velikost textu

Mechanical behaviour of variably saturated clay fills

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Mechanical behaviour of variably saturated clay fills
Název v češtině:
Mechanické chování proměnlivě nasycených jílovitých výsypek
Typ:
Disertační práce
Autor:
RNDr. Vladislava Kostkanová, Ph.D.
Školitel:
Ing. Jan Boháč, CSc.
Oponenti:
Ing. Jan Kurka, CSc.
prof. Ing. Ivan Vaníček, DrSc.
Konzultant:
prof. Dr. Ing. Ivo Herle
Id práce:
83600
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Ústav hydrogeologie, inž. geologie a užité geofyziky (31-450)
Program studia:
Aplikovaná geologie (P1202)
Obor studia:
Aplikovaná geologie se zaměřeními (XGEOLAP)
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
19. 9. 2011
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
jílovitá výsypka, hrudkovitá struktura, dvojí pórovitost, kapilární sání, prosedavost, degradace struktury
Klíčová slova v angličtině:
clay fill, lumpy structure, double porosity, matric suction, collapse, structure degradation
Abstrakt:
Mechanické chování proměnlivě nasycených jílovivých výsypek VLADISLAVA KOSTKANOVÁ Doktorská disertační práce – Český abstrakt Vytěžené nadloží z povrchových hnědouhelných dolů se ukládá na výsypky. V Severozápadních Čechách převládají mezi ukládanými zeminami jílovité zeminy. Následkem charakteru a stavu vytěžené zeminy, dohromady s technologií těžby a ukládáním, vzniká typická hrudkovitá struktura jílovivých výsypek. Ukládané hroudy se liší svou velikostí a mechanickými vlastnostmi, ale převládají tuhé až pevné hroudy o velikostech do 0.5 metru. Velké a otevřené makropóry mezi jednotlivými hrudkami jsou charakteristickým jevem jílovitých důlních výsypek. Výsypky vykazují strukturu s dvojí pórovitostí skládající se z mezerovitosti (intergranulární pórovitosti) mezi hrudkami a intragranulární pórovitosti uvnitř hrudek. Celková pórovitost čerstvě nasypaných výsypek může tedy dosahovat až 70%. Tento typ struktury výsypkových zemin je metastabilní. Tato práce se zaměřuje na problematické chování jílovitých výsypek kvůli jejich metastabilnímu struktuře a částečně nasycenému stavu. Dlouhodobý monitoring kapilárního sání v hloubkách do 2 metrů na dvou rekultivovaných výsypkách odhalil rozdílné trendy. Sezónně závislé oscilace kapilárního sání byly namodelovány na výsypce dolu Bílina, zatímco žádná sání ukazující na plně nasycený stav byla naměřena na výsypce bývalého dolu 5. květen. Určily se hydraulické charakteristiky pro neporušené a hrudkovité vzorky, které byly využity v inverzní numerické analýze vertikálních profilů kapilárního sání. Vysoké hodnoty kapilárního sání a jeho častá oscilace byly namodelovány v mělkých hloubkách. Zkoumalo se mechanické chování výsypkových zemin ze dvou výsypek. Pevnost v tlaku a kapilární sání se stanovily na jednotlivých hroudách. Vysoká kapilární sání účinkují v mikropórech hrud i když jsou plně nasycené. Pozorovala se degradace hrud vystavených cyklům zvlhčování a sušení. Jedno zvlhčení hroudy při její přirozené vlhkosti je nedostatečné, aby rozrušilo její strukturu, zatímco aplikace cyklů vede k rozrušení hroudy. Oscilace sání přispívají k degradaci hrudkovité struktury a uzavírání makropórů v poli. Klasické laboratorní zkoušky na hrudkovitém materiálu (smykové a oedometrické zkoušky) byly doplněny o velkorozměrové zkoušky. Mechanické chování výsypkového materiálu je ovlivněno přítomností makropórů a také reaguje na vlivy velikosti hrud a času, což dále znesnadňuje popis jeho chování. Původně hrudkovitá struktura se mění v čase účinky zvětrávání a kvůli geostatickému napětí. Částečně nasycený stav hrudek také přispívá ke zvláštnímu chování výsypkové zeminy. Pomocí rešerše literatury a na vlastních experimentech se definovaly meze pro prosedavost u dvou typicky prosedavých zemin. Index prosedavosti závisí na stupni nasycení, objemové hmotnosti a aplikovaném napětí. Metoda dvojích křivek byla použita pro zhodnocení potenciálu prosedavosti u neporušených a hrudkovitých vzorků odebraných ze dvou výsypek. Prosedavost snižuje otevřenou makropórovitost, což způsobuje vznik ulehlejší struktury. Byly naměřeny dva rozdílné trendy u prosedavosti neporušených vzorků ze starší výsypky a hrudkovitých vzorků.
