR) för enhet används i konventionell testning. LIR av enhet betyder att belastningen fördubblas varje gång. Varje trycksteg hålls under 24 timmar. Provet konsolideras med fri dränering som uppstår från topp- och bottenytor. Dial mätavläsningar noteras vid 30 sek, 1, 2, 4, 8, 15, 30 min, 1 h, 2, 4, 8 och 24 h.
När konsolidering under det slutliga trycket är färdigt lossas provet och får svälla. Resultaten presenteras i ett halvloggpapper med applicerat tryck på loggskala vid abscissa och motsvarande tomrumsförhållande som ordinat på linjär skala. Hålrumsförhållandet som motsvarar varje applicerat LIR definieras som trycket kan beräknas från mätmätarnas mätvärden och provets torrvikt tas vid slutet av testet.
Bestämning av rastförhållande med torrviktmetod:
Denna metod är tillämplig på både mättade och delvis mättade exemplar.
Låt M s = provmassans torra massa vid slutet av provet
A = Provets yta
G = Sp. tyngdkraften av jorden
Därefter beräknas den ekvivalenta tjockleken av fast fast substans 'H S ' enligt följande:
Kompressionskurvor som kan erhållas från ett konsolideringstest utfört på ett lerprov visas i figur 6.3.
Efter konsolidering av provet upp till tryckpunkt Q tillåts provet att expandera genom tryckminskningar. Under expansionen återgår aldrig provet till sin ursprungliga volym på grund av någon permanent kompression. Vid återladdning erhålls återkomprimeringskurva RS.
När det tidigare trycket som motsvarar punkten 0 uppnås, har återkomprimeringskurvan ett något lägre tomrumsförhållande. Testet fortsätter genom att öka trycket ytterligare, den resulterande kurvan är mer eller mindre förlängningen av den initiala delen PQ. Figur 6.3 (b) visar diagrammet av effektivt tryck mot tomrumsförhållande på halvloggpapper. De raka portionerna P 1 Q 1 och S 1 T 1 på vardera sidan av O 1 betecknas som jomfrukomprimeringskurvan.
Kompressibilitetskoefficient:
Kompressibilitetskoefficienten 'a V ' definieras som minskningen av tomrumsförhållandet per enhet ökning i tryck.
där e 0 och e är tomrumsförhållandena vid början och slutet av konsolideringen under tryckökningen A '. Det negativa tecknet indikerar att e minskar när σ ökar.
Volymkompressibilitetskoefficient (m V )
[Volymförändringsvolymen]
Volymförändringen är volymförändringen av en jord per enhet av den ursprungliga volymen per enhetens ökning i trycket. Enheten av m v är samma som en v
När jorden är i sidled begränsad, är volymförändringen proportionell mot förändring i tjocklek ΔH och initialvolymen är proportionell mot initialtjockleken H 0 . Därför är eqn. (i) blir
mv = ΔH / H 0-1 / Aσ
Förändring i tjocklek, ΔH på grund av tryckökningen ges av
ΔH = - m v H oAσ
Kompressionsindex ( cc )
Det är lutningen av den linjära delen av e vs log σ-kurvan och är dimensionslös.
För den linjära delen av kurvan:
Konsolideringskoefficient:
Det är förhållandet mellan permeabilitetskoefficienten och produkten av volymförändringskoefficienten med enhetsvikt av vatten. Den betecknas som cv = K / m v y w
där K = permeabilitetskoefficienten
γw = enhetens vikt av vatten
C v = konsolideringskoefficient
m V = volymförändringskoefficient
Konsolideringskoefficienten är en indikation på den kombinerade effekten av kompressibilitet och permeabilitet hos jord på volymen av volymen.
Konsolideringskoefficienten kan också beräknas utifrån förhållandet som anges nedan.
Tv = c v t / d 2
där T v = Tidsfaktor som är en funktion av konsolideringsgraden
t = Tid som tas för konsolidering
d = Dräneringsväg, för dubbelt dräneringsförhållande d = H / 2
Eftersom Tv är konstant för en viss grad av konsolidering och givna gränsvillkor för det ifrågavarande problemet, är den tid som krävs för att uppnå en viss grad av konsolidering "U" direkt proportionell mot kvadraten av dess dräneringsväg och omvänt proportionell mot koefficienten för konsolidering. För en given jord vid ett givet tomrum ökar c v med ökande magnitud av konsolideringstrycket.
Konsolidering av ostörd jord:
Beroende på konsolideringshistoriken kan jordavlagringar delas in i tre klasser:
(i) Förkonsolidering av mark eller överkonsolideringsjord.
(ii) Normalt konsoliderad jord.
iii) Under konsoliderad jord.
(1) Förkonsoliderad jord:
En lera sägs vara förkonsoliderad om den alltid har utsatts för ett tryck som är större än det nuvarande överbelastnings-trycket.
