Kamenožrout 19. června 2014 1/45
„GEOTECHNOLOGIE”
resp.
Příklady výzkumu mechanického chování zemin na PřF:
1. Výsypky severočeských dolů
2. Cementační vazby v „jílu“
3. Tégl – napjatost, překonsolidace
Kamenožrout 19. června 2014 2/45
Geotechnologie = studijní obor PřF v bakalářském programu „Geologie“
„Geotechnology“ = aplikace přírodovědných a technických postupů při využívání přírodních zdrojů
Geotechnologie = HG, IG, GF aplikovaná při výstavbě hospodaření s vodou
Geotechnika
Kamenožrout 19. června 2014 3/45
Laboratoř mechaniky zemin
Kamenožrout 19. června 2014 4/45
1. Jílovité výsypky
Severočeské povrchové doly – nadložní jíly / jílovce
Plocha zabraná výsypkami:
Kamenožrout 19. června 2014 5/45
1. Jílovité výsypky
Kamenožrout 19. června 2014 6/45
1. Jílovité výsypky
Kamenožrout 19. června 2014 7/45
1. Jílovité výsypky
Kamenožrout 19. června 2014 8/45
1. Jílovité výsypky
Degradace sypaniny (cca 6 měsíců po nasypání)
Kamenožrout 19. června 2014 9/45
1. Jílovité výsypky
Kamenožrout 19. června 2014 10/45
Jíly s vysokou plasticitou
wL= 56 až 62%
wP= 27 až 31%
Index „koloidní aktivity“ jílové frakce IA= cca 0,9; (0,77-1,03)
Dvojí pórovitost sypaninyMezerovitost = intragranulární pórovitost cca 40%Pórovitost hrud = intergranulární pórovitost cca 45%
→ počáteční celková pórovitost až 70%
→ postupná degradace struktury – vliv na kvalitu „základové půdy“
1. Jílovité výsypky
Kamenožrout 19. června 2014 11/45
1. Jílovité výsypky
Kamenožrout 19. června 2014 12/45
1. Jílovité výsypky
Problémy se stabilitou výsypek
Kamenožrout 19. června 2014 13/45
1. Jílovité výsypky
Problémy se stabilitou výsypek → zpětné výpočty „pevnosti“ zeminy z pozorovaných sklonů svahů...:
(Dykast, 1993)
... takové „parametry“ ale závisejí na hladině vody v tělese výsypky a řadě stavových proměnných...
→potřeba lepších řešení
Kamenožrout 19. června 2014 14/45
1. Jílovité výsypky
Představa o vlivu vody na sypaninu a její budoucí chování
(Dykast, 1993)
Kamenožrout 19. června 2014 15/45
1. Jílovité výsypky
→ drenáž na 'podložce' výsypky
(Dykast, 1993)
Kamenožrout 19. června 2014 16/45
1. Jílovité výsypky
Kamenožrout 19. června 2014 17/45
1. Jílovité výsypky
Kamenožrout 19. června 2014 18/45
1. Jílovité výsypky
Kamenožrout 19. června 2014 19/45
1. Jílovité výsypky
ETH Curych: zkoušky v geotechnické centrifuze a 'minicentrifuze'
(Najser, 2010)
Kamenožrout 19. června 2014 20/45
1. Jílovité výsypky
ETH Curych: zkoušky v geotechnické centrifuze
Kamenožrout 19. června 2014 21/45
1. Jílovité výsypky
ETH Curych: zkoušky v geotechnické centrifuze
(Pooley, 2013)
Kamenožrout 19. června 2014 22/45
Jednoosé stlačení
Pevnost
1. Jílovité výsypky
Kamenožrout 19. června 2014 23/45
1. Jílovité výsypky
...jeden z praktických výsledků zkoušek v centrifuze: „suché“ sypání, po něm rychlé nasycení → nejnižší stlačitelnost výsypky
(Najser, 2010)
Kamenožrout 19. června 2014 24/45
1. Jílovité výsypky
Hypoplastický numerický model sedání pokusných násypů – vliv degradace struktury výsypky v podloží
(Najser, 2010)
Kamenožrout 19. června 2014 25/45
1. Jílovité výsypky
„Sací tlaky“ v tělese rekultivované výsypky (Pokrok, Bílina)
modrá = hloubka 0,5 m, červená 1 m, zelená 2 m (Kostkanová, 2011)
Kapilární sání ovlivňuje pevnost, stlačitelnost, propustnost...….prosedavost výsypky...atd
...a opět: výsypka, která si zachová původní otevřenou strukturu (je chráněna před vlivem vody), bude prosedavější (nasycená neprosedá)
Kamenožrout 19. června 2014 26/45
1. Jílovité výsypky
Shrnutí:
Chování výsypek lze dobře charakterizovat obvyklými postupy i předpovídat, pokud jsou respektovány základy mechaniky zemin a správně interpretováno polní a laboratorní chování
Podstatné rysy:dvojí pórovitost a její degradacepočáteční nenasycenost a její degradace
Kamenožrout 19. června 2014 27/45
2. Cementace jílovité zeminy – laboratorní model
„Neporušené“ vzorky – cementační vazby se zpravidla poruší→ pokus modelovat cementační vazby v laboratoři příměsí portlandského
cementu (4%)
kaolin s vodou kaolin s vodou + 4% cementu
Kamenožrout 19. června 2014 28/45
2. Cementace jílovité zeminy – laboratorní model
Stlačitelnost
(Trhlíková, 2013)
(Najser, 2010)
Kamenožrout 19. června 2014 29/45
2. Cementace jílovité zeminy – laboratorní model
Pevnost
(Trhlíková, 2013)
(Najser, 2010)
Kamenožrout 19. června 2014 30/45
2. Cementace jílovité zeminy – laboratorní model
Smykový modul
(Trhlíková, 2013)
(Najser, 2010)
Kamenožrout 19. června 2014 31/45
2. Cementace jílovité zeminy – laboratorní model
Shrnutí
Přírodní cementační vazby lze dobře modelovat v laboratoři pomocí portlandského cementu. Modelový materiál vykazuje analogické chování k přírodním vzorků.