Abstract v angličtině:
Mechanical behaviour of variably saturated clay fills VLADISLAVA KOSTKANOVÁ Ph.D. Thesis – English Abstract The excavated overburden from open-cast coal mines is end-dumped in fills. Clay type soil prevails among the filled soils in North-western Bohemia. As a consequence of the character and state of the soil, together with the mining and dumping technology, a typical lumpy structure of the clay fill is formed. The filled lumps range in size and vary in mechanical properties, but stiff to solid lumps up to 0.5 m in size are prevalent. Large and open macrovoids between the single lumps are a characteristic feature of the clay fills. Clay fills exhibit a double porosity structure, consisting of intergranular porosity between the lumps and intragranular porosity inside them. The total porosity of the freshly filled soils can reach 70%. This type of clay fill structure is metastable. This thesis focuses on the problematic behaviour of clay fill soils due to their metastable structure and their partly saturated state. Long-term monitoring of matric suction at depths up to 2 metres in two reclaimed clay fills revealed two different trends. Seasonally-dependent suction oscillations were recorded in the moderate slope of the clay fill in the Bílina mine, while no suction pointing to fully saturated conditions was measured in the clay fill of the former 5.Květen mine. The hydraulic characteristics for undisturbed lumpy specimens were determined and were used in the inverse analysis of the matric suction. The vertical profiles of matric suction were modelled in different times. High matric suctions and their frequent oscillations at shallow depths were simulated. Mechanical behaviour of the clay fill soils from from two sites was investigated. The compressive strength and the matric suction and overconsolidation ratio of individual lumps were investigated. High matric suction acts in the microvoids inside the lumps, even when they are fully saturated. The degradation of the lump structure subjected to wetting-drying cycles was observed. A single flooding event applied to the lump at natural water content is not sufficient to break the structure, while the application of wetting-drying cycles leads to disintegration of the lump. Consequently, suction oscillations contribute to the degradation of the structure and macrovoid closure in the field. Standard laboratory experiments (direct shear box, oedometer) on the lumpy soil have been supplemented by large scale testing. The mechanical behaviour of the fragmentary soil is influenced by the presence of macrovoids and shows further size and time effects, which makes it difficult to describe the behaviour of the clay fill. The initially lumpy structured soil changes with time back to a homogeneous material, due to weathering processes and through geostatic load. Partial saturation of the fragments also contributes to the peculiar behaviour of the clay fill material. A literature review and our own experiments defined the thresholds for the collapse potential of the two typical collapse-susceptible soils – low plasticity clays and sands. The collapse potential depends on the degree of saturation, the density and the applied load. The collapse potential of two clay fills was investigated on two specimen types using double oedometer tests. Different collapse potentials was measured for lumpy and undisturbed specimens, respectively.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce RNDr. Vladislava Kostkanová, Ph.D. 19.65 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce RNDr. Vladislava Kostkanová, Ph.D. 71 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky RNDr. Vladislava Kostkanová, Ph.D. 73 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce RNDr. Vladislava Kostkanová, Ph.D. 159 kB
Stáhnout Posudek oponenta Ing. Jan Kurka, CSc. 105 kB
Stáhnout Posudek oponenta prof. Ing. Ivan Vaníček, DrSc. 49 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 919 kB