SKIRTINGO TANKIO SM LIO KERPAMOJO STIPRUMO TYRIMAS ...

14-osios Lietuvos jaunųjų mokslininkų konferencijos „Mokslas – Lietuvos ateitis“
2011 metų teminės konferencijos straipsnių rinkinys ISSN 2029-7149 online
STATYBA ISBN 978-9955-28-929-6
SKIRTINGO TANKIO SMĖLIO KERPAMOJO STIPRUMO TYRIMAS TIESIOGINIU
KIRPIMO APARATU SPF – 2
Valda Samoškaitė
Vilniaus Gedimino technikos universitetas
El. paštas: valda.samoskaite@gmail.com
Santrauka. Straipsnyje analizuoti grunto tyrimo, modernizuoto tiesioginio kirpimo aparatu su paslankia apatine kirpimo žiedo
dalimi (SPF-2), duomenys. Tirtas suardytos struktūros trijų skirtingų poringumų jūros smėlis. Atitinkamai grunto fizinių
savybių rodikliai: tankis ρ = 1,449 g/cm 3 , ρ = 1,598 g/cm 3 ir ρ = 1,672 g/cm 3 , drėgnis w = 6 %, poringumo koeficientas e =
0,960, e = 0,778 ir e = 0,699. Smėlis bandytas kontroliuojant deformacijas: kirpimo greitis 0,05 mm/min. Bandymo metu išmatuota
kirpimo plokštumoje veikianti normalinė jėgos komponentė, nustatytas maksimalus vidinės trinties kampas φ max ir
liekamasis vidinės trinties kampas φ liek. .
Įvadas
Reikšminiai žodžiai: kerpamasis stiprumas, poringumo koeficientas, tankis, vidinės trinties kampas.
Apkrovos veikiamo grunto šlyties deformacijai priešinasi
grunto kerpamasis stipris. Šis stipris τ u priklauso nuo
trinties tarp grunto kietųjų mineralinių dalelių, jų sankibos
jėgų. Jį apibrėžia Kulono dėsnis:
τ = σ ⋅ tgϕ
c,
(1)
u
+
čia: σ – slydimo plokštumai normalinis įtempis.
Kerpamąjį stiprį nusako du rodikliai: vidinės trinties
kampas ϕ (matuojamas laipsniais) ir sankiba c (matuojama
kPa).
Kerpamojo stiprio rodikliai naudojami apskaičiuojant
pastatų pagrindo stiprį ir pastovumą, grunto slėgį į atraminius
paviršius, šlaitų pastovumą.
Kerpamojo stiprio rodikliai nustatomi laboratorijoje
tiriant gruntą tiesioginio kirpimo ir triašio slėgio aparatais.
Kirpimo bandymo metu reikia vieną bandinio dalį
stumti kitos atžvilgiu, didinant skersinę jėgą V , apkrovus
bandinį slydimo plokštumai statmena vienodo dydžio
jėga N . Bandymo uždavinys yra nustatyti grunto kepamąjį
stiprį ir apskaičiuoti kerpamojo stiprio rodiklius –
vidinės trinties kampą ϕ ir sankibą c . Grunto kerpamasis
stipris lygus tangentiniam įtempiui:
Q
= ,
A
τ (2)
nukirpusiam gruntą, veikiant normaliniam įtempiui:
čia: A – kerpamasis plotas.
N
= ,
A
σ (3)
Vidinės trinties kampo ϕ bei sankibos c rodiklių
norminės ir skaičiuojamosios reikšmės apskaičiuojamos
kirpimo bandymo duomenis apdorojus pagal ГОСT
20522-75 pateiktą metodiką. Tam reikia atlikti ne mažiau
kaip šešis to paties grunto kirpimo bandymus, esant skirtingiems,
ne mažiau kaip trims normaliniams įtempiams.
Rekomenduojami jų dydžiai: 100, 150, 200; 100, 200,
300; 100, 300, 500 kPa (Gadeikis 2007).
1 pav. Grunto kerpamojo stiprio grafikas
Fig 1. Soil shear strength of schedule
Darbo tikslas yra nustatyti grunto maksimalų ir liemąjį
vidinės trinities kampą, veikiant tom pačiom apkrovom
prie skirtingų poringumo koeficientų.
Tiriamo grunto duomenys ir jo tyrimo metodas
Darbe analizuoti grunto tyrimo tiesioginio kirpimo aparatu
su paslankia apatine kirpimo žiedo dalimi (SPF-2) duomenys.
Tirtas suardytos struktūros smėlis. Kirpimo aparato
žiedo masė m = 215 g, aukštis h = 3,4 cm, vidinis
skersmuo d = 7,1 cm, tūris V = 134,54 cm 3 . Smėlio fizinių
savybių rodikliai: kietųjų dalelių tankis ρ s = 2,68
g/cm 3 , drėgnis w = 6 %, smėlio tankis ρ = 1,449 g/cm 3 ,
ρ = 1,598 g/cm 3 , ρ = 1,672 g/cm 3 , atitinkamai poringumo
koeficientas e = 0,96, e = 0,778, e = 0,699. Smėlis ban-
© Vilniaus Gedimino technikos universitetas
http://dspace.vgtu.lt 1

dytas kontroliuojant deformacijas: kirpimo greitis 0,05
mm/min. Bandymo metu išmatuota kirpimo plokštumoje
veikianti normalinė jėgos komponentė.
