Filtrační deformace horniny
• Prolomení
– celkové nebo místní povrchové
– kontaktní - na styku různorodých zemin
• Sufoze
– vnitřní - vyplavení jemné frakce uvnitř jednoho materiálu
– vnější - vyplavení jemné frakce ven z pórovitého prostředí
– kontaktní - vplavení jemné frakce jednoho materiálu do druhého
• Kontaktní rozmývání
- na styku dvou zemin při proudění
podél stykové plochy - i privilegované cesty
• Zpětná eroze - postupné vytváření privilegované cesty
• Kolmatace - jemná látka je zanášena do pórů, zachytí se a
zmenší pórovitost i propustnost
• SOUČASNÝ VÝSKYT - LZE DO JISTÉ MÍRY PŘIPUSTIT
Namáhání průsakem
• Průsak - namáhání objemovou sílou
– gradient:
J = ∆h / ∆l
– celková síla: γv .∆l.(h1-h2)=γ v.∆l2 . ∆ h/∆l =
– F = γv . V . i
∆h
h1
h2
hydraulický
gradient
∆l
proudění
plocha A
∆l
Kritéria filtrační stability
• Geometrická kritéria - vychází z
– velikosti pórů zeminy
– zrnitostního složení
• stejnozrnné zeminy nejsou náchylné k vnitřní sufozi
• náchylnost ke kontaktní sufozi závisí na zrnitostním
složení obou sousedních zemin
• Hydraulická kritéria
– při vnější sufozi
– při nesplnění geometrických kritérií
Vnitřní sufoze
• Proudění
– sestupné
– vzestupné
– horizontální
• Geometrická podmínka
– Dskel/dosam ≥ 10
• Sestupné proudění
– hydraulicky nejméně příznivé
– z hlediska účinků neškodné
• Vzestupné proudění
– rychlost proudění musí být větší
než sedimentační rychlost
– vp = w ;
vp / w ≤ 0,5
– sedimentační rychlost ovlivněna
okolními částicemi - koef. 0,5
čas 1
čas 2
Vnější sufoze
čas 1
čas 2
čas 1
Vnější sufoze (ztekucení)
čas 2
• vření (písek) - „boiling, fluidization“
• tíha elementu
• S = γs . V = (γγm-γγw).(1-n)
S
J
• síla proudu
• J = γw . i . V
– kde
• γs ... specifická tíha zeminy pod vodou = cca 1,3 až 1,5 kN/m3
• γW ... hustota vody = 1 kN/m3
• SF = 1 = S / J = γs / (γγw . icrit) ... mez
• icrit = γS / γW ..... tj. cca 1,3, bezpečně 0,5 až 0,7
Vnější sufoze (ztekucení)
• Istomina doporučuje jako bezpečné hodnoty použít:
– U < 10
icrit = 0,4
– 10 < U < 20
icrit = 0,2
– U > 20
icrit = 0,1
• U = d60 / d10
Kontaktní sufoze
čas 1
čas 2
Možnost vzniku kontaktní sufoze
při různých směrech proudění
jemný
hrubý
jemný
hrubý
jemný
Typ 1/1
Typ 3/1
hrubý
Typ 2/2
Typ 3/2
Typ 1/3
Typ 2/3
Typ 3/3
Kontaktní sufoze - geometrická kritéria
• Kontaktní sufoze - na styku dvou materiálů
• Vychází se ze zrnitosti - proudění ze z → f
– Bartram d f
f
d
15
15
≤
5
5
≤
≤ 9
z
z
d 85
d 15
– Terzaghi
z
f
z
4 ⋅ d 15 ≤ d 15 ≤ 4 ⋅ d 85
– USBR
d 50f
= 5 − 10
z
• stejnozrnné filtry
d 50
• nestejnozrnné s „plnou“ křivkou zrnitosti
d 50f
= 12 − 58
z
d 50
d 5f ≥ 0 , 073 mm
d 15f
= 12 − 40
z
d 15
Kontaktní sufoze - geometrická kritéria
– USACE d f
15
d
– Istomina
z
85
≤ 5
d 15f
≤ 20
z
d 15
d 50f
< 25
z
d 50
• nekohezní zeminy
– d50f/ d50z = f(ξ)
– číslo stejnozrnnosti filtru η = d60f/ d10f < 8 - 10
• kohezní zeminy - křivky obdobné jako u nekohezních
– lze značně zjednodušit popř. vypustit
– kritické je kolísání hladiny, namrzání apod.
