Geoteknik

Förord 15

 

Del A Introduktion

   1   Inledning 19

1.1    Vad är geoteknik? 19

1.2    Lärobokens uppläggning 19

1.3    Några läsanvisningar 20

1.4    Engelskspråkig geoteknisk litteratur 21

Litteratur 21

 

   2   Geoteknikens arbetsfält 23

2.1    Tidig geoteknisk byggnadskonst 23

2.2    Grundläggning av byggnader och anläggningar 29

2.2.1  Grundläggning av byggnader 29

2.2.2  Grundläggning av anläggningar 30

2.3    Slänter och urschaktningar 31

2.4    Jordtryck och stödkonstruktioner 32

2.5    Andra geotekniska arbetsfält 33

2.5.1  Jord som konstruktionsmaterial 33

2.5.2  Övriga problemområden 33

Litteratur 34

 

   3   De lösa jordarternas geologi 35

3.1    Inledning 35

3.2    Nedisningar 36

3.2.1  Klimatcykler 36

3.2.2  Weichselglacialen – den senaste istiden 36

3.2.3  Inlandsisens avsmältning 38

3.3    Efter inlandsisen 39

3.4    Glaciala jordarter 40

3.4.1  Moränbildningar 40

3.4.2  Isälvssediment 46

3.5    Postglaciala jordarter 51

3.5.1  Östersjöns utveckling 51

3.5.2  Postglaciala sediment 53

3.5.3  Organiska jordarter 53

Litteratur 56

 

Del B Jordmateriallära

   4   Jords beståndsdelar och klassificering 59

4.1    Jords beståndsdelar 59

4.1.1  Fast, flytande och gasformig fas 59

4.1.2  Jords fasta beståndsdelar 59

4.1.3  Porvatten 60

4.1.4  Porgas 61

4.2    Begrepp och definitioner 61

4.2.1  Andelar av jords faser 61

4.2.2  Massa och volym 61

4.2.3  Densitet och tunghet 62

4.2.4  Portal, porositet och lagringstäthet 65

4.2.5  Vattenkvot och vattenmättnadsgrad 66

4.3    Klassificering av jord 68

4.3.1  Indelningsgrunder 68

4.3.2  Kornstorlek 68

4.3.3  Kornstorleksfördelning 70

4.3.4  Organisk halt 76

4.3.5  Konsistens 76

4.3.6  Tjälfarlighet 78

4.3.7  Hållfasthetsegenskaper 80

Sammanfattning 80

Litteratur 81

Övningar 81

Instuderingsfrågor 81

Problem 82

 

   5   Den individuella jordpartikeln 85

5.1    Jordpartiklars utseende 85

5.1.1  Mineralpartiklar i silt och grovkornig jord 85

5.1.2  Lermineralpartiklar 86

5.1.3  Organisk substans 86

5.2    Kemisk uppbyggnad 87

5.2.1  Grovkornig mineraljord 87

5.2.2  Lermineral 87

5.2.3  Lermineralpartiklars storlek 89

5.3    Ytaktivitet hos lermineral 89

5.3.1  Elektrisk ytladdning 89

5.3.2  Ytaktivitet och jonbytesförmåga 90

5.3.3  Lerpartikel och porvatten 91

Sammanfattning 92

Litteratur 92

Övningar 93

Instuderingsfrågor 93

 

   6   Jords strukturella uppbyggnad 95

6.1    Bindningskrafter mellan jordpartiklar 95

6.1.1  Grovkornig jord 95

6.1.2  Finkornig jord 97

6.1.3  Blandkornig jord 98

6.2    Mikrostrukturell uppbyggnad 99

6.2.1  Allmänt 99

6.2.2  Grovkornig jord 99

6.2.3  Finkornig jord 100

6.3    Makrostruktur 102

Sammanfattning 103

Litteratur 103

Övningar 103

Instuderingsfrågor 103

 

