ANALIZA WYNIKÓW WYTRZYMAŁO ŚCI NA ŚCINANIE ......38 K. Chudy, K. Pawlak, Analiza wyników wytrzymało ści na ścinanie… Wst ęp Ze wzgl ędu na trójfazow ą budow ę gruntu

CUPRUM – Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud nr 1 (70) 2014, s. 37-48

________________________________________________________________________

37

ANALIZA WYNIKÓW WYTRZYMAŁO ŚCI NA ŚCINANIE GRUNTÓW SPOISTYCH Z REJONU OSTROWA

WIELKOPOLSKIEGO NA PODSTAWIE RÓ ŻNYCH METOD BADAWCZYCH

Krzysztof Chudy1), Katarzyna Pawlak 2)

1) KGHM CUPRUM sp. z o.o. – CBR, ul. gen. Wł. Sikorskiego 2-8, 53-659 Wrocław, e-mail: [email protected]

2) Absolwentka Geologii, Uniwersytet Wrocławski, Masłowo, ul. Śląska 61a, 63-900 Rawicz, e-mail: [email protected]

Streszczenie W pracy przedstawiono wyniki laboratoryjnych badań wytrzymałości gruntów spoistych na ścinanie z rejonu Ostrowa Wielkopolskiego, zaburzonych glacitektonicznie. Głównym celem pracy była praktyczna analiza związków parametrów wytrzymałościowych gruntów spoistych od właściwości fizycznych i programu badań oraz ocena zmienności wytrzyma-łości na ścinanie w obrębie danej populacji. Badania wykonano dla gruntów w stanie nie-naruszonym bezpośrednio w terenie oraz o naruszonej strukturze metodami laboratoryj-nymi, bez drenażu. Z punktu widzenia mechaniki gruntów, jako wskaźniki klasyfikacyjne zaproponowano: kształt formy, wielkości naprężeń normalnych oraz wartości wilgotności granicy płynności i stopnia plastyczności. Szczegółową analizę parametrów wytrzymało-ściowych zinterpretowano w odniesieniu do obowiązującej normy PN-81/B-03020.

Słowa kluczowe: wytrzymałość na ścinanie, zaburzenia glacitektoniczne, grunty spoiste, stopień plastyczności, kąt tarcia wewnętrznego, kohezja

PRELIMINARY STUDIES SHEAR STRENGTH OF COHESIVE SOILS IN THE OSTRÓW WIELKOPOLSKI REGION ON THE

BASIS OF VARIOUS RESEARCH METHODS Abstract The paper describes the results of laboratory investigations performed to explore shear strength of glaciotectonically disturbed cohesive soils obtained from the Ostrów Wielko-polski region. The main purpose of this study was to conduct a practice analysis of shear strength parameters of cohesive soils and a research program. This report is also an attempt to assess the variability of shear strength within one particular population. The research of undisturbed soil was conducted directly in the field, whereas the samples of disturbed soil were investigated in controlled laboratory without drainage enforcement. In terms of mechanical properties there were chosen following indicators for the classification: shape, total stress, magnitude of humidity for fluidity limit and degree of plasticity. The detailed analysis of the parameters was interpreted in regard to the current standards PN-81/B-03020.

Key words: shear strength, glacitectonically disturbed, cohesive soils, plasticity degree, angle of internal friction, cohesion

38 K. Chudy, K. Pawlak, Analiza wyników wytrzymałości na ścinanie… ________________________________________________________________________

Wstęp

Ze względu na trójfazową budowę gruntu spoistego, jego właściwości ulegają ciągłym zmianom np. na skutek zmian wilgotności czy też porowatości, czy na skutek konsolidacji [3]. W związku z tym wytrzymałość na ścinanie nie jest war-tością stałą, a ściśle powiązaną z genezą gruntu, grupą konsolidacji, jego sta-nem, wilgotnością, uziarnieniem i porowatością.

