Zastosowanie piezoelementów typu bender do oceny sztywności początkowej gruntu nienasyconego z kontrolowanym ciśnieniem ssania

• Autorzy: Skutnik Zdzisław , Biliniak Marcin , Soból Emil , Sas Wojciech

Identyfikatory

DOI

10.22630/PNIKS.2019.28.3.38

Warianty tytułu

EN

Application of bender-type piezoelements for assessment of initial unsaturated soil stiffness with controlled suction

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule podjęto próbę oceny wpływu stopnia nasycenia gruntu wodą na jego sztywność w zakresie małych odkształceń. Właściwa analiza interakcji konstrukcji budowlanej z gruntem przeprowadzana z wykorzystaniem metod numerycznych wymaga znajomości parametrów, w szczególności charakterystyk sztywności w zakresie odkształceń odpowiadających rzeczywistym warunkom pracy tej konstrukcji. Zazwyczaj odkształcenia podłoża gruntowego wywołane obciążeniem od budowli nie przekraczają wartości 10–3, w związku z czym szczególnie ważne dla inżyniera geotechnika jest określenie sztywności gruntu w zakresie odkształceń 10–5–10–3. W celu wyznaczenia charakterystyk sztywności gruntu spoistego wykorzystano aparat trójosiowego ściskania wyposażony w piezoelementy typu bender, umożliwiające pomiar prędkości fali poprzecznej wewnątrz próbki. Podstawa opisywanego aparatu trójosiowego jest wyposażona w ceramikę o wysokim ciśnieniu wejścia powietrza (HAEV), co pozwoliło, wykorzystując technikę „translacji osi”, wykonać badania dla zmiennego (kontrolowanego) stopnia nasycenia próbki gruntu wodą. W literaturze stopień nasycenia (Sr) i wilgotność gruntu są wymieniane jako jedne z wielu czynników, które obok właściwości fizycznych, wartości naprężeń efektywnych, wskaźnika porowatości, historii naprężenia i innych wpływają na prędkość propagacji fali w gruncie. W publikacji opisano metodykę badań oraz przedstawiono wyniki badań własnych.

EN

The paper presents an evaluation of the influence of the degree of saturation of soil with water on its stiffness in the range of small deformations. Appropriate analysis of the interaction of the building structure with the subsoil carried out with the use of numerical methods requires the knowledge of parameters, in particular stiffness characteristics in the range of deformations corresponding to the actual conditions of the structure’s work. Usually the deformations of the subsoil caused by the structure do not exceed 10 –3, therefore it is particularly important for the geotechnical engineer to determine the soil stiffness in the range of deformations 10–5–10–3. In order to determine the stiffness characteristics of co-hesive subsoil, a triaxial compression apparatus equipped with piezoelectric elements of bender type was used, enabling the measurement of the transverse wave velocity inside the sample. The base of the described triaxial apparatus is equipped with high-pressure air entry ceramics (HAEV), which allowed to use the technique of “axis translation” to perform tests for variable (controlled) degree of saturation of the soil sample with water. In the literature, the degree of saturation (Sr) and soil moisture are mentioned as one of many factors which, apart from physical properties, values of effective stresses, voids index, stress history and others, influence the velocity of wave propagation in the ground. The publication describes the methodology of research and presents the results of own research.

Słowa kluczowe

PL

piezoelementy typu bender; sztywność; małe odkształcenia; grunt nienasycony; ssanie macierzyste

EN

bender elements; small-strain; stiffness; unsaturated soil; matric suction

• Wydawca: Wydawnictwo Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
• Czasopismo: Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 28, No. 3
• Strony: 405--416
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., rys., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Skutnik Zdzisław

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Katedra Geoinżynierii, ul. Nowoursynowska 159, 02-787 Warszawa, Poland

autor

Biliniak Marcin

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Katedra Geoinżynierii, ul. Nowoursynowska 159, 02-787 Warszawa, Poland

autor

Soból Emil

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Katedra Geoinżynierii, ul. Nowoursynowska 159, 02-787 Warszawa, Poland

autor

Sas Wojciech

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Katedra Geoinżynierii, ul. Nowoursynowska 159, 02-787 Warszawa, Poland

