Wybrane metody badawcze we współczesnym laboratorium geotechnicznym: od podłoża do parametrów gruntowych

Podręcznik jest adresowany do studentów wydziałów budownictwa lądowego i wodnego, inżynierii lądowej, inżynierii środowiska i geologii o specjalnościach: geotechnika, budownictwo podziemne, budownictwo hydrotechniczne oraz geologia inżynierska. Może być również przydatny dla wykładowców jako pomoc w przygotowaniu wykładów z obszaru standardowych i nowoczesnych badań w geotechnice, a także dla osób zajmujących się zawodowo badaniami laboratoryjnymi gruntów.

W podręczniku przedstawiono pewien logiczny ciąg czynności, rozpoczynając od pobrania prób z podłoża, poprzez ich przygotowanie do badań laboratoryjnych oraz dobór właściwej aparatury badawczej aż do opracowania otrzymanych wyników. Omówiono kierunki badawcze rozwijane obecnie w laboratoriach geotechnicznych i związane z tym modyfikacje istniejącej aparatury oraz konstrukcje nowych rozwiązań wraz z precyzyjnymi systemami pomiarowymi.

Spis treści:

WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ..9

WPROWADZENIE15

1. POBIERANIE PRÓB GRUNTU Z PODŁOŻA17

(A/. Jastrzębska. M. Kalinowska-Pasieka)

1.1. Podsuwa prawna .17

1.2. Cci pobierania prób gruntu z podłoża18

1.3. Kategorie geotechniczne..19

1.4. Kategorie metod pobierania prób - klasy jakości prób gruntu.21

1.5. Ryzyko naruszenia struktury gruntu24

1.6. Techniki pobierania prób gruntu z podłoża.29

1.6.1. Wycinanie bloków gruntu29

1.6.2. Pobieranie próbnikami rurowymi.33

1.6.3. Zamrażanie podłoża42

1.6.4. Wybór metod i narzędzi do poboru prób gruntu..49

1.7. Podsumowanie52

2. PRZYGOTOWANIE PRÓBEK DO BADAŃ LABORATORYJNYCH 53

(M. Jastrzębska. M. Kalinowska-Pasieka)

2.1. Metoda suchej depozycji..54

2.2. Metoda wodnej sedymentacji.58

2.3. Ubijanie na mokro59

2.4. Metody sedymentacyjne..62

2.5. Przygotowanie próbek ze słabego gruntu spoistego do badań trójosiowych. 71

2.6. Przygotowanie próbek z twardego gruntu spoistego do badań trójosiowych 74

2.7. Przygotowanie próbek do badań w aparacie skrzynkowym i edometrze -wykonanie i wymagania według Eurokodu 7.78

2.8. Podsumowanie86

3. REALIZACJA BADAŃ TRÓJOSIOWYCH NA PODSTAWIE EUROKODU 7 ORAZ WŁASNYCH DOŚWIADCZEŃ .87

(M. Jastrzębska, M. Kalinowska-Pasieka)

3.1. Wymagania dotyczące próbek87

3.2. Typy stosowanego odpływu91

3.3. Redukcja tarcia na poziomych brzegach próbki93

3.4. Nasycanie grawitacyjne i metoda ciśnienia wyrównawczego {back pressure).100

3.5. Konsolidacja.109

3.6. Badanie wytrzymałości gruntu na ścinanie..118

3.6.1. Metody badań..118

3.6.2. Kryteria ścięcia próbki119

3.7. Podsumowanie.120

4. OPRACOWANIE WYNIKÓW BADAŃ LABORATORYJNYCH121

(A/. Kalinowska-Pasieka)

4.1. Badania w aparacie trójosiowym121

4.1.1. Wygląd próbek po badaniu..121

4.1.2. Sposoby prezentacji wyników123

4.1.3. Parametry gruntowe wyznaczane w badaniu trójosiowym..128

4.2. Badania w aparacie bezpośredniego Ścinania typu skrzynkowego..133

4.2.1. Wygląd próbek gruntu po badaniu133

4.2.2. Sposoby prezentacji wyników133

4.2.3. Parametry gruntowe wyznaczane w badaniu bezpośredniego ścinania135

4.3. Badania w edometrze..137

4.3.1. Sposoby prezentacji wyników137

4.3.2. Parametry gruntowe wyznaczane w badaniu edometrycznym..139

4.4. Podsumowanie.144

5. PRZEGLĄD RODZAJÓW BADAŃ145

(M. Jastrzębska)

