Deformationer ved aflastning oggenbelastning– og de tilknyttede termer

Anette Krogsbøll

15.11.2012DGF-møde 2 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

Oversigt

• Introduktion

• Konkrete observationer– Konsolideringsforsøg på Lillebælt ler (DTU)– K0-forsøg fra Fehmern Bælt projekt

• Tolkning af konsolideringsforsøg– Årsag og virkning

• Afrunding– Termer– Fænomener

15.11.2012DGF-møde 3 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

Lillebælt Clay – oedometer testSwelling pressure250 kPa

900 kPa340 kPa

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.310 100 1000 10000

e

v [kPa]

15.11.2012DGF-møde 4 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

Swelling pressure250 kPa

900 kPa340 kPa900 kPa170 kPa

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.310 100 1000 10000

e

v [kPa]

Lillebælt Clay – oedometer test

15.11.2012DGF-møde 5 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

Swelling pressure250 kPa

900 kPa340 kPa900 kPa170 kPa900 kPa85 kPa

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.310 100 1000 10000

e

v [kPa]

Lillebælt Clay – oedometer test

15.11.2012DGF-møde 6 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

Swelling pressure250 kPa

900 kPa340 kPa900 kPa170 kPa900 kPa85 kPa4800 kPa25 kPa

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.310 100 1000 10000

e

v [kPa]

1

2

3

4

Cc = 0.349

Lillebælt Clay – oedometer test

15.11.2012DGF-møde 7 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

Swelling pressure250 kPa

900 kPa340 kPa900 kPa170 kPa900 kPa85 kPa4800 kPa25 kPa4800 kPa170 kPa

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.310 100 1000 10000

e

v [kPa]

12345Cc = 0.349

Lillebælt Clay – oedometer test

15.11.2012DGF-møde 8 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

Oedometer modul

Sekantmodul

∆∆

Lave værdier af Eoed

Lave værdier af pc

(Janbu)

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

0 1000 2000 3000 4000 5000

Eoed[kPa]

v [kPa]

12345NC

15.11.2012DGF-møde 9 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

Sekundært tøjningsindex, s

Bestemt efter lange tidskurver(T>2)

Meget høje værdier isvelning

-1.2

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

10 100 1000 10000 s

[%/lo

gt]

v [kPa]

1 2 3 4 5

15.11.2012DGF-møde 10 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

Glemmer tidligere belastning …

Sekundært tøjningsindex (s) meget høje ved svelning

Destrukturering? Debonding?

(Burland 1990)

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.310 100 1000 10000

e

v [kPa]

12345Cc = 0.349

Lillebælt Clay – oedometer test

15.11.2012DGF-møde 11 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

Simplified geological profile – Fehmarn Belt

15.11.2012DGF-møde 12 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

Samples – and formations

• Lillebælt Clay (test at DTU)– Lillebælt Clay (1)

• Fehmarn Belt samples (results from GIR, 2011)– Røsnæs Clay (14)

• Intact formation• Folded formation

– Holmehus Clay (1)– Lillebælt Clay (2)– Ølst Clay (1)

Samples for tests and data provided by Fehmern A/S

15.11.2012DGF-møde 13 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

Fehmarn Belt - Test principles• Oedometer tests with K0 measurements

– Ratio between radial stress and axial stress (end of primaryconsolidation)

• Overconsolidation ratio OCRlab is defined

, ,

… and achieved by– Unloading from estimated preconsolidation stress level– Unloading from higher stress level (referred to as ”destructured”)– Unloading from low stress with swelling

15.11.2012DGF-møde 14 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

K0-test

Intact ClayRC = Røsnæs Clay

’a,max=1904 kPa

0.1

1

10

1 10 100

K0

OCRlab

RC Intact

15.11.2012DGF-møde 15 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

K0-test

0.1

1

10

1 10 100

K0

OCRlab

RC Intact LillebæltØlst Holmehus

Røsnæs Clay’a,max=1904 kPa

Lillebælt CLay’a,max=7-800 kPa

Holmehus’a,max=2000 kPa

Ølst’a,max=1400 kPa

15.11.2012DGF-møde 16 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

K0 versus OCRlab for Intact Clay

Formation K0,nc NRøsnæs Intact 0.54 0.67 1Lillebælt 0.58 0.60 2Holmehus 0.51 0.77 1Ølst 0.53 0.58 1

