A talajok mechanikai tulajdonságai

V.

Korszerű mechanikai modellek

Alap alatti talaj

mechanikai viselkedésének elemzése

terhelés P

süllyedés s

süllyedésszámításfüggőleges talaj-összenyomódásból

törőerő meghatározása törési mechanizmus vizsgálata alapján

Elkülönített vizsgálatok

süllyedés időbeli alakulásának számítása konszolidációelmélet alapján

A talajok mechanikai viselkedésének hagyományos kezelése egy alap alatti talaj példáján

1. alapok alatti feszültségszétterjedés számítása a lineáris rugalmasságtan alapján, azt feltételezve, hogy a talaj viselkedése egy bizonyos feszültségszintig rugalmas,

2. a talajdeformációk meghatározása lineáris feszültség- alakváltozás összefüggéssel e „rugalmas” tartományra ésszerűen megválasztott modulusokkal,

3. az alakváltozások időbeli alakulásának elkülönített számítása lineáris konszolidációs modellel csak a kritikus talajzónákra

4. a képlékeny (törési) határállapot elkülönített vizsgálata a Coulomb-féle törési feltétel alkalmazásával törési mechanizmusokat feltételezve

1. feszültségek az alapok alatt

függőleges feszültség

sz

mélység az alap

alatt z

távolság az alap

tengelyétől x

függőleges feszültség

sz

Számítás Boussinesque nyomán a lineáris rugalmasságtan alapján

2. Alakváltozások számítása

lineáris feszültség-alakváltozás kapcsolattal

s

zz

yxzz

E

E

s

sss1

Térbeli feszültségi-alakváltozási állapot

Lineáris alakváltozási állapot

3. Konszolidációs számítása Terzaghi elmélete alapján

pillanatnyi, drénezetlen teherfelvitel után

4. Törési állapot vizsgálata Coulomb-elmélete alapján

c+tg. s

A talajok valós feszültség-alakváltozás kapcsolata

a laborvizsgálatok tanúsága szerint

triaxiális készülékben ödométerben

deviatorikus viselkedés kompressziós viselkedés

0

5

10

15

20

0 200 400 600 800 1000 1200

deviátorfeszültség s1 - s3 kPa

fajlagos össze-

nyomódás

1

%

100

200

300

s3

0

2

4

6

8

0 200 400 600 800 1000

függőleges feszültség s kPa

függőleges fajlagos össze-

nyomódás

%

0,2

0,6

1,0

1,4

1,8

10 100 1000

függőleges feszültség s kPa

hé

zag

tén

ye

ző

e

ülepedési görbe CC

tehermentesülés CS

újraterhelés CR

kezdeti feszültség

előterhelés

s'z0 s'zmax

A talajok összenyomódása

az első terhelés, a tehermentesítés és az újraterhelés

hatására

A talajok alakváltozásának időbeli alakulása

0

5

10

15

20

0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000

idő t min

fajla

gos

össz

enyo

mód

ás

z

%

1 nap 1 hét 1 hónap

Eltérések az idealizált viselkedésétől

• homogén? előterheltséggel, mélységgel javul

• izotróp? vízszintesen más, mint függőlegesen

• rugalmas? tehermentesülés és újraterhelés közben

• lineáris? szűk feszültségtartományokban

• képlékeny? az első terhelés hatására a kezdetektől

• tönkremenetel? deviátorfeszültség hatására

• javulás? az átlagos normálfeszültség hatására

• konszolidáció? a tehernövekedés alatt is

Feszültség-jellemzők

2

12

132

322

21

31

321

3

1

3

ssssss

s

sssss

oct

oct p

q

/)(p

sx sy sz xy yz zx

s1 s2 s3

Alakváltozási jellemzők

2

12

132

322

21

321

3

2

3

)()()(

/)(

oct

oct

x y z xy yz zx

1 2 3

31

321

3

2

s

v

Izotróp, homogén, lineárisan rugalmas anyagHooke-törvény általánosított felírása

)(

EK

EG

21312

3

12

322

312

21

321

3

1

933

ssssss

sss

s

GG

KK

p

K

octoct

octoct

Gibson-talaj E = Eo + mE z

E

z

Eo

1

mE

Inhomogén, izotróp, lineárisan rugalmas anyag

Dilatáció

ppv

ppvm d/d/sin cvmax

c = co + mc z

c

z

co

1

mE

Inhomogén, izotróp anyag mélységgel növekvő kohézió

Homogén, keresztirányban anizotróp, lineárisan rugalmas anyag

zxHV

zx

yzHV

yz

xyHH

xy

G

G

G

1

1

1

σμσμσE

1ε

σμσμσE

1ε

σμσμσE

1ε

yHVxHVzV

z

zVHxHHyH

y

zVHyHHxH

x

)1(2 HH

HHH

V

HHVVH

EG

E

E

VH

HV

HH

H

V

G

E

E

Feszültség alakváltozási összefüggések(fizikai egyenletek)

Független anyagjellemzők

Anyagjellemzők kapcsolata

oct

soctst

oct

soctst

octtoct

octtoct

d

dGGG

d

dKKK

dKd

dGd

s

3

Hipoelasztikus modellek elve

7

1

1

9

fA rugalmas alakváltozás

átlagos normálfeszültség p’

1

0

deviátor-feszültség q

M fB

A

B

törési vonal Ko-vonal

folyási felület

rugalmas és képlékeny alakváltozás

2

3

5

6

4

8

törési felület

deviatorikus felkeményedés

∙pp

q

pp p’

fs

fc rugalmas tartomány

kompressziós felkeményedés

ctgcpsin3

sin6apMq

Felkeményedő talaj:deviatorikus viselkedés

a) b)

a

501

q

q1

q

E2

1ε

ssin1

sin2ctgcq 3f

9,0

q

R

qq f

f

fa m

ref

3ref5050 pctgc

ctgcEE

s

m

ref

3refurur pctgc

ctgcEE

sE50 ≈ Eoed Eur ≈ (3…5)∙E50

Felkeményedő talaj: kompressziós viselkedés

'1

sp pref s'1

refoedE

1

m

ref

1refoedoed pctgc

ctgcEE

s

Talajmerevség kis alakváltozások esetén

szokványos laborvizsgálatok

támszerkezetek

alapszerkezetek

alagutak

kis alakváltozások

nagyon kis alak-

válto-zások

nagy alakváltozások

G/G0

dinamikus mérési módszerek

mérés lokális mérőbélyeggel dinamikus mérési módszerek

7,0

0a1

1

G

G m

ref

ref00 p

pGG

m

ref

ref7,07,0 p

p