Bibliografia

• Asslan, M. i Wuttke, F. (2012). Wave velocity change and small-strain stiffness in unsaturated soils: experimental investigation. W C. Mancuso, C. Jommi, F. D’Onza (red.), Unsaturated soils: research and applications (strony 355-362). Springer: Berlin, Heidelberg.
• Atkinson, J.H. i Sallfors, G. (1991). Experimental determination of soil properties (stress-strain-time). Proceedings of 10th ECSMFE, 3, 915-956.
• Bajda, M., Markowska-Lech, K., Lech, M. i Skutnik, Z. (2016). Terenowe badania sejsmiczne w praktyce geotechnicznej. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, 93, 95-107.
• Bajda, M. i Skutnik, Z. (2010). Ocena modułu ścinania gytii na podstawie geotechnicznych badań terenowych. Inżynieria Morska i Geotechnika, 4, 507-511.
• Barański, M. i Szczepański, T. (2007). Zastosowanie metod sejsmiki powierzchniowej do oceny modułu G gruntu. Czasopismo Techniczne. Środowisko, 104, 17-25.
• Burland, J.B. (1989). Ninth Laurits Bjerrum Memorial Lecture: “Small is beautiful” – the stiffness of soils at small strains. Canadian Geotechnical Journal, 26(4), 499-516.
• Camacho-Tauta, J.F., Cascante, G., da Fonseca, A.V. i Santos, J.A. (2015). Time and frequency domain evaluation of bender element systems. Géotechnique, 65, 548-562.
• Dyvik, R. i Madshus, C. (1985). Lab measurements of Gmax using bender elements. W V. Khosla (red.), Proceedings ASCE Annual Convention: Advances in the Art of Testing Soils under Cyclic Conditions (strony 186-197). Detroit: American Society of Civil Engineering.
• Fredlund, D.G. i Rahardjo, H. (1993). Soil mechanics for unsaturated soils. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons.
• Godlewski, T. i Szczepański, T. (2011). Nieliniowa charakterystyka sztywności gruntu (G0) – metody oznaczania i przykłady zastosowań. Górnictwo i Geoinżynieria, 35, 243-250.
• Godlewski, T., Szczepański, T. i Bogusz, W. (2015). Stosowalności wybranych metod określania modułu sztywności G0 gruntów w praktyce geotechnicznej. Inżynieria Morska i Geotechnika, 3, 371-376.
• Heitor, A., Indraratna, B. i Rujikiatkamjorn, C. (2012). Characterising compacted soil using shear wave velocity and matric suction. Australian Geomechanics Journal, 47(2), 79-86.
• Jastrzębska, M. (2010). Badania zachowania się gruntów spoistych poddanych obciążeniom cyklicznym w zakresie małych odkształceń. Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej.
• Kanty, P., Podleś, K., Truty, A. i Warchal, T. (2016). Wzmocnienie podłoża gruntowego pod fundamentami turbozespołu bloków 5 i 6 w PGE Elektrownia Opole SA. Acta Scientiarum Polonorum. Architectura, 15(4), 91-102.
• Kriegel H.J. i Weisner H.H. (1973). Problems of stress strain conditions in subsoil. W Proceedings 8th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, 1(3), 133-141.
• Lawrence, F.V. (1963). Propagation of Ultrasonic Waves through Sand. Research Report R63-08. Cambridge, MA, USA: Massachusetts Institute of Technology.
• Lawrence, F.V. (1965). Ultrasonic Shear Wave Velocity in Sand and Clay. Research Report R65-05. Cambridge, MA, USA: Massachusetts Institute of Technology.
• Lee, J.S. i Santamarina, J.C. (2005). Bender elements: performance and signal interpretation. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 131(9), 1063-1070.
• Leong, E.C., Rahardjo, H. i Fredlund, D.G. (2001). Application of unsaturated soil mechanics in geotechnical engineering. W Proceedings of the 8th East Asian Pacific Conference on Structural Engineering and Construction: challenges in the 21st century. Singapore. Nanyang Technological University [CD].
• Leong, E.C., Yeo, S.H. i Rahardjo, H. (2005). Measuring shear wave velocity using bender elements. Geotechnical Testing Journal, 28(5), 488-498.