, ,

15.11.2012DGF-møde 17 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

K0-test

Røsnæs Clay

0.1

1

10

1 10 100

K0

OCRlab

RC IntactRC FoldedTrend - RC Folded

15.11.2012DGF-møde 18 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

K0-test

Røsnæs Clay

0.1

1

10

1 10 100

K0

OCRlab

RC IntactRC FoldedRC Folded Destr.RC SwellingTrend - RC Folded

15.11.2012DGF-møde 19 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

Summary of K0 versus OCR

Formation K0,nc NRøsnæs Folded 0.57 0.58 10Røsnæs Folded, Destr. 0.56 0.41 2Røsnæs Folded, Swell. 0.96 0.59 1Røsnæs Intact 0.54 0.67 1Lillebælt 0.58 0.60 2Holmehus 0.51 0.77 1Ølst 0.53 0.58 1

0.580, 0, 0.57oc nc labK K OCR OCR

15.11.2012DGF-møde 20 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

Spændingsveje

Målt:Aksial spænding ’aRadial spænding ’r

Beregnet:Middelspænding p’Deviatorspædning q’

' '13

' '

' ( 2 )a r

a r

pq

15.11.2012DGF-møde 21 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

K0-testRøsnæs Clay’a,max=1904 kPa

' '13

' '

' ( 2 )a r

a r

pq

-500

0

500

1000

0 500 1000 1500

q [kPa]

p' [kPa]

RC Intact

15.11.2012DGF-møde 22 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

K0-testRøsnæs Clay’a,max=1904 kPa

' '13

' '

' ( 2 )a r

a r

pq

-500

0

500

1000

0 500 1000 1500

q [kPa]

p' [kPa]

RC Intact K0 = 0.566

c=0 kPa c=14 kPa

= 19.6˚

15.11.2012DGF-møde 23 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

K0-testRøsnæs Clay’a,max=1904 kPa

Lillebælt CLay’a,max=7-800 kPa

Holmehus’a,max=2000 kPa

Ølst’a,max=1400 kPa

' '13

' '

' ( 2 )a r

a r

pq

-500

0

500

1000

0 500 1000 1500

q [kPa]

p' [kPa]

Lillebælt RC IntactØlst HolmehusK0 = 0.566 c=0 kPac=14 kPa

= 19.6˚

15.11.2012DGF-møde 24 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

K0-test

Prøve belastet tila,max= 4000 kPa

Følger MC brud-betingelsen

For OCRlab>15

' '13

' '

' ( 2 )a r

a r

pq

-500

0

500

1000

0 500 1000 1500

q [kPa]

p' [kPa]

Lillebælt RC IntactØlst HolmehusK0 = 0.566 c=0 kPac=14 kPa RC Destruct

= 19.6˚

15.11.2012DGF-møde 25 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

Tolkning af konsolideringsforsøg - Lillebælt

Formation K0,nc NRøsnæs Folded 0.57 0.58 10Røsnæs Folded, Destr. 0.56 0.41 2Røsnæs Folded, Swell. 0.96 0.59 1Røsnæs Intact 0.54 0.67 1Lillebælt 0.58 0.60 2Holmehus 0.51 0.77 1Ølst 0.53 0.58 1

15.11.2012DGF-møde 26 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

Lillebælt Clay – oedometer

From Lillebælt-FB (intact)

From Lillebælt-FB (intact), :

From Røsnæs-folded& desctructurized – new

0.600, 0.58oc labK OCR

0.410, 0.58oc labK OCR

0, 0.58ncK

-1000

0

1000

2000

3000

0 2000 4000

q [kPa]

p' [kPa]

LC#1 (0.41)LC#1 (0.60)Lillebælt-FBRC Folded desctr

= 19.6˚

15.11.2012DGF-møde 27 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

Mulige spændingstilstande – brud?

Høje værdier af OCRlab:

Udvidelse (swell) ved lave spændinger – ingen andre udveje

Sekundært tøjningsindexover 0,5%

Afgrænset af MC-brudbetingelse- Giver max K0 (for c’=0)- Giver volumen- og

forskydningstøjninger

-500

0

500

0 500 1000

q [kPa]

p' [kPa]

LC#1 (0.41) LC#1 (0.60)Lillebælt-FB RC Folded desctrMC-criterion c=14 kPa

= 19.6˚

15.11.2012DGF-møde 28 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

K0-test

Røsnæs Clay

MC-criterion = 19.6˚c’=0 kPaK0,max=2.01(passivt brud)

0.1

1

10

1 10 100

K0

OCRlab

RC IntactRC FoldedRC Folded Destr.RC SwellingShear failureTrend - RC Folded

15.11.2012DGF-møde 29 DTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet

Afrunding• Termer

– Forkonsolideringsspænding, ’pc

– Overkonsolideringsgrad, OCR– Hviletrykskoefficienten, K0

– Brud – eller bare grænsen for mulige spændinger

• Fænomener– Svelning– Passivt brud– Forskydningstøjninger og volumentøjninger– “hukommelse”