Mechanika zemin 1. Vznik zemin , fáze zeminy, půdně mechanické vlastnosti, obsah pevné fáze (složení - velikost částic), mineralogické složení, tvar zrn, 2. Křivka zrnitosti, indexové vlastnosti zemin, klasifikační systémy 3. Voda v zemině, propustnost zemin, síly mezi kapalnou a pevnou fází, struktura zemin, Darcyho zákon, proudový tlak
69
Embed
Prednaska1 [Re ~im kompatibility] - cvut.czdepartments.fsv.cvut.cz/k135/data/wp-upload/2009/03/prednaska1.pdf · Hmotnosti zeminy 2 • Objemová tíhy zeminy pod hladinou vody: Archimed
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Mechanika zemin
1. Vznik zemin , fáze zeminy, půdně mechanické vlastnosti, obsah pevné fáze (složení - velikost částic), mineralogické (složení - velikost částic), mineralogické složení, tvar zrn, 2. Křivka zrnitosti, indexové vlastnosti zemin, klasifikační systémy3. Voda v zemině, propustnost zemin, síly mezi kapalnou a pevnou fází, struktura zemin, Darcyho zákon, proudový tlak
4 základní procesy
• Denudace (různé typy zvětrávání- fyzikální, chemické)
• Transport a ukládání• Transport a ukládání• Sedimentace
(přeměna ve skalní horninu)• Pohyb zemské kůry
(pozvolné či náhlé – zemětřesení)
Vznik zeminCyklus tvorby zemského povrchu v geologickém času
Zvětrávání
Fyzikální redukuje velikost částic, zvyšuje povrchovou plochu a pórovitost , např změna teploty, vliv ledu apod.
Chemické závisí na přítomnost vody, je nutná hydratace (povrchová absorpce vody), rozlišujeme hydrolýzu, (povrchová absorpce vody), rozlišujeme hydrolýzu, výměnu kationtů, oxidaci, rozpouštění atd.
Klima vliv podnebí, topografie, biologických faktorů
Transport
•Reziduální zeminy (eluvia) vznikly zvětráním a nebyly transportovány
Transportované zeminyDeluviagravitační projevy na svazích (svahové z.)z.)
Aluviazeminy transportované vodou
Struktura zemin
MAKROSTRUKTURA - Velké měřítko, sledujeme texturu zeminy - vrstvičky zemin, trhliny a místa oslabeníoslabení
MIKROSTRUKTURA - malé měřítko, sledujeme strukturu ojedinělých zrn - hlavně jílovitých minerálů a jejich spojování
Jílové částice v elektronickém mikroskopu
Jíl Písek(30000x) (2000x)
Složení jílových minerálů
Jílové minerály se skládají ze dvou odlišných prvků – křemíku a hliníku
Čtyřstěn křemíku Osmistěn hliníku
Jílové minerály
Vrstvy čtyřstěnů a osmistěnů tvoří jednotlivé jílové minerály, jejich vazby ovlivňují chování jílů
Umělý stav pomocí chemických látek, výslednice všech sil je záporná, kontakt je záporná, kontakt stěna - stěna
Flokulace
Sedimentace v moři, výslednice
všech sil je kladná, všech sil je kladná, kontakt hrana -
stěna
Zeminy jako 3 fázové prostředí
Zrna
Vzduch
Voda
Zrna zeminy
• Zemina obsahuje částice od 1x10-3 až po 1x103 mm.
• Tvar částice se nahrazuje náhradním průměrem d (předpokládá se koule)průměrem d (předpokládá se koule)
• Podle náhradního průměru rozeznáváme frakce zeminy
Frakce zeminy (velikost zrn)
Křivka zrnitosti
• Je součtová čára, jejíž každý bod udává kolik procent z celkové hmotnosti vzorku činí hmotnost všech zrn menších než určitý průměr zrna d v mm.určitý průměr zrna d v mm.
K čemu křivka zrnitosti slouží
• Pro klasifikaci zemin• Pro určení propustnosti zemin• Pro určení namrzavosti zemin• Určení vhodnosti zeminy do drenáží• Určení vhodnosti zeminy do drenáží• Určení vhodnosti zeminy do betonu
Zkoušky pro určení křivky
Sítový rozbor (prosévací)• Pro zrna > 0,06 mm• Výsledkem jsou zbytky na sítech, propady
v % musím dopočítatv % musím dopočítat
Zkoušky pro určení křivky
• Hustoměrná metoda• Na základě Stokesova zákona určím
zastoupení částic
Zrnitostní křivka
Charakteristiky křivky
• Číslo nestejnozrnitostidx průměr zrn připadající x% propadu zrndx průměr zrn připadající x% propadu zrn
< 5 stejnozrnné> 15 nestejnozrnné
Určení dx
Charakteristiky křivky
• Číslo křivosti
Fáze v zemině
Pevná fáze (zrna)Kapalná a plynná (voda a vzduch v pórech)
Vzájemné poměry fází
3 poměry objemů
• (1) Číslo p=orovitosti e(dáno desítkov ě, 0.65)
Celkový objem po rů ( )pVe =
Celkový objem po rů ( )
Celkový objem pevné fáze ( )p
s
Ve
V=
3 poměry objemů
(1) Číslo p=orovitosti e (dáno desítkov ě, 0.65)
(2) Pórovitost n (dána procentn ě, 65%)
Celkový objem po rů ( )
Celkový objem pevné fáze ( )p
s
Ve
V=
(2) Pórovitost n (dána procentn ě, 65%)pro e = 1 je n = 50%
(3) Stupeň nasycení Sr (dán desítkov ě, 0,25)
e1e
)e1(VeV
ns
s
+=
+=
Celkový objem po rů ( )100%
Celkový objem vzorku ( )pV
nV
= ⋅
Objem vody ve vzorku ( )
Celkový objem po rů ( )w
p
VS
V=
Stupeň nasycení - saturace
• Dělení zemin dle Sr:vysušené - Sr = 0,0 suché - Sr = 0 až 0,22zavlhlé - Sr < 0,25vlhké - Sr = 0,25 až 0,80vlhké - Sr = 0,25 až 0,80velmi vlhké - Sr > 0,80vodou nasycené - Sr = 1,0
• Saturace je důležitá při určování stability svahů a podzemních stavbách
Stupeň nasycení – saturace (2)
• Stabilita svahů je významně ovlivněna povrchovou vodou.
