Krypning i jord vid laboratorieförsök

Olika jordarters generella krypegenskaper bestäms i laboratorieförsök. Eftersom labotatorie­

försök alltid genomförs under ordnade och kontrollerade former, kan man förvänta sig att det i fält observerade krypbeteendet kan komma att skilja sig från det som bestäms i försöken.

Kryp hastigheten beror till stor del på kvoten T-hr, där T- är aktuell skjuvspänningsnivå och T-r är skjuvhållfastheten [kN/m^2]. Kryphastigheten ökar när denna kvot närmar sig värdet 1,0, set ex Vyalov (1986), Esu och Grisolia (1977). Det är mycket denna insikt som har gjort det möjligt att göra ingenjörsmässiga bedömningar vad gäller krypning i slänter på basis av resultat från

c:\dokument\word\rap\anaslant\littsearch\littrap.doc Utskrivet: 1998-06-16 08:33

klassiska stabilitetsanalyser. Exempel på kryphastighetens beroende av kvoten -r:hr framgår av

Figur 5. 1 Horisontell deformation som funktion av tiden vid krypförsök utförda i laboratorium för olika värden på kvoten rlrr,, där rt här betecknar aktuell skjuvspänningsnivå under försöket (Esu och Grisolia, 1977).

Esu och Grisolia (1977) konstaterar att kryphastigheten i stort är obefintlig om -r:tf-r:r < 0,4. Inom intervallet 0,4 < -r:tf-r:r < 0,9 ökar kryphastigheten med skjuvspänningsnivån. Vidare konstateras att kryphastigheten ökar markant om -r:1hr



1,0. Detta resultat ligger i linje med vad som också konstaterats av andra, tex Biarez och Boucek (1973), Murayama och Shibata (1961), Figur 5.2.

;i ^:1/min

Figur 5.2 Förändring av töjningshastigheten med tiden för olika värden på kvoten

r/r,.

Resultaten erhållna från konventionella triaxialförsök (Murayama och Shibata, 1961).

c:\dokument\word\rap\anaslant\littsearch\littrap.doc Utskrivet: 1998~06-16 0/3:33

Teoretiskt kan krypkurvor tecknas som i Figur 5.3, varvid tre i princip skilda förlopp kan noteras, nämligen visköst flöde ( dvs krypning med konstant hastighet), krypning med icke avtagande kryphastighet respektive krypning med avtagande kryphastighet. Vid kyrpning med icke avtagande kryphastighet, kan förloppet delas in i tre delar; primärkrypning, sekundär­

krypning och tertiärkrypning. Den första transienta delen av kryp kurvan beskriver primär­

krypningen, som erhålls vid lastpåläggningen. Kryphastigheten ökar först för att sedan avta och gå in i en fas med konstant kryphastighet, sekundärkrypningen. Beroende på materialegen­

skaperna fortsätter fasen med konstant kryphastighet under en längre eller kortare tid. Därefter går kryphastigheten in i en accelererande fas, tertiärkrypningen, som slutligen leder till brott. När det gäller krypning med avtagande kryphastighet, sker med tiden en stabilisering, och såvida ingenting förändras kommer kryphastigheten att minska tills den blir försumbart låg. Krypning med konstant hastighet (visköst flöde) kan leda till brott i jorden med tiden, eftersom jord i normala fall endast kan ta upp en viss deformation.

C 0

..,

0

E L 0 QJ 0

Tlme, t

Fig. 1-3. Dcvelopment of deformation in a body with time: / = viscous flow: 2 = non-atlcnualing crccp 3 = atlcnuating creep.

Figur 5.3 Teoretisk teckning av krypförlopp hos jord (1) visköst flöde, dvs krypning med konstant hastighet, (2) krypning med icke avtagande hastighet och (3) krypning med avtagande hastighet.

Analogt med de resultat som redovisas av Esu och Grisolia (1977) samt Murayama och Shibata (1961 ), där kryphastigheten är försumbar om värdet på kvoten 1:tf'tr <::::; 0,4, påpekar också Ter­

Stepanian (1980) att skjuvspänningsnivån i materialet måste överstiga en viss tröskelnivå för att krypning ska initieras6, dock utan att närmare ange storleksordningen på denna tröskelnivå. För att krypning ska kunna pågå en längre tid utan att brott uppstår i jorden, menar Ter-Stepanian vidare att skjuvspänningsnivån måste befinna sig på en nivå väl understigande brottnivån.

