TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk

Presentasjon om: "TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk"— Utskrift av presentasjonen:

1 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Styrkeegenskaper - Treaksialforsøk

2 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk
Bakgrunn og hensikt

3 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Skjærstyrke - problemstillinger
Jordtrykk? Bæreevne? Nødvendig skjærstyrke? Hva påvirker?

4 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk
Teorigrunnlag - skjærstyrke

5 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk
Skjærstyrke i jord Bruddkriterier Mobilisering av skjærstyrke Fremstilling i spenningsstier Jordens respons ved belastning

6 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk - innhold
Bakgrunn og hensikt Skjærstyrke i jord bruddkriterier mobilisering av skjærstyrke fremstilling i spenningsstier jordens respons ved belastning Skjærstyrke bestemt ved treaksialforsøk utstyr forsøksprosedyrer tolkning av forsøksresultater eksempler på forsøksresultater effekt av prøveforstyrrelse Spesielle treaksialforsøk ”mini-øvinger”

7 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Spenningsforhold i treaksialprøven
skjærspenning pore skjær normalspenning normal kombinert

8 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Mohr-Coulomb kriteriet
tf = (s’ + a)tanf tf = c + s’tanf friksjon a = 45 + f/2 kohesjon attraksjon

9 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Effekt av alder på skjærstyrke
OC-A, overkonsolidert aldret OC-Y, overkonsolidert ungt NC-A, normalkonsolidert aldret NC-Y, normalkonsolidert ungt

10 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Mohr-Coulomb kriteriet - tilpasning til praktisk bruk
Knusing Lavspennings- effekter

11 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk
Skjærstyrke i jord Bruddkriterier Mobilisering av skjærstyrke Fremstilling i spenningsstier Jordens respons ved belastning

12 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Mobilisering av skjærstyrke - spenningstilstander

13 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper In situ spenningstilstand - hviletrykk
Mobilisering - hviletrykkskoeffisient Ko’ Helning kritisk plan - hviletrykkskoeffisient Ko’

14 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Spenningstilstanden i et jordelement - brudd-/brukstilstand
tf = (s’ + a)tanf BRUK t = (s’ + a)tanr

15 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk
Skjærstyrke i jord Bruddkriterier Mobilisering av skjærstyrke Fremstilling i spenningsstier Jordens respons ved belastning

16 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Mohr-Coulombkriteriet - fremstilling i spenningsstier
(s1’ - s3’)/2 = Sf(s3’ + a)

17 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - fremstilling i spenningsstier
tanf = Sf/1 + 2Sf tanr = S/1 + 2S Sf 1 S 1

18 (s1’ - s3’)/2 = sinf[(s1’+ s3’)/2 + a]
TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - fremstilling i spenningsstier sinf 1 “Middel”spenningsdiagram (s1’ - s3’)/2 = sinf[(s1’+ s3’)/2 + a]

19 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Mohr-Coulombkriteriet - fremstilling i spenningsstier
Aktivt forsøk sa øker sr konstant Passivt forsøk sa konstant sr øker

20 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - fremstilling i spenningsstier
Middelspenningsdiagram q - p’ plott q = M(p’ + a) M = 3(N-1)/(3+(1+b)(N-1) For b = 0 (s2’ = s3’), M = 6sinf/(3-sinf) q = (s1’ - s3’) p’ = (s1’ + s2’ + s3’)/3

21 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk
Skjærstyrke i jord Bruddkriterier Mobilisering av skjærstyrke Fremstilling i spenningsstier Jordens respons ved belastning

22 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Jordarters dilatansegenskaper

23 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk
Skjærstyrke bestemt ved treaksialforsøk Forsøksutstyr og prøvepreparering Forsøksprosedyrer Tolkning av forsøksresultater Eksempler på forsøksresultater Effekt av prøveforstyrrelse

24 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Prøvepreparering
Uforstyrrede prøver Innbyggede prøver

25 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialutstyr
Deformasjonsmåler Byrette Lastmåler Ventilblokk Luftfelle Celle m/prøve Bunnplate med treaksialcelle

26 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialutstyr - prinsippskisse

27 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialutstyr - oppbygging av celle

28 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk - kontroll av trykkpåføring og drenasje
Panel for flow and pressure control Constant-pressure cell Automated cell-pressure control

29 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Avanserte treaksialforsøk - eksempler på automatisk utstyr
Muligheter for spenningsstikontroll, vekslende last, spesielle forsøks- prosedyrer

30 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk
Skjærstyrke bestemt ved treaksialforsøk Forsøksutstyr og prøvepreparering Forsøksprosedyrer Tolkning av forsøksresultater Eksempler på forsøksresultater Effekt av prøveforstyrrelse

31 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Utførelse av treaksialforsøk
Gjennomføring av treaksialforsøk - uforstyrrede prøver Drenert konsolideringsfase etablering av kjent spenningstilstand reparasjon av prøveforstyrrelse Skjærfase prosedyre for spenningspåføring og dreneringstilstand må velges - simulering av in situ problem aktiv (kompresjon) passive (ekstensjon) kombinert konsolidering - skjær (Ko - forsøk) spesielle lastmønstre mulig drenert, udrenert skjærfase Fremstilling av resultater volumtøyning - tid (konsolidering) spenningssti og mobiliseringsplott (skjærforsøk) A comprehensive test programme was carried out to establish a reference laboratory test profile of index, strength and deformation parameters. A full index test programme was carried out for classification and identification of the soil. Continuous loading oedoemeter tests using both the CRS- and CPR test procedures provided insight in deformation and conolidation characteristics, whereas various triaxial test procedures gave values for strength and pore pressure parameters.

