Hidrológiai Közlöny 2012 (92. évfolyam)

3. szám - Imre Emőke–Laufer Imre–Sheng, Daichao: A telítetlen talajok egyes talajmechanikai anyagmodelljei

58 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2012. 92. ÉVF. 3. SZ. galmas képlékeny modellektől eltérő térfogat-változási mechanizmust feltételeznek. Meg kell azonban jegyezni, hogy a (3) egyenlet csak akkor lineáris az átlagos teljes feszültség függvényében, ha a pórusvíznyomás nulla. Ha a pórusvíznyomás értéke állandó és negatív (szívás), a (3) egyenlettel definiált görbe egy enyhe görbülettel jellemezhető a v-ln p térben, ahogy ez az 1. ábrán látható. A levegő belépési szívás az 1. ábrán nagyobb, mint 100 kPa, így a talaj Telített. Meglepő, hogy a kompressziós görbék nagyon hasonlítanak a túlkonszolidált talajok kompressziós görbéjére jóllehet a görbület oka egyedül az, hogy a (v-ln/?') tér helyett a (v-ln p) térben ábrázoljuk a függvényeket, nem pedig a túlkonszolidáltság. 30 • p, kPi 1. ábra. Normálisan konszolidált, kompresszió telített agyag esetén, állandó pórusvíznyomás mellett (1=0.2, N=3). A (3) egyenlet növekményes alakban is írható: dv = -/t dp , dHO (4) p-u

w p — u w A (3) egyenlet kiterjesztésére három eljárás ismert. - A nettó normálfeszültség és szívás szetválasztasa, vagy A eljárás. - A nettó normálfeszültség és szívás kombinálása, hatékony feszültség, vagy B eljárás. - Átmenet a két eljárás között, C eljárás vagy: SFG módszer. Ezek részletesebben az alábbiakban tárgyalhatok. 4.1 A nettó normálfeszültség és szívás zétválasztása Az A eljárás esetén a nettó normálfeszültség és szívás miatti térfogat-változást szetvalasztjak. Egy tipikus példa erre a következő egyenlet: (5) ahol p az átlagos nettó normál feszültség, Na fajlagos térfogat ha \np = o and s = 0, ivp a v-\np vonal hajlása az átlagos nettó normálfeszültség függvényében, a _Z

V

S a v-lns vonal haj lása (zsugorodás képesség) a szívás változása miatt, u

M az atmoszferikus légnyomás, amelyet csak az s = 0 esetben fellépő szingularitás elkerülése céljából alkalmaznak, v fajlagos térfogat (v = 1/í, s a szilárd rész térfogati aránya). Az (5) egyenletet növekvő átlagos nettó normálfeszültség vagy szívás esetén használjak. A i

v

s hajlás helyett általában a k,

s rugalmas kompressziós indexet használjak, hacsak a szívás nem haladja meg a szívás-növelési folyási felületet (lásd alább a folyási feszültségről szóló részt). Az (5) egyenletet számos modell használja, mint Alonso et al (1990), Wheeler & Sivakumar (1995), Cui & Delage (1996), Chiu & Ng (2003), Georgiadis et al. (2005) és Thu et al. (2007a). Az (5) egyenlet fő előnye, hogy a nettó normálfeszültség és szívás miatti térfogat-változás külön tárgyalható. Ez nem csupán növeli a modellmozgásterét, de ezt a tapasztalat is igazolja. Toll (1990) és Toll & Ong (2003) megmutatta, hogy a két kompresszibilitás (i^ és i

v

s) teljesen eltérő lehet (2. ábra). Általában igaz, hogy a _Z

V

S zsugorodás képesség csökken a telítettségi fok csökkenésével. Másrészt, a nettó normálfeszültség szempontjából vett kompresszibilitás (ivp) növekedhet a telítettségi fok csökkenésével, különösen tömörített talajok esetén ahol a oszszenyomhato makroporusok (aggregátumok közötti pórusok) találhatok (Romero et al. 1999; Gallipoli et al. 2003 a). Ugyanakkor van az (5) egyenletnek néhány hátránya is. Először is nem vezet a (3) egyenletre a Telített állapot elérésekor. Lineáris a v - In p kapcsolat állandó szívások esetén, hacsak nem tekintik 1^ -t a feszültség függvényének (lásd Georgiadis et al. 2005). Ez nem konzisztens a telített talaj modellel (1. ábra). Emiatt a telített állapot elérésekor - az átmeneti szívás értékénél - a térfogat-változás rosszul definiálttá válik. Másodszor, a szívás miatti térfogat-változás független a nettó normálfeszültségtől. Ez ellentmond a megfigyeléseknek (i. ábra). Végül az u

M atmoszferikus légnyomás az (5) egyenletben a szívás szerepe jelentéktelenné válik, ha s<u

M, ami nem felel meg a frissen ülepített 'slurry' talajok (szuszpenziók) száradási viselkedésével. Az első ok, hogy a telített állapot elérésekor fellépő diszkontinuitás miatt több kutató a hatékony feszültség módszer felé fordult (e.g. Sheng et al. 2003a). A probléma egy példán látható. Terheljük a talajt az átmeneti szíváson (,v

s

a) 1 kPa tol 100 kPa -ig növő nettó normálfeszültség értekkel. Maradjon a légnyomás atmoszferikus. A telített zónában, a térfogat-változás a (3) egyenlet szerint: A telítetlen zónában az (5) egyenlet szerint: Ez a két érték - az átmeneti szívás értékétől függő mértékben - eltér. Az átmeneti szívás vagy a levegő belepési, vagy a levegő kilépési szívás, a hidraulikus pálya függvényében. 4.2 A nettó normálfeszültség és szívás kombinálása A B eljárás esetén a nettó normálfeszültséget és a metrikus szívást egyetlen változóba sűrítik, egy hatékony feszültségi változóba, és ennek a térfogatra gyakorolt hatását definiáljak. A hatékony feszültség általános formája p'=p + f{s) (6) ahol / vagy a szívás vagy a telítettségi fok függvénye. Ez az általános definíció magában foglal minden ismert hatékony feszültségi definíciót. Ezzel a (3) egyenlet a következőkepp terjeszthető ki a telítetlen állapotokra: v = iV-/lln/ = Af-A(s)ln(^+/(í)) (7) ahol N a fajlagos térfogat ha In p = 0. Mivel állandó p' átlagos hatékony feszültség esetén a v állandó, az N és 1 paraméter független a szívástól. A modellek azonban általában nem veszik ezt a feltételt figyelembe, i-t általában s függvényének tekintik, N vagy állandó, vagy változó. Tekintsük először azt az esetet, amikor N állandó, majd nézzük meg a változó N esetet.