6 Detta känns även igen från t ex konsolideringsteorin, där man antar att effektivspänningsnivån måste vara minst 80% av förkonsolideringstrycket ( cr' :?: 0,8·0' c) för att krypning ska initieras.

c:\dokument\word\rap\anaslant\littsearch\littrap.doc Utskrivet: 1998-06-16 08:33

Ter-Stepanian (1980) har valt att redovisa jords krypegenskaper med så kallade reologiska kurvor, Figur 5.4, vilka visar förhållandet mellan skjuvtöjningshastighet och skjuvspänning ( y som funktion av ^1:) för ett givet tidsintervall från det att jorden utsattes för en skjuvbelastning.

1:r motsvarar skjuvhållfastheten. Den övre x-axeln i Figur 5.4 visar skjuvspänningsnivån 1: och den nedre x-axeln visar mobiliserad skjuvhållfasthet (tan(0)) för tidsintervallen t1 och ti från det att provet utsattes för en skjuvbelastning, där ti > t1. 1:0 respektive tan(0) motsvarar det tröskel­

värde under vilket krypning inte uppträder. T]

=

tan(a) motsvarar jordens dynamiska viskositet.

W, krypvidden, och A, krypamplituden är två karaktäristiska parametrar som läses ut ur y -1:

-kurvorna, såsom framgår av Figur 5.4.

~,

I

Lo ---w ___

^{____,'tj: '"C}

tari r.p' ta.n. 8

Figur 5.4 Exempel på reologisk kurva i form av förhållandet mellan skjuvspänning och skjuvtöjningshastighet (Ter-Stepanian, 1980).

Tiden som har förlöpt efter det att provet utsattes för en skjuvbelastning är viktig vid alla kryp­

förlopp. Vid låga skjuvspänningsnivåer minskar kryphastigheten gradvis och övergår till ett konstant förlopp med mycket låg hastighet, som kan pågå i tiotals, hundratals eller till och med tusentals år. Bara vid höga skjuvspänningsnivåer, i närheten av brottnivån, ökar kryphastigheten gradvis med tiden tills brott slutligen uppstår. Detta förhållande avspeglas i Figur 5.4 med en streckad linje för ett långt tidsintervall (t2) efter det att provet utsattes för en skjuvbelastning.

Den heldragna linjen motsvarar ett kort tidsintervall (t1). Den streckade linjen (ti) löper väl under linje t1för låga och medelhöga skjuvspänningsnivåer och passerar den först nära brott.

Eftersom skjuvspänningsnivåerna varierar naturligt i en jordvolym, kommer även kryphastig­

heten att variera i olika delar av enjordvolym. I områden med höga skjuvspänningsnivåer kommer kryphastigheten att öka med tiden och tvärtom i områden med låga eller medelhöga skjuvspänningsnivåer. Således kommer kryprörelserna att koncentreras till vissa områden i en jordvolym.

c:\dokument\word\rap\anaslant\littsearch\littrap.doc Utskrivet 1998-06-16 08;33

Krypvidden, W, och krypamplituden, A, skiljer sig något mellan normalkonsoliderad (index NC) och överkonsoliderad (index OC) jord. Såväl krypvidden som krypamplituden är lägre för en normalkonsoliderad jord, Figur 5.5.

0

4--r

oc

^I I

i

I Aoc

I

I

I

NC ,,.. ^/

,,.. ,,..

~

/ /

W ^{t<C Z: or tcvdJ}

w

^oc

Figur 5. 5 Reologiska kurvor för två typiska jordar i det initiella skedet efter det att provet utsatts för en skjuvbelastning. OC betecknar överkonsoliderad jord och NC normalkonsoliderad jord (Ter-Stepanian, 1980).

Bjerrum (1973) presenterar en fenomenologisk beskrivning av krypning i lera. Han menar att jordens skjuvhållfasthet byggs upp av dels en effektiv friktion, som ökar linjärt med effektiv­

spänningsnivån, dels en effektiv kohesion, vars storlek är beroende av vatteninnehållet i jorden och ökar linjärt med ett ekvivalent förkonsolideringstryck. Ursprunget till friktionsdelen av skjuvhållfastheten tros vara motståndet mot glidning mellan partiklar som är i kontakt mineralyta mot mineralyta. Kohesionen utgör bidraget till skjuvhållfastheten från partiklar som inte är i kontakt mineralyta mot mineralyta, utan som skiljs åt av en vattenfilm.

Bjerrum menar att kryprörelser på partikelnivå kommer att ske i kontaktpunkterna av kohesiv natur. Kryphastigheten kommer att öka med ökad skjuvspänningsnivå och med tjockleken på vattenfilmen mellan partiklarna, dvs lerans plasticitet. Som en konsekvens av kryprörelserna kommer kohesiva kontaktpunkter att brytas ned, vilket ger upphov till töjningar som i makro­

skopisk skala observeras som krypning.

c:\dokument\word\rap\anaslant\littsearch\littrap.doc Utskrivet: 1998-06-16 08:33

In document naturliga slänter (Page 47-52)