Effektiv spänning

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 18 juni 2015; kontroller kräver 5 redigeringar .

Effektiv spänning (eng. effective stress path esp ) - den grundläggande termen för jordmekanik , definierad som skillnaden mellan den applicerade belastningen på jorden och portrycket ${\boldsymbol {\sigma }}_{ij}$ $sid$ eller, med andra ord, spänningen som appliceras på en torr porös kropp ( dvs. . [ett] $p=0$

När det gäller granulometrisk jord kan det betraktas som en kraft som håller partikelaggregatet i ett stelt tillstånd. Detta gäller vanligtvis sand eller grus och vissa andra porösa material såsom etc.,metallpulver (dvs utförda vid noll portryck).

Enligt beroendet är den totala spänningen vid varje punkt konstant, om den effektiva spänningen ökar, minskar porspänningen. $\sigma ^{'}=\sigma -u$ $\sigma$ $\sigma ^{'}$ $u$

Historik

Carl von Terzaghi föreslog först termen effektiv stress 1925 i nuvarande mening. [2] Före detta betydde termen "effektiv" designspänningen , som var effektiv i att flytta marken eller orsaka förskjutningar . Det tolkas ofta som den genomsnittliga stress som uppfattas av jordskelettet.

Maurice Biot utvecklade en tredimensionell teori om jordkonsolidering genom att utöka den endimensionella modellen som tidigare utvecklats av Terzaghi till mer allmänna hypoteser och introducera en uppsättning grundläggande porelasticitetsekvationer.

Alex Skempton genomförde i sin uppsats från 1960 en omfattande genomgång av de tillgängliga litteraturformuleringarna och experimentella data om effektiva spänningar för att förfina hypoteser som stress-töjning eller hållfasthetsbeteende hos mark, mättad eller omättad miljö, markbeteende, etc.

Beskrivning

Den effektiva spänningen (σ') som verkar på marken beräknas från två parametrar: total spänning (σ) och porvattentryck (u) enligt:

\sigma '=\sigma -u\,

Som regel för enkla fall

{\begin{aligned}\sigma &=H_{\mathrm {jord} }\,\gamma _{\mathrm {jord} }\\u&=H_{\mathrm {w} }\,\gamma _ {\mathrm {w} }\end{aligned}}

I likhet med själva begreppet stress är formeln en konstruktion för att förenkla visualiseringen av krafter som verkar på en jordkropp, särskilt i enkla modeller för analys av lutningsstabilitet som inkluderar ett glidplan. [3] I dessa modeller är det viktigt att känna till den totala vikten av marken ovanför (inklusive vatten) och portrycket för vattnet i glidplanet, förutsatt att det fungerar som ett slutet lager.

Formeln blir dock förvirrande när man överväger det verkliga beteendet hos jordpartiklar under olika uppmätta förhållanden, eftersom ingen av parametrarna faktiskt är en oberoende verkan på partiklarna.

Låt oss överväga en grupp av runda korn av kvartssand , vikta löst i det klassiska "kanonkula" mönstret. Som du kan se finns det en kontaktspänning där sfärerna faktiskt berörs. Lägg till fler sfärer och kontaktspänningarna ökar till den punkt där de orsakar friktionsinstabilitet (dynamisk friktion ) och eventuellt brott. En oberoende parameter som påverkar kontakterna (både normala och tvärgående) är styrkan på sfärerna ovanifrån. Detta kan beräknas med hjälp av sfärernas totala medeldensitet och höjden på sfärerna ovanför dem.

Om vi sedan lägger dessa sfärer i ett glas och tillsätter lite vatten kommer de att börja flyta lite beroende på deras densitet ( flytkraft ). Med naturliga jordar kan effekten bli betydande, vilket alla som har lyft en stor sten från en sjö kan intyga. Kontaktspänningen på sfärerna minskar när kanterna på sfärerna sjunker, men ingenting förändras om mer vatten tillsätts efteråt. Även om vattentrycket mellan sfärerna (vattenportrycket) ökar, förblir den effektiva spänningen densamma eftersom begreppet "total spänning" inkluderar vikten av allt vatten ovanför. Det är här som ekvationen kan bli förvirrande och den effektiva spänningen kan beräknas med hjälp av sfärernas (jordens) flyttäthet och höjden på jorden ovanför dem.

Konceptet med effektiv stress blir riktigt intressant när det kommer till icke- hydrostatiskt porvattentryck. Under förhållanden med en portrycksgradient strömmar grundvatten enligt permeabilitetsekvationen ( Darcys lag ). Med våra sfärer som modell pumpar (eller tar) vi vatten mellan sfärerna. När vatten injiceras, separerar sipprkraften sfärerna och minskar den effektiva spänningen. Därmed blir jordmassan svagare. När vatten dras in krymper sfärerna och den effektiva spänningen ökar.

De två ytterligheterna av denna effekt är kvicksand , där grundvattengradienten och sippkraften verkar mot gravitationen ; och "sandslottseffekten" [4] där vattendränering och kapillärverkan förstärker sanden. Dessutom spelar effektiv stress en viktig roll för sluttningsstabilitet och andra geotekniska och geotekniska problem , såsom sättningar i samband med grundvatten.

Anteckningar

Terzaghi, K. (1925). Principer för markmekanik. Engineering News-Record, 95(19-27).

↑ 1 2 Guerriero, V (2021). "Teori om effektiv stress i jord och berg och konsekvenser för sprickprocesser: en översyn." geovetenskaper . 11 (3):119 . Bibcode : 2021Geosc..11..119G . DOI : 10.3390/geosciences11030119 .
↑ Terzaghi, Karl (1936). "Relation mellan markmekanik och grundteknik: Presidentens tal." Proceedings, First International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Boston . 3, 13-18.
↑ Geo-ingenjör vid Durham University
↑ http://home.tu-clausthal.de/~pcdj/publ/PRL96_058301.pdf Arkiverad från originalet den 30 maj 2008.