5.1. Zasoby aparaturowe i sposób ich wykorzystania na przykładzie laboratoriów japońskich.146

5.2. Badanie jednoosiowego ściskania.150

5.2.1. Jednoosiowe ściskanie w warunkach niemożliwej bocznej rozszerzalności próbki gruntu..150

5.2.2. Jednoosiowe ściskanie w warunkach swobodnej bocznej rozszerzalności próbki gruntu..155

5.3. Badanie dwuosiowego ściskania157

5.4. Badanie bezpośredniego ścinania..158

5.4.1. Bezpośrednie ścinanie przez przesuniecie158

5.4.2. Bezpośrednie ścinanie przez obrót (pierścieniowe ścinanie).160

5.5. Badanie prostego ścinania.162

5.5.1. Badanie kierunkowego ścinania163

5.5.2. Aparat ścinania typu \y2z.164

5.6. Badanie trójosiowe165

5.6.1. Układ naprężeń..165

5.6.2. Modyfikacje aparatu trójosiowego..168

5.7. Prawdziwe badanie trójosiowe172

5.8. Badanie trójosiowe in situ.175

5.8.1. Rozwiązanie japońskie z przeznaczeniem dla gruntów skalistych..176

5.8.2. Rozwiązanie francuskie z przeznaczeniem dla gruntów spoistych i niespoistych..178

5.9. Badanie skrętnego ścinania (w kolumnach rezonansowych oraz typu hollow cylinder - badanie próbek w kształcie wydrążonego cylindra)..181

5.10. Podsumowanie..185

6. NOWE KIERUNKI ROZWOJU METOD BADAWCZYCH.187

(M. Jastrzębska)

6.1. Pomiar małych i bardzo małych odkształceń..187

6.1.1. Moduły odkształcenia G, E i K hirudina oraz współczynnik Poissona v187

6.1.2. Badania terenowe: down-hole, up-hole, cross-hole, SCPTU, SDMT, SASW, CSWS..194

6.1.3. Badania laboratoryjne: kolumna rezonansowa oraz badania z wykorzystaniem elementów typu bender.197

6.2. Lokalizacja i rozwój odkształceń w próbce.200

6.2.1. Charakter odkształceń.201

6.2.2. Przegląd dostępnych bezinwazyjnych metod pomiarowych..203

6.2.3. Stereofotogrametria..207

6.2.4. Wykorzystanie promieni rentgenowskich w badaniach trójosiowych.211

6.2.5. Wykorzystanie synchrotronu w badaniach trójosiowych.214

6.2.5.1. Charakterystyka synchrotronu214

6.2.5.2. European Synchrotron Radiation Facility (ESRF)

w Grenoble216

6.2.5.3. Narodowe Centrum Promieniowania Synchrotronowcgo

„SOLARIS" w Krakowie.223

6.3. Badania gruntów nienasyconych224

6.4. Podsumowanie.230

7. KIERUNKI ROZWOJU SYSTEMÓW POMIAROWYCH231

ffl. Jastrzębska. M. Kalinowska-Pasieka)

7.1. Sysiemy wewnętrznego pomiaru przemieszczeń..231

7.1.1. Czujniki Halla.235

7.1.2. Inklinometr238

7.1.3. Czujniki LDT..238

7.1.4. Czujniki LVDT..239

7.1.5. Interferometr241

7.1.6. Czujniki bezkontaktowe PT.242

7.1.7. Optyczne systemy pomiarowe243

7.2. Rozwój metod pomiaru przemieszczeń..246

7.3. Rozwój metod pomiaru siły..249

7.4. Rozwój metod pomiaru ciśnienia..250

7.5. Podsumowanie.253

8. ŹRÓDŁA BŁĘDÓW I NIEPRAWIDŁOWOŚCI W BADANIACH 255

(M Kalinowska-Pasieka)

PODSUMOWANIE.259

SUMMARY.262

BIBLIOGRAFIA..264

SPIS RYSUNKÓW.283

LISTOF DRAWINGS..296

SPIS TABEL308

SKOROWIDZ.310