Grunto stiprumo rodiklių skaičiuojamųjų reikšmių
nustatymo pagrindiniai principai
Apskaičiuojamos kerpamojo stiprio vienpusių pasikliautinųjų
intervalų apatinės ir viršutinės ribos. Kerpamojo
stiprio pasikliautinosios ribos, apibrėžiančios juostą, kurioje
su pasirinkta pasikliautinąja tikimybe yra tikrosios
tiesinės priklausomybės τ = σ ⋅ tgϕ
c reikšmės. Jos
u
+
aprašomos nelygybėmis:
τ − γ ⋅s
< τ < τ + γ ⋅s
, (4)
( σi
) τ ( σi
) ( σi
) ( σi
) τ ( σi
)
_
Čia τ ( ) - grunto kerpamojo stiprumo vidutinė
i σ i
s
τ σ -
reikšmė, veikian normaliniam įtempimui σ i ; )
i ( i
vidutinio kvadratinio nuokrypio įvertis. Grunto kerpamojo
stiprumo dispersijos įvertis apskaičiuojamas:
2 2 2 2
s τ ( σi
) = s + stgϕ
⋅σ
+ 2⋅σ
⋅cov(
tgϕ,
c),
(5)
c
i
Grunto kerpamojo stiprumo dispersija priklauso nuo tiesinės
priklausomybės koeficientų dispersijų, jų tarpusavio
koreliacinio momento ir normalinių įtempimų.
Rodiklių tgϕ ir c dispersijų įverčių stgϕ 2 ir sc 2 reikšmės
skaičiuojamos taip:
n
∑
i
s c = σ × S / ∆(
n − 2) , (6)
i=
1
2
i
S
∆ × n − 2
s tgϕ = ×
( ) ,
n
S = ( ) 2
∑
i=
1
n (7)
σ × tgϕ
+ c −τ
(Gadeikis 2007). (8)
i
n
n
ui
Skirtingo tankio smėlio nevaržant tūrio kirpimo
rezultatai
Kiekvienas bandymas prie skirtingų apkrovų atliktas po
du kartus. Smėlio, kurio poringumo keoficientas e = 0,96
kirpimo rezultatai prie100 kPa, 150 kPa, 200 kPa apkro-
vų. Kerpamojo stiprumo bandymo duomenų gautų taškų
maksimalių reikšmių rezultatai bei kerpamojo stiprumo
bandymo duomenų gautų liekamųjų taškų reikšmių rezul-
tatai .
Tangentiniai įtempiai, kPa
140
120
100
80
60
40
20
0
y = 0,6883x
R 2 = 0,9138
Gautų taškų maksimalios
reikšmės
Tiesinė priklausomybė gautų
taškų
0 50 100 150 200
Normaliniai įtempiai, kPa
2 pav. Smėlio, kurio e = 0,96 kerpamojo stiprumo maksimalių
taškų grafikas
Fig 2. Shear test results. Maximum shear strength of schedule
points with porosity factor e = 0,96
Tangentiniai įtempiai, kPa
120
100
80
60
40
20
0
y = 0,5966x
R 2 = 0,9669
Liekamųjų taškų reikšmės
Tiesinė priklausomybė
gautų taškų
0 50 100 150 200
Normaliniai įtempiai, kPa
3 pav. Smėlio, kurio e = 0,96 kerpamojo stiprumo liekamųjų
taškų grafikas
Fig 3. Shear test results
Smėlio, kurio poringumo keoficientas e = 0,778 kirpimo
rezultatai prie100 kPa, 150 kPa, 200 kPa apkrovų.
Tangentiniai įtempiai, kPa
160
140
120
100
80
y = 0,6839x
R 2 = 0,9219
60
40
Gautų taškų maksimalios
reikšmės
20
Tiesinė priklausomybė gautų
taškų
0
0 50 100 150 200 250
Normaliniai įtempiai, kPa
4 pav. Smėlio, kurio e = 0,778 kerpamojo stiprumo maksimalių
taškų grafikas
Fig 4. Shear test results. Maximum shear strength of schedule
points with porosity factor e = 0,778
2

Tangentiniai įtempiai, kPa
160
140
120
100
80
60
40
20
0
y = 0,6325x
R 2 = 0,9243
Liekamųjų taškų reikšmės
Tiesinė priklausomybė gautų taškų
0 50 100 150 200 250
Normaliniai įtempiai, kPa
5 pav. Smėlio, kurio e = 0,778 kerpamojo stiprumo liekamųjų
taškų grafikas
Fig 5. Shear test results. Residual shear strength of schedule
points with porosity factor e = 0,778
Smėlio, kurio poringumo keoficientas e = 0,699 kirpimo
rezultatai prie100 kPa, 150 kPa, 200 kPa apkrovų.