32 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Forsøksprinsipp i treaksialforsøket

33 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - konsolideringsfasen
Drenert konsolideringsfase Avlesing av utpresset porevann DV mot tid t Vannutpressing skal stabiliseres nær 0 Restporetrykk ur skal være stabilt nær 0 ved lukking av drenskran Volumtøyning evol = DV/Vo benyttes som kriterium for prøvekvalitet (se tabell Berre (1982))

34 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Variasjonsmuligheter i treaksialforsøket - skjærdel

35 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Variasjonsmuligheter i treaksialforsøket - faste betingelser
CIDc = drenert skjær, isotrop kons. CADc = drenert skjær, anisotrop kons. CIUc = udrenert skjær, isotrop kons. CIUe = udrenert skjær, isotrop konsolidering CAUc = udrenert skjær, anisotrop kons.

36 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Variasjonsmuligheter i treaksialforsøket - faste betingelser
CCV = konsolidert, konstant volum - ideellt udrenert

37 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Innflytelse av forsøksprosedyrer - deformasjonshastighet
Ingen/liten påvirkning Endret styrke

38 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Innflytelse av forsøksprosedyrer - konsolideringsspenning
Vanlig konsolideringsområde, sc’ = svo’

39 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk
Skjærstyrke bestemt ved treaksialforsøk Forsøksutstyr og prøvepreparering Forsøksprosedyrer Tolkning av forsøksresultater Eksempler på forsøksresultater Effekt av prøveforstyrrelse

40 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Tolkningsprinsipper
brudd bruk in situ

41 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Tolkningsprinsipper - fellesplott leire/silt
Mobilisering av styrke

42 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Tolkningsprinsipper - fellesplott sand/grus
Spenningsavhengig styrke Antatt attraksjonsfritt materiale

43 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Tolkningsprinsipper - fellesplott sand eksempel

44 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Tolkning av treaksialforsøk - eksempel
Oppgave: Finn skjær- styrkeparametrene fra fellesplottet Totalspenningsanalyse Udrenert skjærstyrke su (tmax) Effektivspennings- analyse attraksjon a friksjon tanf

45 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Eksempel på treaksialforsøk - fellesplott av spenningsstier silt Bestemmelse av effektive skjærstyrkeparametre NTNU-plott, tmax - s3’ Friksjon tanf Sf 1 Mobilisert friksjon tanr This figure summarizes the index properties of the Halsen silt. The test results reveals significant variations in water content, grain size distribution and shear strength of the material. It is noteworthy that the clay content varies significantly in the deposit, and that the sensitivity of the silt may reach quite high. The latter observation is also made in practice, where saturated silt may completely liquefy under special loading conditions. The determination of Atterberg limits was judged too uncertain due to the large content of silt and sand particles in the soil matrix. 1 Poretrykks- parametre A, D Attraksjon a -Sd

46 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Bruddutvikling og bruddtyper

47 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Mobiliseringsgrad f
Kritisk mobiliseringsgrad

48 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Janbu’s poretrykksparameter D
q - p’ plott

49 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Janbu’s poretrykksparameter D
Dilatant Langs stien Kontraktant Fra startpunkt

50 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk
Skjærstyrke bestemt ved treaksialforsøk Forsøksutstyr og prøvepreparering Forsøksprosedyrer Tolkning av forsøksresultater Eksempler på forsøksresultater - leire Effekt av prøveforstyrrelse

51 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - typisk oppførsel for leirer
Oppførsel hos leirer Bruddtøyning e = 1-3 % Vanligvis kontraktant bruddutvikling for NC - leirer Ofte dilatant bruddutvikling for (sterkt) OC - leirer Attraksjon a = kPa Friksjon tanf = Leire fra Heimdalsmyra CIUc/CAUc

52 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Resultater fra treaksialforsøk - NC-leire Troll Øst
CAUc

53 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Resultater fra treaksialforsøk - OC-leire NTNU Idrettsbygget
CIUc

54 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - OC-leire Åndalsnes
CIUc sc’

55 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk
Skjærstyrke bestemt ved treaksialforsøk Forsøksutstyr og prøvepreparering Forsøksprosedyrer Tolkning av forsøksresultater Eksempler på forsøksresultater - sand/silt Effekt av prøveforstyrrelse