W programie badań skupiono się na poznaniu wytrzymałości maksymalnej charakterystycznej dla stanów: zwartego i półzwartego, często omijanych w nor-mach krajowych dla aparatu skrzynkowego.

W celu zapewnienia optymalnie zbliżonych warunków: wilgotności, uziarnie-nia, gęstości, porowatości itp., zdecydowano się świadomie zrezygnować z grun-tu o naturalnej strukturze [8] i wyrabiać pastę gruntową do każdego badania. Program badań pozwalał na określenie wpływu poszczególnych czynników na wytrzymałość gruntu spoistego na ścinanie.

Kolejne problemy badawcze rozwiązywano uwzględniając wcześniej ustalone wnioski i obserwacje, odpowiednio je systematyzując, by ograniczyć zakres ba-dań laboratoryjnych do najważniejszych i niezbędnych oraz móc podjąć próbę analizy uzyskanych wyników [8]. Program badań laboratoryjnych obejmował m.in.: analizę makroskopową gruntów, analizę granulometryczną, oznaczenie właściwości fizycznych i parametrów wytrzymałościowych badanych gruntów spoistych: mineralnych oraz organicznych, z naciskiem na wytrzymałość na ści-nanie τf.

1. Metodyka bada ń

Głównym celem pracy była praktyczna analiza związków parametrów wytrzy-małościowych gruntów spoistych (rejon Ostrowa Wielkopolskiego) od właściwo-ści fizycznych i programu badań oraz ocena zmienności wytrzymałości na ścina-nie w obrębie danej populacji.

Oznaczono podstawowe wskaźniki identyfikacyjne: wilgotność naturalną wn

metodą suszenia w temp. 105-110° oraz gęstość objętościową ρ przy pomocy pierścienia tnącego oraz ich pochodne: gęstość objętościową szkieletu mineral-nego ρd, porowatość n, wskaźnik porowatości e. Analizę granulometryczną wy-konano metodą kombinowaną: sedymentacyjną w pierwszym etapie (analiza pipetowa) oraz mechaniczną z pozostałości naważki (analiza sitowa). Wyzna-czono granice Atteberga: granicę plastyczności wp (metoda wałeczkowania) oraz granicę płynności wL (metoda penetrometru stożkowego), które pozwoliły określić podstawowe wskaźniki klasyfikacyjne gruntów spoistych: wskaźnik plastyczności Ip oraz stopień plastyczności IL i w rezultacie ocenić stan gruntów spoistych. Oznaczenie zawartości części organicznych Iom wykonano metodą Tiurina (utle-nianie za pomocą dwuchromianu potasu K2Cr207).

Badania wytrzymałości na ścinanie przeprowadzono w aparacie bezpośred-niego ścinania firmy MATEST S277-01, w skrzynkach kwadratowych i okrągłych, zalecanych przez PN-EN ISO [10, 11]: o wymiarach 60 × 60 mm i Ф 60 mm, z ramkami pośrednimi tworzącymi strefę ścinania o wysokości h = 25 mm i dwo-ma płytkami perforowanymi uszczelnionymi bibułą filtracyjną. Do badań wykorzy-stano materiał gruntowy pobrany do cylindrów o wymiarach Ф 70 mm × 97 mm podczas prac polowych. Reprezentatywne próbki pobrano w obrębie poligonów

K. Chudy, K. Pawlak, Analiza wyników wytrzymałości na ścinanie… ________________________________________________________________________

39

badawczych w Ostrowie Wlkp. z czterech głębokości dla ul. Spichrzowej – grunty spoiste mineralne i dwóch dla ul. Kaliskiej – grunty spoiste organiczne. Ścinania przeprowadzono na paście gruntowej NS, o modyfikowanej wilgotności i konsolidowanej 24h w celu rozproszenia nadciśnienia wody porowej pod przy-bliżonym naciskiem pionowym Q [kPa]:

− 197,6 kPa w aparacie skrzynkowym o wymiarach 60 × 60 × 25 mm. Przy ścinaniu stosowano obciążenie normalne σn o wielkości 54,48; 108,96; 163,44; 190,68; i 217,93 kPa.