Byla objasněna závislost smykového modulu v pružné oblasti na cementaci (chování látky) a po porušení vazeb na napětí (partikulární látky)
Chování cementované zeminy bylo úspěšně modelováno numericky.
Kamenožrout 19. června 2014 32/45
2. Cementace jílovité zeminy – propustnost
Kamenožrout 19. června 2014 33/45
2. Cementace jílovité zeminy - propustnost
Minerální těsnění - polní zkouška zhutnění
1%CaO, 1 pojezd frézy 1%CaO, 2 pojezdy frézy
Kamenožrout 19. června 2014 34/45
Hydraulická vodivost – hutnící zkouška na skládce - vliv příměsi vápna
2. Cementace jílovité zeminy - propustnost
Kamenožrout 19. června 2014 35/45
Zhutnitelnost zeminy – vliv příměsi vápna
2. Cementace jílovité zeminy - propustnost
Kamenožrout 19. června 2014 36/45
Změny v pórovém prostoru po přímísení vápna – vliv nově tvořených minerálů v čase (8%CaO)
2. Cementace jílovité zeminy - propustnost
Kamenožrout 19. června 2014 37/45
2. Cementace jílovité zeminy – propustnost
Shrnutí
'Technologické' vápnění vede ke zvětšení pórovitosti a - kromě jiného - např. hydraulické vodivosti.
S časem, s vývojem hydratovaných křemičitanů a hlinitanů vápenatých, pórovitost při dostatečném počátečním obsahu CaO opět klesá.
Kamenožrout 19. června 2014 38/45
3. Napjatost a překonsolidace téglu
Motivace: výstavba Královopolských tunelů v brněnském třetihorním jílu – průzkum, modelování, chování zeminy.
(Pavlík et al., 2004)
Kamenožrout 19. června 2014 39/45
3. Napjatost a překonsolidace téglu
In situ napjatost je potřebná pro modelování (predikci) výrubu.
Zpravidla se uvažuje σh' = K
0 σ
v'
V překonsolidovaných zeminách ale nelze K0 snadno stanovit.
(Svoboda, 2011)
Kamenožrout 19. června 2014 40/45
3. Napjatost a překonsolidace téglu
...v překonsolidovaných zeminách nelze K0 snadno stanovit:
Kamenožrout 19. června 2014 41/45
3. Napjatost a překonsolidace téglu
...v překonsolidovaných zeminách nelze K0 snadno stanovit...
→zpětná analýza deformací měřených v kruhové rozrážce:
(Pavlík et al., 2004)
Kamenožrout 19. června 2014 42/45
3. Napjatost a překonsolidace téglu
...v překonsolidovaných zeminách nelze K0 snadno stanovit...
→zpětná analýza deformací měřených v kruhové rozrážce:
(Rott a Mašín, 2013)
Kamenožrout 19. června 2014 43/45
3. Napjatost a překonsolidace téglu
...v překonsolidovaných zeminách nelze K0 snadno stanovit...
→zpětná analýza deformací měřených v kruhové rozrážce:
K0
(Rott a Mašín, 2013)
Kamenožrout 19. června 2014 44/45
Shrnutí
….K0 je nesložitějším parametrem, se kterým jsme se zatím v
laboratoři mechaniky zemin PřF potýkali....
3. Napjatost a překonsolidace téglu
Kamenožrout 19. června 2014 45/45
Děkuji za pozornost