En jord kan ha förkonsolideras av den strukturella lasten som inte längre existerar nu eller av vikten av ett is som har smält bort.
(ii) Normalt konsoliderad jord:
Marken som aldrig har utsatts för ett effektivt tryck som är större än det nuvarande överbelastningstrycket kallas normalt konsoliderad jord. Marken är fullständigt konsoliderad av det befintliga överbelastningstrycket.
iii) Under konsoliderad jord:
Marken som inte är fullständigt konsoliderad av det nuvarande överbelastningstrycket kallas under konsoliderad jord.
Över konsolideringsförhållande (OCR):
Det är förhållandet mellan förkonsolideringstrycket och det aktuella effektiva överbelastningstrycket.
OCR = Förkonsolideringstryck / Nuvarande överbelastningstryck
OCR> 1, indikerar en normalt konsoliderad lera.
Och OCR> 1, indikerar en överkonsoliderad lera
Faktorer som påverkar konsolidering:
De faktorer som påverkar konsolideringen är:
(a) Tjocklek av lerskikt
(b) Antal avloppsbana
(c) permeabilitetskoefficienten
(d) Konsolideringskoefficient
(e) Koncentrationstryckets storlek och sättet för dess fördelning över skiktets tjocklek.
(f) Tidfaktor
(a) Tjocklek av lera lager:
Om tjockleken är mer kommer konsolideringen av skiktet att vara mer beroende på självöverbelastningstryck.
(b) Antal avloppsbana:
Dräneringsbanan representerar det maximala avstånd som vattenpartiklarna måste resa för att nå det fria dräneringsskiktet. Om dräneringsbanan är större än vattendistans avstånd är minskad proportionalitet och i sin tur kommer vattnet att komma ut ur markskiktet och orsaka konsolidering. Därför mer dräneringsbanan, desto mer kommer konsolideringen.
c) permeabilitetskoefficient:
Om jordens permeabilitetskoefficient är mer, kommer vattnet lättare att komma ur marken och därigenom blir konsolideringen mer.
(d) Konsolideringskoefficient:
Konsolideringskoefficienten är direkt proportionell mot konsolideringsgraden och följaktligen om konsolideringskoefficienten är mer kommer konsolideringen av marken att bli mer.
(e) Koncentrationstryckets storlek och fördelning:
Konsolidering av marken påverkas starkt av det konsoliderade trycket och dess fördelning. Om konsolideringstrycket är mer och det är jämnt fördelat över området kommer konsolideringen att bli mer.
(f) Tidfaktor:
Av jämförelsekvationen, tv = C v t / d 2, klargörs att konsolideringskoefficienten (Cv) är direkt proportionell mot tidsfaktorn (T V ). Om tidsfaktorn är mer konsolidering blir mer.
Total Avräkning:
Den totala komprimeringen av ett mättat jordskikt över en lång tidsperiod under statisk belastning kallas total bosättning. Det betecknas av S.
S = S i + S c + S s
S i = omedelbar avveckling
Sc = konsolideringsavräkning eller primäravräkning
Ss = sekundär avräkning
Omedelbar bosättning:
Det är den del av bosättningen som inträffar omedelbart efter belastning. Det beror främst på omedelbar komprimering av jordskiktet under otränat tillstånd. Omedelbar uppgörelse är mycket liten jämfört med primäravräkning.
Konsolideringsuppgörelse vid primärförlikning:
Det är den del av bosättningen där det finns utstötning av porvatten från tomrumsrör. Denna process medför en minskning av volymen av hålrum.
Konsolideringsuppgörelse Sc kan beräknas enligt någon av följande metoder:
(i) Baserat på volymförändringskoefficienten m v
Den nedåtriktade rörelsen av det konsoliderande lagets yta kallas konsolideringsuppgörelse. Denna rörelse beror på minskning av volymen av en mättad jordmassa under den applicerade belastningen.
Sekundär förlikning:
Det beror på partikelreorientering, krypning och sönderdelning av organiska material. Det kräver inte utvisande av porvatten. Sekundär bosättning är försumbar i sanden och gravlar, men kan vara betydande i mycket plastiska leror, organiska jordar och sanitetsfyllor.
Uniform Settlement:
Om jordmassan under en struktur komprimeras enhetligt hela tiden, är uppgörelsen av strukturen enhetlig. Det kallas likformig bosättning. Fast linjediagram (Bild 6.6) visar tillståndet för konstruktionen före avveckling och streckad linje visar tillstånd efter avveckling.
Om en struktur har en stift grund, genomgår den enhetlig avräkning.
Differensiella avräkning:
Figur 6.8 visar en trycklampa med perfekt flexibelt belastat område med bredd B. Värdet av inducerad vertikal spänning under mittlinjen i ett laddat område är alltid större än dess värde vid samma djup under kanten av det belastade området. På grund av denna skillnad av inducerad stress är avvecklingen mer i centrum än vid kanten.