− 200,1 kPa w aparacie skrzynkowym o wymiarach Ф 60 mm × h= 25 mm. Próbki przy ścinaniu poddawano obciążeniu normalnemu σn o wielkości 52,54; 113,83; 166,36; 192,63; i 218,90 kPa.

W teorii na skutek ścinania próbek gruntu o różnych kształtach, powinniśmy uzy-skiwać całkowicie przeciwstawne wyniki. Różnice w wynikach uzasadnia się odmiennymi rozkładami naprężeń stycznych i normalnych w wymuszonej po-wierzchni ścinania (rys. 1). Bardziej korzystne warunki zapewnia forma okrągła, gdzie rozkład w każdym punkcie pola jest równomierny. Prosta przechodząca przez punkty z odchyłką nie większą niż 10% od τf mogła być przyjęta za prostą Coulomba, opisaną równaniem: cxf +⋅= στ (1)

gdzie: σ - naprężenie normalne, „x” stanowi współczynnik kierunkowy prostej τf, a „c” jej przesunięcie na osi τf.

Forma: A) kwadratowa i B) okrągła: Q - obciążenie normalne [kg], σz - naprężenie normalne [kPa], τf- naprężenie ścinające [kPa], β - kąt padania siły normalnej [°], z - wysokość [cm], a - długość [cm],

r - promień [cm]

Rys. 1. Układ działających sił w poszczególnych formach: A - okrągłej, B - kwadratowej

(zmodyfikowano na podst. Siuta [13])


Sam kąt tarcia wewnętrznego Ф obliczano za pomocą funkcji cyklometrycznej: Ф = arc tg (x) (2)

W przeciwnym przypadku należało zastosować metodę najmniejszych kwadra-tów. Powolne ścinanie próbek skonsolidowanych dawało wartości zbliżone do

Φ i c [14, 9]. Dla każdej badanej próbki określono wilgotność w przed i po ba-daniu.

2. Właściwo ści fizyczne

Cały rejon Ostrowa Wlkp. zdominowany jest przez procesy i osady związane ze zlodowaceniem środkowopolskim, stadiału mazowiecko-podlaskiego (Warty), które leżą bezpośrednio na starszych osadach plejstoceńskich (gliny zwałowe), a także bezpośrednio na podłożu neogeńskim [4].

Gliny zwałowe stanowią 60-70% opisywanego terenu i tworzą kompleksy o kilkunastometrowych miąższościach i wychodniach w obrębie całego miasta. Tylko lokalne obniżenia zostały wypełnione osadami inetrglacjału emskiego: pia-skami, mułkami, iłami, torfami, gytiami jeziornymi [1].

Według obowiązującego podziału gruntów budowlanych [12], badane grunty klasyfikujemy w większości jako gliny zwięzłe. W składzie granulometrycznym (rys. 2) dominowała frakcja pyłowa, której średnia zawartość wynosiła 41,81%. Średnia zawartość frakcji piaskowej wynosiła ponad 33%, a iłowej 24,66% (tab. 1).

Rys. 2. Wykres uziarnienia gruntów


41

Tabela 1. Procentowa zawartość poszczególnych frakcji [%]

Gęstość objętościowa wynosiła średnio 2,1 g/cm3, a gęstość właściwa szkie-letu gruntowego 1,8 g/cm3 przy średniej wilgotności naturalnej 16%. Granica plastyczności wahała się w przedziale od 14 do 18%. Jej zmienność przedsta-wiono w tab. 2. Największą wartość odnotowano dla iłów z głębokości 1,3 m p.p.t. Wartość granicy płynności zmienia się w przedziale od 30 do 41% (najwyż-sza dla iłów, a najniższa dla glin zwięzłych z głębokości 0,8 m p.p.t.). Wartości stopnia plastyczności w większości są niższe lub równe 0 i odpowiadają konsy-stencji zwartej (spąg i strop profilu litologicznego).