• Lipiński, M.J. (2013). Kryteria wyznaczania parametrów geotechnicznych (rozprawa habilitacyjna). Warszawa: SGGW.
• Lipiński, M.J. i Wdowska, M.K. (2004). Kryteria nasączania gruntów prekonsolidowanych metodą ciśnienia wyrównawczego. W Materiały II Problemowej Konferencji Geotechniki „Współpraca budowli z podłożem gruntowym” (strony 71-81). Białystok–Białowieża.
• Lu, N. i Likos, W. (2004). Unsaturated soil mechanics. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons.
• Markowska-Lech, K., Lech, M., Bajda, M. i Szymański, A. (2013). Small strain stiffness in overconsolidated Pliocene clays. Annals of Warsaw University of Life Sciences – SGGW. Land Reclamation, 45(2), 169-181.
• PN-86/B-2480. Grunty budowlane. Określenia, symbole, podział i opis gruntów.
• PN-EN ISO 14688. Badania geotechniczne. Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów.
• Sas, W., Gabryś, K., Soból, E. i Szymański, A. (2016). Dynamic Characterization of Cohesive Material Based on Wave Velocity Measurements. Applied Sciences, 6(2), 49. DOI: 10.3390/app6020049
• Sas, W., Gabryś, K. i Szymański, A. (2014). Comparison of resonant column and Bender elements tests on selected cohesive soil from Warsaw. Electronic Journal of Polish Agricultural Universities. Series Civil Engineering, 17(3), #7.
• Sas, W., Soból, E., Gabryś, K. i Markowska-Lech, K. (2016). Study of the cohesive soil stiffness in a modified resonant column. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, 93, 21-33.
• Shirley, D.J. (1978). An improved shear wave transducer. Journal of the Acoustical Society of America, 63, 1643-1645.
• Skutnik, Z. (2002). Weryfikacja parametrów geotechnicznych rdzenia zapory nasypowej na podstawie badań prowadzonych podczas budowy (praca doktorska). Warszawa: SGGW.
• Skutnik, Z. (2015). Badania gruntów nienasyconych – dotychczasowe doświadczenia i perspektywy rozwoju. Inżynieria Morska i Geotechnika, 3, 176-183.
• Skutnik, Z., Biliniak, M. i Szymański, A. (2015). Badania wpływu ciśnienia ssania na wytrzymałość i sztywność gruntu spoistego i niespoistego. Inżynieria Morska i Geotechnika, 3, 216-221.
• Skutnik, Z., Lendo-Siwicka, M. i Garbulewski, K. (2010). Assessment of the cv coefficient for unsaturated Warsaw Clay. W Proceedings of the 5th International Conference on Unsaturated Soils. Tom 1 (strony 371-380). Barcelona. Boca Raton: CRC Press/Balkema.
• Soból, E., Sas, W. i Szymański, A. (2015). Zastosowanie kolumny rezonansowej do określenia reakcji gruntów drobnoziarnistych obciążonych dynamicznie. Scientific Review Engineering and Environmental Sciences, 24(2), 133-144.
• Świdziński, W. i Mierczyński, J. (2010). Badania reakcji sprężystej gruntów niespoistych za pomocą pomiaru prędkości fali sejsmicznej. Czasopismo Techniczne. Środowisko, 107 (1-Ś), 63-82.
• Szczepański, T. i Godlewski, T. (2017). Wybrane aspekty prawidłowego doboru parametrów badania i weryfikacji wyników oznaczeń dla określania modułu sztywności (G0) w metodzie BET. Scientific Review Engineering and Environmental Sciences, 26(1), 75-84.
• Truty, A. (2008). Sztywność gruntów w zakresie małych odkształceń. Aspekty modelowania numerycznego. Czasopismo Techniczne. Środowisko, 105(3-Ś), 107-126.
• Truty, A., i Podleś, K. (2010). Zastosowanie modelu hardening soil-small do analizy problemów interakcji konstrukcji budowlanych z podłożem. Czasopismo Techniczne. Środowisko, 107, 117-134.
• Viggiani, G. i Atkinson, J.H. (1995). Interpretation of bender element tests. Géotechnique, 45, 149-154.
• Yang, S.R., Lin, H.D., Kung, J.H.S. i Liao, J.Y. (2008). Shear wave velocity and suction of unsaturated soil using bender element and filter paper method. Journal of GeoEngineering, 3(2), 67-74.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).