Stanovení pórových tlaků kolemvýrubu s využitím skemptonových koeficientů

Abstract

V současném tunelovém stavitelství se nejen v České republice používá pro predikci chování stavby a statický návrh konstrukčních prvků matematické modelování. Je to obecně výrazný posun kupředu - použití numerických kódů umožňuje stanovit komplexní rozložení napětí kolem vystrojeného nebo nevystrojeného výrubu. Málokterý program však umožňuje vypočítat napjatost kolem výrubu při zohlednění současně prakticky všech aspektů mechaniky zemin, jakými jsou například překonsolidace, částečná konsolidace při rychlé změně napjatosti, vliv dilatance, pozici na dráze efektivního napětí, sekundární stlačení, stupeň nasycení, tuhost skeletu, množství pórového vzduchu rozpuštěného v pórové vodě, teplota, chemické změny apod. Implementace těchto nadstandartních opcí do zdrojové databáze poté vyžaduje sestavení většinou diferenciální rovnice a algoritmu pro její přibližné řešení. Existuje však veličina, jejíž predikce je makroskopicky popsána v základním tvaru dvěma bezrozměrnými parametry, tzv. Skemptonovými součiniteli nebo koeficienty. Touto veličinou je přírůstek pórového tlaku od změny napjatosti a autor teorie A. W. Skempton společně dalšími kolegy stanovili a prokázali na základě laboratorních zkoušek závislost těchto součinitelů na některých z výše uvedených a popsaných fenoménů - především na stupni nasycení, tuhosti skeletu, překonsolidaci, poloze na dráze efektivních napětí. Účelem této práce je dokázat, že lze sestavit a v praxi aplikovat (v našem případě na stavbě tunelu Dobrovského) relativně jednoduchý algoritmus pro přibližné stanovení přírůstku pórového tlaku při složitém a komplexním pohledu na vlastnosti zeminy.

In recent tunnel engineering, mathematical modeling is used for prediction of construction behavior and static design of construction components. It is generally noticeable shift forwards - the usage of numerical codes allows determination of stress distribution around supported or unsupported excavation. Hardly any program, though, makes possible evaluation of stress distribution around excavation and simultaneously assumption practically of all aspects of soil mechanics - for example overconsolidation, partial consolidation together with quick change of stress, dilation, position on effective stress path valid for given soil during undrained loading, secondary consolidation, degree of saturation, stiffness of structure, the amount of pore air dissolved in pore water, temperature, chemical changes, etc. Implementation of these above-standard options into the source database thereafter needs composition of mostly differential equation and algorithm for its approximate solution. However, there exists a quantity - excess pore pressure, whose prediction is macroscopically described in basic form by two dimensionless parameters, so called Skempton's coefficients. The excess pore pressure is the result of change of stress acting on pore water-air-skeleton soil system and author of theory, A. W. Skempton together with other colleges proved (on the basis of laboratory tests) the dependence of these coefficients on some of above mentioned and described phenomenon - degree of saturation, stiffness of the skeleton, overconsolidation and position on effective stress path valid for given soil during undrained loading. The purpose and aim of this dissertation thesis is to demonstrate the feasibility to compose and practically apply relatively simple algorithm for approximate evaluation of excess pore pressure.