W przypadku gruntów organicznych dominującą frakcją była frakcja piaszczy-sta (rys. 2), średnio 51,55% (glina piaszczysta). Grunty charakteryzują się typo-wa, niską: gęstością objętościową, gęstością objętościową szkieletu mineralne-go, porowatością oraz odpowiednio wysoką wilgotnością granicy plastyczności i płynności (tab. 2). Średnia zawartość substancji organicznej została określona w przedziale od 37,60 – 40,69%. Porównując zawartość pozostałości roślinnych, barwę torfu, wyciskanej wody oraz jej odsączonej ilości w stosunku do całkowitej masy zaklasyfikowano go jako torf amorficzny z dużą ilością humusu [7].

L.p. Procentowa zawarto ść frakcji [%] Nazwa gruntu wg

PN-86/B-02480 fp fπ fi

1 42,40 36,20 21,40 Glina zwięzła

2 42,40 36,10 21,50 Glina zwięzła

3 23,50 45,90 30,60 Ił

4 21,80 47,90 30,30 Ił

5 24,10 50,30 25,60 Glina pylasta zwięzła

6 27,70 46,70 25,60 Glina zwięzła

7 25,70 48,20 26,10 Glina zwięzła

8 24,60 48,80 26,60 Glina zwięzła

9 53,40 29,00 17,60 Glina piaszczysta (Torf)

10 49,70 29,00 21,30 Glina zwięzła (Torf)


Tabela 2. Własności fizyczne gruntów spoistych

3. Parametry wytrzymało ściowe

Procedura badawcza naśladuje monotoniczne obciążanie gruntu do momentu ścięcia jego struktury i osiągnięciu τmax, a dalszym etapie uzyskaniu τ10%, czyli do chwili osiągnięcia pewnej stałej wartości resztkowej przy kilkakrotnym ścinaniu [14].

Ze względu na duży rozrzut wytrzymałości na ścinanie [8], metodą najmniej-szych kwadratów ekstrapolowano proste średnich wytrzymałości na ścinanie dla wybranych zakresów naprężeń normalnych, dobranych w programie badań. Eks-trapolacja pozwoliła na wyznaczenie współczynnika dopasowania R2 oraz rów-nań prostych dla gruntów, przypisanym konkretnym przedziałom głębokościo-wym i przynależącym do danej grupy litologicznej.

Grunty pochodzenia organicznego charakteryzuje niska początkowa wytrzy-małość na ścinanie oraz duża odkształcalność. Analizy reakcji pomiędzy naprę-żeniami a odkształceniami wskazują także na ogromną rolę konsolidacji podczas obciążania gruntu [6]. W wyniku obciążania uruchamiany zostaje proces wymu-szonej pionowej filtracji, co powoduje zmniejszenie porowatości [5] i osiągnięcie odpowiednio niskiego wskaźnika porowatości, typowego w tym wypadku dla gruntów organicznych po zakończeniu konsolidacji. Średnie wartości parametrów wytrzymałościowych dla torfów z głębokości

0,7 - 1,3 m p. p.t. ścinanych w skrzynce kwadratowej wynoszą Ф=24,84° c=48,86 kPa, z kolei dla skrzynki okrągłej Ф=17,96° c=33,41 kPa (rys. 3).