– Čištín - nekohezní zeminy - křivky obdobné
Istomině - bezpečné až pro J = 15
Kontaktní sufoze - hydraulická kritéria
• Písčité zeminy
– číslo stejnozrnnosti zeminy η = d60f/ d10f
• η ≤ 10
...
imax = 0,3 až 0,4
• 10 ≤ η ≤ 20
...
imax = 0,2
• η > 20
...
imax = 0,1
• U kohezních zemin
– laboratorní výzkum
• rozplavování hlíny
• prolomení hlíny a odtrhávání kousků
Kontaktní sufoze - hydraulická kritéria
• Proudění rovnoběžně se stykem zemin
– Pro D10/ d10
• icrit = f (D10/
(d10.tgϕ)
Kontaktní sufoze - hydraulická kritéria
• Kontakt kohezní zeminy a filtru
– vzorky před pokusem
Kontaktní sufoze - hydraulická kritéria
• Kontakt kohezní zeminy a filtru
– vzorky po pokusu - odlamování kousků
Prolomení hydraulickým tlakem
• prolomení - „piping“ - progresívní děj:
– místní „vření“ částic
– zvýšení propustnosti
– zvýšení gradientu
– zvýšení průtoku
– fáze ztekucení
– ztráta pevnosti
– prolomení
štětová
stěna
Prolomení hydraulickým tlakem
• Bilance sil:
– tíha prizmatu:
– síla od průsaku:
P = γ w ⋅ J ⋅V = γ w
=
γ w ⋅ hm ⋅ d
γ s ⋅d 2
d
W = γ s ⋅d ⋅ =
2
2
hm ⋅ d 2
⋅
=
d ⋅2
d/2
hranol zeminy
odolávající
poruše
2
– stupeň bezpečnosti
SF =
γ ⋅d
W
= s
P
γ w ⋅ hm
štětová
stěna
d
průběh
piezometrické
výšky
– srovnání
• sklon při prolomení
• sklon v místě vysakování
• prolomení může být
kritické
hm
Laboratorní výzkum
• Prolomení hydraulickým tlakem
Teorie privilegovaných cest
• Může vzniknout na styku dvou materiálů
• Lze připodobnit proudění vody v trubici
• Horizontální privilegovaná cesta
– při koncentraci částic c = 0,01 ... hydraulicky voda
– důležitá je turbulence proudu ... vznos
– sklon čáry energie klesá s rostoucím D „potrubí“
– „optimální“ zaplnění trubice
• Vertikální privilegovaná cesta
– sestupné proudění
– vzestupné proudění
• Privilegovaná cesta zpětně ovlivňuje proudění
Teorie privilegovaných cest
- posouzení stability
• Z rozboru výsledků laboratorních zkoušek
– posouzení náchylnosti zeminy k poruše
– posouzení hydraulických gradientů a Re
• Z pozorování vodních děl
– různí autoři
Charakteristika
zeminy
Velmi jemný písek
Jemný písek
Písek s příměsí
štěrku
Štěrk s příměsí písku
Štěrk
k [m/s]
Čugajev
Bligh
Lane
Zamarin
10-5
10-4
10-3
0,10
0,15
0,06
0,07
0,08
0,12
0,14
0,17
0,08
0,10
0,12
10-2
10-1
0,25
0,11
0,20
0,25
0,30
0,14
0,16
– udávají střední hodnoty
Download

attachment_id=178