56 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - typisk oppførsel for sand/silt
Oppførsel hos silt Bruddtøyning e = 1-3 % Vanligvis plastisk/kontraktant bruddutvikling for løs, fin silt Ofte dilatant bruddutvikling for fast, grov silt Attraksjon a = kPa Friksjon tanf = Oppførsel hos sand Bruddtøyning e = 2-4 % Vanligvis dilatant bruddutvikling for sand, bortsett fra svært løs lagring Attraksjon a = kPa Friksjon tanf = CCV konstant volum, udrenert CID, drenert

57 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - NC grov silt, Idrettsbygget NTNU
CIUc D = 0

58 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - fin sand, Steinkjer
fellestolkning CIUc

59 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - sand, Ekofisk
CAoeUc løs CAoeUc fast Ødo-del Ødo-del

60 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk
Skjærstyrke bestemt ved treaksialforsøk Forsøksutstyr og prøvepreparering Forsøksprosedyrer Tolkning av forsøksresultater Eksempler på forsøksresultater Effekt av prøveforstyrrelse

61 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Studier av prøveforstyrrelse - leire Gardermobanen
Forskjell i bruddutvikling Samme styrkeparametre Forskjellig mobilisering “forskning” “praksis”

62 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Studier av prøveforstyrrelse - Glava leire

63 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Studier av prøveforstyrrelse - Tiller kvikkleire
Blokk 54 mm plast

64 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Studier av prøveforstyrrelse
Effekt av prøveforstyrrelse i treaksialforsøk Valg av forsøksbetingelser viktig valg av konsolideringsbetingelser spenningstilstand konsolideringstid Prøvens oppførsel i forsøket må dokumenteres vannutpressing i konsolideringsfase må rapporteres i forsøksresultatene prøvens kvalitet kan vurderes fra måleresultat og tolkning vannutpressing (volumtøyning) i konsolideringsfase bruddtøyningsprosent initiell stivhet av prøven f250 mm blokk f54 mm stål f75 mm stål f54 mm plast A comprehensive test programme was carried out to establish a reference laboratory test profile of index, strength and deformation parameters. A full index test programme was carried out for classification and identification of the soil. Continuous loading oedoemeter tests using both the CRS- and CPR test procedures provided insight in deformation and conolidation characteristics, whereas various triaxial test procedures gave values for strength and pore pressure parameters. Resultater fra Tiller kvikkleire

65 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk
Spesielle treaksialforsøk Forsøk på korte prøver h=d Ødotreaksialforsøket Sykliske treaksialforsøk

66 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk - korte prøver h=d
Hensikt med kort prøvehøyde Oppnår jevnere mobilisering av tøyninger i prøven, unngår skjærbånd Reduserer effekt av endeflater på spennings- og deformasjonstilstand Unngår avlastningssoner i prøven Krever: Spesielt innbyggingsutstyr Idelle glatte (friksjonsløse) endeflater glassplate m/filter gummimembran med smøremidler teflon

67 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - korte prøver h=d
glassplate med centerfilter d vanlig endeflate med filter h gummimembran

68 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - korte prøver h=d
Tøyningsutvikling h = d prøver, Mohr Coulomb modell Skjærbånd

69 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - korte prøver h=d
Spenningsfordeling h = d prøver, Mohr Coulomb modell Friksjon Friksjon

70 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - vanlige prøver h=2d
Tøyningsutvikling h = 2d prøver, Mohr Coulomb modell Skjærbånd

71 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - vanlige prøver h=2d
Spenningsfordeling h = 2d prøver, Mohr Coulomb modell Friksjon Friksjon

72 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - korte prøver h=d
korte h = d referanse h = 2d c) b) referanse h = 2d Oversikt over spenningsstier a) NTNU - plott b) NGI - plott c) t - e plott korte h = d

73 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøket - korte prøver h=d
Sammenligning mellom forsøk og analyse CIUc treaksialforsøk, h=d CIUc treaksialforsøk, h=2d FEM Plaxis, Mohr Coulomb FEM Plaxis, Hardening Soil Mohr Coulomb Hardening Soil Mohr Coulomb Prøver med h = d Hardening Soil Prøver med h = 2d

74 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk
Spesielle treaksialforsøk Forsøk på korte prøver h=d Ødotreaksialforsøket Sykliske treaksialforsøk

75 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Ødotreaksialforsøk - prinsippiell spenningstilstand

76 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Ødotreaksialforsøk - tolkning av resultater
ødo-del

77 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Ødotreaksialforsøk - tolkning av resultater

78 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Ødotreaksialforsøk - tolkning av resultater

79 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Treaksialforsøk
Spesielle treaksialforsøk Forsøk på korte prøver h=d Ødotreaksialforsøket Sykliske treaksialforsøk

80 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Sykliske treaksialforsøk - prinsipp for utførelse

81 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Sykliske treaksialforsøk - tolkning
Ducu Decu

82 TBA 4110 Geoteknikk, materialegenskaper Eksempel - sykliske treaksialforsøk på sand
Effekt av jordskjelv Liquefaction - sand “boiling”