Parametr Nazwa gruntu wg PN/86B-02480

Własno ści fizyczne gruntów

Glina zwięzła Ił Glina pylasta

zwięzła/glina zwięzła

Glina zwięzła

Glina pias z-czysta/ Glina

zwięzła (Torf)

wilgotność naturalna wn [%] 13 18 17 16 129

gęstość objętościowa ρ [g/cm3] 2,12 2,07 2,08 2,06 1,12

gęstość objętościowa szkieletu mineralnego ρd

[g/cm3] 1,88 1,75 1,78 1,78 0,49

porowatość n [-] 0,3 0,36 0,34 0,34 0,71 wskaźnik porowatości

e [-] 0,43 0,56 0,52 0,52 1,82

wilgotność granicy plastyczności wp [%]

14 18 17 17 122

wilgotność granicy płynności wL [%] 30 41 36 38 300

wskaźnik plastyczności Ip [%] 16 23 19 21 178

stopień plastyczności IL [-]

-0,06 0 0 -0,05 300

Iom [%] brak zawartości substancji organicznej 37,6 - 40,69

C [%] brak węgla organicznego 21,81 - 23,6


43

Rys. 3. Zależność maksymalnych naprężeń ścinających od naprężeń normalnych dla gruntów spoistych mineralnych: A – skrzynka kwadratowa, B – skrzynka okrągła

i organicznych: C – torf


Porównując poszczególne przedziały głębokościowe dla gruntów mineralnych (tab. 3) wynika, iż średnie wartości parametrów wytrzymałościowych dla glin zwięzłych z głębokości 0,8-1,0 m p. p.t., ścinanych w skrzynce kwadratowej wy-noszą Ф=16,69° c=9,97 kPa, dla skrzynki okrągłej Ф=23,29° c=32,03 kPa. Dla iłów z głębokości 1,0-1,3 m p.p.t. ścinanych w skrzynce kwadratowej uzyskano Ф=8,11° c=24,26 kPa, a dla skrzynki okrągłej Ф=23,02° c=21,92 kPa. Parametry wytrzymałościowe glin pylastych zwięzłych/glin zwięzłych z przedziału głęboko-ściowego 1,3-1,5 m p.p.t. ścinanych w skrzynce kwadratowej wynoszą Ф=12,69° c=21,67 kPa, z kolei dla skrzynki okrągłej Ф=24,64° c=37,42 kPa. Dla glin zwię-złych z głębokości 1,5-1,8 m p.p.t. ścinanych w skrzynce kwadratowej otrzymano wartości Ф=12,65° c=3,89 kPa, z kolei dla skrzynki okrągłej Ф=29,38° c=28,60 kPa. Najbardziej zbliżone, przesunięte symetrycznie proste rozkładu występują dla warstw środkowych (iłów i glin pylastych zwięzłych), których śred-nie wilgotności są takie same 18%.

Tabela 3. Różnicowy rozkład parametrów wytrzymałościowych –

kątów tarcia wewnętrznego Ф i kohezji c

Różnica [%] Litologia PN-86/

B-02480

Głębokość [m p.p.t.]

φ [°] c [kPa]

kwadratowa okrągła kwadratowa okrągła

< 20 Gz 0,8 – 1,0 16,69 23,29 9,97 32,03 20 – 40 I 1,0 – 1,3 8,11 23,02 24,26 21,92 40 – 60 Gπz/Gz 1,3 -1,5 12,69 24,64 21,67 37,42

> 60 Gz 1,5 – 1,8 12,65 29,38 3,89 28,60

Bardzo dobrze widoczne są zależności, pomiędzy poszczególnymi obciąże-

niami (rys. 3). W przypadku form kwadratowych, największy rozrzut wyników wytrzymałości na ścinanie występuje przy większych obciążeniach normalnych, rzędu ponad 200 kPa, a najbardziej równomierny jest przy najniższym obciąże-niu ok. 50 kPa. Ścinanie w formach okrągłych pokazało sytuację odmienną. Naj-większą zgodność uzyskano przeciwnie, przy dużych obciążeniach, a różnorod-ność przy małych. We wszystkich przypadkach parametry wytrzymałościowe otrzymane przy użyciu formy okrągłej są o blisko 50% wyższe [8] od wyników uzyskanych metodą tradycyjną. Pewien wyjątek stanowi jedynie spójność iłu, która różni się zaledwie o 2,7 kPa.