Tangentiniai įtempiai, kPa
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
y = 0,9631x
R 2 = 0,8892
Gautų taškų maksimalios
reikšmės
Tiesinė priklausomybė gautų
taškų
0 50 100 150 200
Normaliniai įtempiai, kPa
6 pav. Smėlio, kurio e = 0,699 kerpamojo stiprumo maksimalių
taškų grafikas
Fig 6. Shear test results. Maximum shear strength of schedule
points with porosity factor e = 0,699
Tangentiniai įtempiai, kPa
140
120
100
80
60
40
20
0
y = 0,8464x
R 2 = 0,7416
Liekamųjų taškų reikšmės
Tiesinė priklausomybė gautų taškų
0 50 100 150 200
Normaliniai įtempiai, kPa
7 pav. Smėlio, kurio e = 0,699 kerpamojo stiprumo liekamųjų
taškų grafikas
Fig 7. Shear test results. Residual shear strength of schedule
points with porosity factor e = 0,699
Grafikuose pateiktos lygybės parodo normalinių įtempių ir
tangentinių įtempių tiesinę priklausomybę. Pagal koreliacijos
koeficientą (R 2 ) matyti, kad tarp šių dydžių yra priklausomybė.
Skirtingo tankio smėlio prie pastovaus tūrio kirpimo rezultatai
Smėlio, kurio poringumo keoficientas e = 0,96 kirpimo
rezultatai prie100 kPa, 150 kPa, 200 kPa apkrovų.
1 lentelė. Skirtingų poringumų smėlio kirpimo prie pastovaus
tūrio rezultatų palyginimas
ρ,
0
0
tgφ
g/cm3 e
max φ max, tgφ liek. φ liek,
Eil.
Nr.
m,
g
1. 195 1,449 0,96 0,6502 33,03 0,6329 32,33
2. 225 1,672 0,699 0,7556 37,07 0,6952 34,81
V id in ė s trin tie s k a m p a s
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
8 pav. Apskaičiuotų φ max ir φ liek reikšmių skirtingų poringumų
nevaržant tūrio ir prie pastovaus tūrio grafinis palyginimas
Fig 8. φ max calculated and the values of different porosity φ liek
releasing capacity at constant volume and a graphic comparison
Išvados
Maksimalus vidinės trinties kampas
Maks. vid. trinties kampas prie pastovaus tūrio
Liekamasis vidinės trinties kampas
Liek. vid. trinties kampas prie pastovaus tūrio
0,96 0,778 0,699
Poringumo koeficientas e
Ištyrus smėlinio grunto kerpamąjį stiprumą SPF – 2
kirpimo aparatu konsoliduotojo drenuoto skirtingų poringumų
grunto kirpimo metodu gauta:
1. liekamųjų taškų reikšmių vidinės trinties kampas
(φ n,liek. = 32 0 33’) prie pastovaus tūrio yra didesnis už liekamųjų
taškų vidinės trinties kampą (φ n,liek. = 30 0 82’)
nevaržant tūrio, kai poringumo koeficientas e = 0,960.
Kai poringumo koeficientas e = 0,699 liekamųjų taškų
3

eikšmių vidinės trinties kampas ( φn,liek. = 34 0 81’) prie
pastovaus tūrio yra mažesnis už liekamųjų taškų vidinės
trinties kampą ( φn,liek. = 40 0 24’) nevaržant tūrio.
2. maksimalių taškų reikšmių vidinės trinties kampas
(φ n,max = 33 0 03’ ir φ n,max = 37 0 07’) prie pastovaus
tūrio yra mažesnis nei maksimalių taškų reikšmių vidinės
trinties kampas (φ n,max = 34 0 54’ ir φ n,max = 43 0 92’) nevaržant
tūrio.
3. skiriasi kerpamojo stiprumo grafikų trajektorijos
lyginant kirpimo reikšmes prie pastovaus tūrio ir jo nevaržant.
Literatūra
Amšiejus, J.; Mackevičius, R.; Medzvieckas, J.; Sližytė,
D.; Stragys, V.; 2006 m „Gruntų fizinės ir mechaninės
savybės“ Laboratoriniai darbai, Vilnius: Tecnika.
Gadeikis S.; 2007 m. „ Inžinerinės geologijos lauko ty
rimų metodai”. Vilnius.
Šimkus, J.; 1984 m. „Gruntų mechanika, pagrindai ir
pamatai“, Vilnius: „Mokslas“.
DIFFERENT DENSITY, SHEAR SAND TESTING
MACHINE DIRECT SHEAR SPF – 2
V. Samoškaitė
Summury
The data of soil direct shear test of the modernized machine
to cut loose the lower part of the ring (SPF-2) data.
Studied the structure of devastated three different porosity
of the sand sea. Accordingly, the soil physical characteristics:
density ρ = 1,449 g/cm3, ρ = 1,598 g/cm3, and ρ
= 1,672 g/cm3, moisture w = 6 % content of porosity
ratio e = 0,960, e = 0,778 and e = 0,699. Sand control
strains tested: shear velocity 0,05 mm / min. During the
test, the measured shear plane acting normal force component,
the maximum internal friction angle φ max and
residual internal friction angle φ liek .
Keywords: shear strength, porosity coefficient, density,
internal friction angle.
4