Analiza naprężeń w badaniach laboratoryjnych – nieskończone

Analiza naprężeń w badaniach laboratoryjnych

Aparat trójosiowego ściskania

Ciśnienie wody w komorze aparatu wywołuje poziome naprężenia σ_x = σy = σ₀, które w przypadku aparatu trójosiowego ściskania są naprężeniami głównymi σ₂. Suma nacisku tłoka i ciśnienia w komorze wywołuje pionowe naprężenia σ_z, które w tym badaniu też są naprężeniami głównymi. Zgodnie z konwencją, maksymalne naprężenie główne oznaczane jest jako σ₁, minimalne jako σ₃, a pozostałe, trzecie naprężenie jako σ₂. W aparacie trójosiowym σ₂ = σ₃, więc od tej pory będziemy rozpatrywali tylko naprężenia σ₁ i σ₃.

Badanie w aparacie trójosiowego ściskania rozpoczyna się od stanu, w którym σ₁ = σ₂ = σ₃, czyli na całą próbkę działa jednakowe, stałe ciśnienie wody, co oznaczono czarną kropką. Następnie ciśnienie wody w komorze aparatu pozostaje bez zmian, σ3 = const, a nacisk tłoka wzrasta, a więc σ₁ > σ₃. Proces ten został przedstawiony na powyższym rysunku jako stopniowo powiększające się koła Mohra o kolorach: zielonym, niebieskim, żółtym i czerwonym. Kiedy nacisk tłoka na próbkę będzie tak duży, że koło Mohra obrazujące stan naprężenia w próbce zetknie się z obwiednią graniczną Coulomba (czerwone koło Mohra), w próbce nastąpi ścięcie, co zbiegnie się w czasie z osiągnięciem maksymalnych naprężeń.

Naprężenia na płaszczyźnie ścięcia w badaniu w aparacie trójosiowego ściskania.

Na wcześniejszych etapach badania naprężenia w próbce i związane z nimi odkształcenia były właściwie jednolite (homogeniczne) w każdym fragmencie badanej próbki. Po ścięciu dalsze odkształcenia próbki ulegają lokalizacji, to jest zachodzą przede wszystkim w obrębie tak zwanego pasma ścinania, które najczęściej rozdziela dwie bryły prawie nienaruszonego gruntu. Ś‘cięcie próbki w badaniu w aparacie trójosiowego ściskania może nastąpić na dowolnej płaszczyźnie. Nachylenie płaszczyzny ścięcia skorelowane jest z kątem tarcia wewnętrznego gruntu i waha się od 45^º do (45^º – φ/2) , ale jednocześnie jest bardzo podatne na niedokładności w trakcie przeprowadzania badania, jak na przykład tarcie podstaw próbki o powierzchnie tłoka, więc nie powinno być używane do określania wartości kąta tarcia wewnętrznego gruntu φ. Naprężenia działające na płaszczyźnie ścięcia przedstawione są na powyższym schemacie.

Aparat bezpośredniego ścinania

W aparacie skrzynkowym kierunki naprężeń głównych nie są znane, znane są natomiast kierunki i wartości naprężeń na płaszczyźnie ścięcia, ponieważ wymusza je budowa aparatu.

Poniżej przedstawiono graniczne koło Mohra dla próbki, która uległa ścięciu w aparacie skrzynkowym. Dokładna ścieżka naprężenia, jaką próbka dotarła do granicznego koła Mohra w badaniu w aparacie trójosiowego ścinania nie jest znana. Koło Mohra reprezentujące stan naprężenia próbki ściętej w badaniu w aparacie skrzynkowym.