W formie tabelarycznej przedstawiono uśrednione rozkłady różnicowe para-metrów wytrzymałościowych w zależności od stosowanej metody badawczej i wydzielonych 4 klas zmienności (tab. 3). Największa zmienność widoczna jest dla glin zwięzłych, zarówno dla wielkości kąta wewnętrznego i wymiaru kohezji. Zmienność tą można tłumaczyć licznymi przewarstwienia ilastymi, zaburzającymi proporcje uziarnienia pasty. Najmniejszą zmienność kohezji w obrębie całej po-pulacji wykazują iły, różnica wynosi wtedy zaledwie 11%. W przypadku kąta tar-cia wewnętrznego najbardziej zbliżone wyniki wykazują gliny zwięzłe z większą zawartością frakcji piaskowej, różnice wynoszą wówczas 28%.

Aby precyzyjnie ocenić parametry mechaniczne gruntów, nie wystarczy podać tylko ich uśrednione wyniki, należy także przeanalizować ich przedziały wielko-ściowe [8]. Uzyskane przedziały wynikowe przedstawia tabela (tab. 4). Widoczna jest duża różnica pomiędzy gruntami zwięzło i bardzo spoistymi. W przypadku gruntów zwięzło spoistych ścięcie występowało często od razu, bez wzbudzania


45

większych naprężeń ścinających (tab. 4, rys. 4). Ich zakres jest także znacznie szerszy, co można tłumaczyć większą predyspozycją do tracenia wilgotności, która niewątpliwie wpływa na parametry wytrzymałościowe (rys. 5, rys. 6). Efekt „kruchego” ścięcia próbki, po którym następował poślizg wzdłuż wymuszonej powierzchni zniszczenia, zachodził najczęściej dla glin zwięzłych z większą za-wartością frakcji piaszczystej. Nasilał go także stan, w jakim grunt znajdował się podczas ścięcia, w większości zwarty i półzwarty. Wyraźny efekt, w postaci „ostrego piku”, był w szczególności widoczny przy wyższych stanach naprężeń normalnych i częstszy o wiele bardziej dla form kwadratowych. Przy niskich war-tościach naprężeń normalnych rzędu około 50 kPa, niszczenie miało często cha-rakter plastyczny, przy przesunięciu skrzynki bliskim 6 mm εi=10% przesuwu. Zauważa się wyraźną zależność pomiędzy wielkością naprężeń ścinających i przyłożonym obciążeniem normalnym. Dla naprężeń normalnych 160 kPa, war-tości τmax zawierają się w przedziale 100 – 200 kPa dla całej badanej populacji. W zakresie o wiele niższych naprężeń normalnych, przedział wielkościowy nie jest już tak szeroki, dla porównania τf 8 – 39 kPa przy σn 50 kPa.

Tabela 4. Zestawienie przedziałów wytrzymałościowych τf [kPa]

Lokalizacja Spichrzowa Litologia Glina zwięzła Ił Glina pylasta zwięzła

Wartości Aparat

skrzynkowy k

Aparat skrzynkowy

ok.

Aparat skrzynkowy

k

Aparat skrzynkowy

ok.

Aparat skrzynkowy

k

Aparat skrzynkowy

ok. minimalne 8,33 27,86 23,88 33,57 11,11 24,64 mediana 36,11 110,00 41,67 79,92 49,86 111,97

maksymalne 91,94 196,07 71,11 130,71 110,28 130,72

Rys. 4. Zmienność wytrzymałości na ścinanie w zależności od kształtu formy: kwadratowej i okrągłej (Gz – glina zwięzła, I - ił, Gπz – glina pylasta zwięzła)

Wyznaczone korelacje (rys. 5) potwierdzają duży wpływ poszczególnych właści-wości fizycznych: wilgotności, wilgotności granicy płynności i kształtu formy (rys. 6)


na parametry wytrzymałościowe badanych gruntów [8]. Z zamieszczonych rysun-ków wynika, że dla skrzynki kwadratowej wraz ze wzrostem wilgotności kąt tarcia wewnętrznego maleje, a spójność rośnie, zwiększając tym samym wytrzymałość gruntów na ścinanie.