Eftersom förlikningen är ojämn kallas det för differensavräkning. Differensiell avräkning är skillnaden i avveckling mellan två stiftelser eller mellan två punkter i en enda stiftelse. Det beror främst på ojämnheter i jorden, skillnader i strukturbelastningar etc.
Avräkningskurs:
Avvecklingsgrad är den tid då en viss procentandel av den totala avräkningen inträffar.
Avvecklingsnivån beror på följande faktorer:
(i) Tjocklek på markskiktet
ii) permeabilitet av jord
(iii) Antal avloppsytor
(iv) Storlek på applicerad belastning.
Avräkningskursen kan beräknas med hjälp av formeln
(i) T = C vt / h 2
där T = tidsfaktor
C v = konsolideringskoefficient
h = längden på den längsta dräneringsbanan
Förlikning till följd av anläggningsoperationer och sänkning av vattenbordet:
Grävning av jord inducerar rörelse av omgivande jord mot utgrävningen vilket medför att jordytan ligger i närheten av utgrävningen. Förlikning kan inträffa nästan dubbelt djupet av utgrävning kring öppna utgrävningar. Under tunneln kan upplösning av markytan över tunneln uppträda. Grunderna för de strukturer som finns i den drabbade zonen kan flytta som resulterar i lutning av strukturerna eller bildandet av sprickor i strukturerna.
För att minimera skador på intilliggande strukturer väljer den geotektoniska ingenjören en metod för utgrävning som minimerar markrörelsen. Före tunneln transporteras grundskyddsåtgärder i form av jordning av marken vilket minimerar markens inre rörelse under tunneln och minskar ytutjämningen.
Lösa, mättade och grovkorniga jordar komprimeras av vibrationer som produceras under byggnadsoperationer, vilket resulterar i märkbar nedgång av markytan. Huvudkällan för konstruktionsvibrationer är pålkörning, mekanisk grävning, explosiv rivning etc. Till sist har skyddsåtgärder baserats på vibrationsinducerad topppartikelhastighet och dess förfall med avstånd från källan. Mer rationella riktlinjer utvecklas nu.
Sänkning av vattenbordet ökar jordens effektiva aggregatvikt ursprungligen under vattentabellen, vilket kan leda till avsevärd avveckling både i avvattnad zon och i marken nedan. Denna ökning av effektivt tryck orsakar avveckling i lös sand. I lerajord kommer ökningen av effektivt tryck att orsaka stor bosättning eftersom lera är mycket komprimerbar.
böljande:
Jordens uppåtriktade rörelse kallas heaving. Höjproblem uppstår när jorden expanderar på grund av minskning av begränsande tryck eller ökning av vattenhalten. Hög grad av heaving karakteristiska observeras i expansiva markar. Heave problem är särskilt vanligt i torra regioner. I sådana områden strömmar torr och krympa under det torra vädret och expandera när fukt blir tillgängligt.
I områden där marken utsätts för frysning, är det uppåtgående rörelse i marken på grund av bildandet av underjordisk is och detta fenomen kallas frosthöjning.
Frosthäftning beror huvudsakligen på följande orsaker:
(i) När marken fryser, ökar vattnet omkring 9 volymprocent och marken expanderar 4 volymprocent. Sådana hävdar är ganska likformiga och orsakar relativt liten skada.
ii) Om grundvattentabellen är hög kan kapillärverkan dra vatten upp till den frusna zonen där den bildar islinjer som visas i figur 6.11. Denna mekanism kan flytta stora mängder vatten och kan producera markytor som överstiger 12 tum eller mer. Sådana hävdar är mycket oregelbundna och kan orsaka omfattande skador på byggnadsverk.
Höjproblem är vanligtvis förknippade med ljuskonstruktioner som små byggnader, vägbeläggningar, damm, spillbanor etc.
Krypa:
Creep är långsam och långsiktig rörelse av mark i branta backar. Förflyttningen är vanligen i storleksordningen millimeter per år. Det uppstår på grund av gravitationen inducerad nedförskjutningsbelastning, frostverkan, expansion och sammandragning av leror. Om skjuvspänningen i ler överstiger ca 70% av skjuvhållfastheten börjar långsam skjuvrörelse eller krypning inträffa.
Vissa leror uppvisar signifikant kryp om skjuvspänningen överstiger ca 50% av skjuvhållfastheten. Krypa sträcker sig till djup på 0, 3 till 3 m, med de maximala förskjutningarna som uppstår på markytan. På kort sikt är effekten av kryp i strukturer obetydlig, men på lång sikt kan creep producera betydande snedvridningar i strukturer grundade på sådana markar. På grund av kryp går jorden nedåt och producerar ett material som är sämre än förälderns jord. Detta krypbeteende är en av anledningarna till att högre säkerhetsfaktor krävs i lerjorden.