Pórovitost• Pórovitost písků bývá 30-40 %, tedy nižší než u hlín a
jílů, kde je 33 – 55 %, i když póry v písku jsou větší.
Aplikace: změny objemu při posunu zrn
e = 0.91, Kontraktance
e = 0.65, Dilatance
Pórovitost (2)
Zemina Číslo pórovitosti Pórovitost [%] Obj. tíha suché zem.
Která zemina (A či B) má vyšší hydraulickou vodivost? A)
e = 0.91
B)e = 0.65
Voda může snadněji proudit zeminous vyšší hydraulickou vodivostí
Pórovitost (4)•
A)e = 0.91
• Ucpání
B)e = 0.65
Malá částice nemůže projít skrz pór
Obsah vody v zemině
• Vlhkost (hmotnostní) w (dána procentn ě )
Hmotnost vody ve vzorku ( )100%
Hmotnost vzorku vysušeného ( )v
s
Mw
M= ⋅
• Pro některé organické zeminy w>100% až do 500 %• Pro „quick“ jíly (sensitivní), w>100%
• Hustota vody (závisí na teplotě)
s
Hustota, tíhaHustota (měrná hmotnost) udává množství látky čili míru setrvačnosti tělesa. Hustota je všude stejná.
Hmotnost (Hmota) zákl. fyz. veličina, učuje se vážením (porovnání tíhových účinků)
HmotnostHustota,
Objem
Tíha HmotnostObjemová tíha, =
g
ρ
γ
=
×=účinků)
Tíha je síla, gravitace působící na těleso. Hodnota není stejná pro všechna místa (Newtonův druhý zákonF = ma)
Objemová tíha se používá častěji než hmotnosti (např. výpočet tíhy nadloží)
2
3
Objemová tíha, =Objem Objem
: gravitační zrychlení
9.81sec
Voda, 9.8
g
mg
kNm
γ
γ ρ ρ
γ
=
= ⋅ = ⋅
=
Hmotnosti zeminy
• a. Objemová hmotnost suché zeminy
• b. Objemová hmotnost zeminy v p řirozeném uložení (0%<S<100%, Nenasycená)
Hmotnost pevných částic( )
Celkový objem vzorku ( )s
d
M
Vρ =
• c. Objemová hmotnost pln ě nasycené zeminy (S=100%, Va =0)
• d. Objemová hmotnost zeminy pod hladinou vody
Hmotnost vzorku ( )
Celkový objem vzorku ( )s wM M
Vρ +=
Hmotnost pevných částic + vody ( )
Celkový objem vzorku ( )s w
sat
M M
Vρ +=
wsat' ρ−ρ=ρ
Hmotnosti zeminy 2• Objemová tíhy zeminy pod hladinou vody:
Archimed ův zákon :Vztlaková síla působící na ponořené těleso je rovna tíze kapalinyvytlačené tělesem.
wsat' γ−γ=γ
vytlačené tělesem.
• Hustota pevných částic (měrná hmotnost pevných částic):
• Měrná tíha pevných částic:
ss
s
M
Vρ =
s s gγ ρ= ⋅
Zeminy nesoudržné charakteristiky
Zeminy soudržné charakteristiky
Index plasticity
Stupeň konzistence
Aplikace• U jemnozrnných zemin voda
velice ovlivňuje jejich vlastnosti• Příklad
„Quick“ jíly (sensitivní) vlhkostvětší než 100% a cementacivnitřních vazeb. Při porušenívnitřních vazeb vyplavením solídojde k jejich plnému ztekucení
během okamžiku.během okamžiku.
Jílové
částice
Voda
Typical Values of Specific Gravity
•
Otázky a odpovědi
1. Zapamatujte si základní definice w, e, ρs, Sr,
2.Fáze v zemině přes zobrazení fází.3.Pokud nemám objem tělesa, tak 3.Pokud nemám objem tělesa, tak
předpokládám Vs=1 or Vt=1,.
PříkladU neporušeného vzorku o průměru 120 mm a výšce 30 mm byla zjištěna hmotnost m, hmotnost vysušeného vzorku ms, měrná hmotnost zrn ρρρρs, vlhkosti na mezi tekutosti wL a plasticity wP.Stanovte objemovou hmotnost přirozeně vlhké (ρρρρ) i vysušené (ρρρρd) zemi-ny, vlhkost (w), pórovitost (n), číslo pórovitosti (e), stupeň nasyce-ní (S ), číslo plasticity (I ), pórovitosti (e), stupeň nasyce-ní (Sr), číslo plasticity (IP), stupeň konzistence (IC), plasticitu a konzistenci. Dále stanovte objemovou hmotnost plně nasycené zeminy (ρρρρsat) a objemovou tíhu zeminy pod vodou (γγγγsu). m [g] ms [g] ρs [kg/m3] wL [%]wp [%]