W przypadku form okrągłych sytuacja jest odwrotna: kąt tarcia wewnętrznego jest prawie stały (ustabilizowane ciśnienie wody w porach), a spójność spada. Sytuacja ta wymaga dalszych badań prowadzonych na większej populacji prób. Przypuszczalnie została przekroczona wytrzymałość na ścinanie gruntu w niektó-rych wypadkach, gdzie całkowite obciążenie normalne przenosił już tylko szkielet mineralny (górne wartości) przy oddawaniu wody związanej. Przyspieszyło to konsolidację i zwiększyło tarcie suwne cząstek budujących grunt.

Rys. 5. Porównanie wyników badań dla formy kwadratowej i okrągłej: sił ścinających (A),

wytrzymałości na ścinanie (B) od wilgotności oraz kątów tarcia wewnętrznego (C) i kohezji (D) od wilgotności granicy płynności

Wszystkie parametry wytrzymałościowe wyznaczone w skrzynce okrągłej są

znacznie wyższe od parametrów uzyskanych w formie kwadratowej [8]. Kształt formy ma szczególny wpływ na wytrzymałość na ścinanie, siłę ścinającą i spój-ność. Na kąt tarcia wewnętrznego wpływa wówczas, gdy jest to grunt o niskiej zawartości frakcji piaszczystej. Wyznaczone korelacje potwierdzają duży udział poszczególnych właściwości fizycznych, w tym wilgotności na parametry wytrzy-małościowe badanych gruntów (rys. 6). Wraz ze wzrostem wilgotności, a co za tym idzie wzrostem stopnia plastyczności, rośnie nieznacznie wytrzymałość na ści-nanie zarówno w formach kwadratowych i okrągłych. Kąt tarcia wewnętrznego


47

nieznacznie tylko maleje (dla skrzynki kwadratowej), a spójność jest prawie stała dla obu form. Ciężko jednak mówić o jednoznacznych, liniowych korelacjach [8].

Rys. 6. Porównanie wyników parametrów wytrzymałościowych w zależności od

zastosowanej formy dla wybranych gruntów: siły ścinającej (A), wytrzymałości na ścinanie (B), kątów tarcia wewnętrznego (C), kohezji (D)

Wyniki są bardzo rozproszone. Ma to związek prawdopodobnie ze zmianami strukturalnymi (rozrabianie pasty), stanem gruntu i niską zawartością wody wolnej.

Podsumowanie

Otrzymano bardzo duży rozrzut parametrów wytrzymałościowych w gruntach spoistych zaburzonych glacitektonicznie [8]. W przypadku aparatu skrzynkowe-go, okazuje się, że ogromne znaczenie ma kształt konsolidowanej, a w następ-nym etapie ścinanej powierzchni. Wyniki wytrzymałości na ścinanie dla form okrągłych, w zakresie małych odkształceń są średnio wyższe o 1,4-3,0 razy od form kwadratowych. W zakresie większych odkształceń są to wartości wyższe rzędu 2,0 razy. Różnice w wynikach uzasadnia się odmiennymi rozkładami na-prężeń stycznych i normalnych w wymuszonej powierzchni ścinania (rys.1). Bar-dziej korzystne warunki zapewnia forma okrągła, gdzie rozkład w każdym punk-cie pola jest równomierny.

Bardzo ciekawe zależności otrzymano przy korelacjach ze stopniem plastycz-ności. W formie kwadratowej zależności układały się standardowo: ze wzrostem plastyczności rosła spójność, a kohezja malała. W formach okrągłych sytuacja


była odwrotna, według Horn i Deere [2] w niespoistych gruntach i przesuszanych spoistych, wilgotność nie obniża już oporów tarcia, a przy małej zawartości wody i dużym zagęszczeniu, towarzyszącym konsolidacji powoduje wzrost tarcia i tym samym spadek spójności.

Obserwacje oraz analizy potwierdziły, że mineralne grunty spoiste z rejonu Ostrowa Wielkopolskiego są wyjątkowo złożonym materiałem gruntowym. Grunty te charakteryzuje stosunkowo mała wytrzymałość na ścinanie przy dużym stop-niu diagenezy i niewielka wilgotność naturalna, a rzeczywiste parametry wytrzy-małościowe są niższe w stosunku do tych, co podaje norma [8].

Bibliografia

[1] Gruszecki J., Kuliński M., Dusza A., Pasieczna A., Kozłowska O., (red.) Sikorska – Maykowska M., 2005, Objaśnienia do mapy geośrodowiskowej Polski 1: 50 000, Ar-kusz Ostrów Wlkp. (658), Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.

[2] Horn H., Deere M., 1962, Frictional characteristics of minerale, Geotechnique, no 4, p. 319 -335.

[3] Jastrzębska M., 2010, Badanie zachowania się gruntów spoistych poddanych obcią-żeniom cyklicznym w zakresie małych odkształceń, Wydawnictwo Politechniki Ślą-skiej, Gliwice.

[4] Król J., Lewczuk A., Dusza A., Pasieczna A., Wodyk K., (red.) Sikorska – Maykow-ska M., 2005, Objaśnienia do mapy geośrodowiskowej Polski 1: 50 000, Arkusz Raszków (620), Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.

[5] Meyer Z., Bednarek R., Kowalów M., 2008, Wpływ zmian parametrów gruntowych na szybkość konsolidacji torfu [w] Regionalne problemy ochrony środowiska. Geotech-nika w projektach regionalnych UE na obszarze estuariowym, XVI Seminarium Nau-kowe, Szczecin – Praga, 12-14 czerwca 2008 r.

[6] Meyer Z., Kozłowski T., 2003, Analiza osiadań sprężystych i plastycznych torfu w oparciu o badania edometryczne w warunkach zmiennego obciążenia [w] Inżynie-ria Morska i Geotechnika, nr 3-4.

[7] Myślińska E., 2001, Grunty organiczne i laboratoryjne metody ich badania, Wyd. 1, Wydawnictwo PWN, Warszawa.

[8] Pawlak K., Chudy K., 2013, Parametry wytrzymałościowe gruntów spoistych z rejonu Ostrowa Wielkopolskiego zaburzonych glacitektonicznie – nowe możliwości i pro-blemy interpretacyjne. CUPRUM Czasopismo Naukowo Techniczne Górnictwa Rud Nr 2 (67), s: 87-99.

[9] PN-88/B-04481. Grunty budowlane. Badanie próbek gruntu. [10] PN-EN ISO 14688. Projektowanie geotechniczne Część 1: Zasady ogólne. [11] PN-EN ISO 14688. Projektowanie geotechniczne Część 2: Rozpoznanie i badanie

podłoża gruntowego. [12] Polska Norma (PN-86/B-02480). Grunty budowlane, określenia, symbole, podział

i opis gruntu. [13] Siuta W., 1992, Mechanika techniczna, Wyd. 22, Wydawnictwa Szkolne i Pedago-

giczne, Warszawa. [14] Wiłun Z., 2010, Zarys geotechniki, Wyd.9, Wyd. WKiŁ, Warszawa.

CUPRUM – Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud nr 1 (70) 2014, s. 37-48

________________________________________________________________________

37

Documents

ANALIZA WYNIKÓW WYTRZYMAŁO ŚCI NA ŚCINANIE ......38 K. Chudy, K. Pawlak, Analiza wyników wytrzymało ści na ścinanie… Wst ęp Ze wzgl ędu na trójfazow ą budow ę gruntu