Del C Jordmekanik

   7   Spännings- och deformationstillstånd i jord 107

7.1    Spänningsbegreppet för en torr kornig massa 107

7.1.1  Tryckande normalspänning 107

7.1.2  Kornkontakttryck och normalspänning – begreppet effektivspänning 107

7.1.3  Definition av cartesiska spänningskomponenter för en kornig massa 108

7.2    Spänningstillstånd i vattenmättad jord 110

7.2.1  Systemet jordskelett – porvatten 110

7.2.2  Porvattentryck och effektivspänning för en vattenmättad ideal kornig massa 110

7.2.3  Effektivspänningsekvationen 111

7.2.4  Kapillaritet i jord 113

7.3    Spänningsmått och spänningstillstånd i jordmekaniken 116

7.3.1  Cartesiska spänningskomponenter 116

7.3.2  Plant deformationstillstånd 116

7.3.3  Huvudspänningar och huvudspänningsriktningar 117

7.3.4  Samband mellan huvudspänningar och cartesiska spänningskomponenter – Mohrs spänningscirkel 118

7.3.5  Axialsymmetriskt spänningstillstånd 119

7.3.6  Medelspänning och deviatorspänning 120

7.3.7  Spänningsinvarianter 122

7.3.8  Deformerbara fasta kroppars mekanik 125

7.4    Töjningsmått i jordmekaniken 126

7.4.1  Normaltöjningar, skjuvtöjningar och huvudtöjningar 126

7.4.2  Volymetrisk töjning och deviatortöjning 126

7.4.3  Töjningsinvarianter 127

Sammanfattning 129

Litteratur 130

Övningar 131

Instuderingsfrågor 131

Problem 131

 

   8   Kompression av jord 133

8.1    Inledning 133

8.2    Ödometerförsök 134

8.2.1  Ödometern 134

8.2.2  Utförande av ödometerförsök 134

8.3    Bestämning av ödometerkompression 136

8.3.1  Jords enaxliga kompression 136

8.3.2  Enaxlig kompression av lera 136

8.3.3  Enaxlig kompression av mellanjord och grovkornig jord 137

8.3.4  Förkonsolideringstryck – normalkonsoliderat och överkonsoliderat tillstånd 140

8.3.5  Total ödometerkompression vid belastning från överkonsoliderat tillstånd 142

8.3.6  Redovisning av ödometerförsök. Bestämning av förkonsolideringstrycket 143

8.3.7  Sekundär konsolidering – kornskelettets krypning 144

8.4    CRS-försök 145

8.4.1  CRS-ödometern 145

8.4.2  Enaxlig CRS-kompression av lera 146

8.5    Triaxialförsök 147

8.5.1  Triaxialapparaten 147

8.5.2  Isotropa triaxialförsök 150

Sammanfattning 155

Litteratur 156

Övningar 157

Instuderingsfrågor 157

 

   9   Skjuvning av jordskelettet – dränerad skjuvhållfasthet 159

9.1    Inledning 159

9.2    Enkel skjuvning av kontraktant jord 160

9.2.1  Normalkonsoliderad lera och löst packad grovkornig jord 160

9.2.2  Skjuvapparaten 160

9.2.3  Skjuvförsök 162

9.2.4  Dränerad skjuvhållfasthet 164

9.2.5  Elastisk-plastisk skjuvdeformation 166

9.3    Skjuvning av kontraktant jord i triaxialapparat 167

9.3.1  Utförande av dränerat skjuvförsök i triaxialapparat 167

9.3.2  Dränerad skjuvhållfasthet 170

9.4    Samband mellan kompression, skjuvning och brott – kontraktans och kritiskt tillstånd 171

9.4.1  Kompression och konsolidering av jordprovet 171

9.4.2  Skjuvning av jordprovet 172

9.4.3  Kontraktans och kritiskt tillstånd 173

9.4.4  Förnyat försök 173

9.4.5  Brottkurva och kritisk tillståndslinje 174

9.5    Skjuvning av dilatant jord 175

9.5.1  skjuvförsök i skjuvapparat och triaxialförsök 175

9.5.2  Skjuvkurvans maximalvärde och residualvärde 176

9.5.3  Skjuvning under dilatans 177

9.5.4  Elastisk-plastisk skjuvning 177

9.5.5  Dränerad skjuvhållfasthet 177

9.6    Samband mellan kompression, skjuvning och brott – dilatans och kritiskt tillstånd 179

9.6.1  Kompression och konsolidering av jordprovet 179

9.6.2  Överkonsolidering av jordprovet 179

9.6.3  Skjuvning av jordprovet 179

9.6.4  Dilatans och kritiskt tillstånd 180

9.6.5  Skjuvhållfasthet i normalkonsoliderad och överkonsoliderad jord 180

Sammanfattning 181

Litteratur 182

Övningar 183

Instuderingsfrågor 183

 

 10   Brottvillkor för jordskelettet 185

10.1  Inledning 185

10.2  Coulombs brottlag 186

10.2.1 Brottlag och brottkurva 186

10.2.2 Jordmaterials inre friktionsvinkel 186

10.3  Mohr-Coulombs brotteori 188

10.3.1 Mohrs brotteori 188

10.3.2 Mohr-Coulombs brotteori 189

10.4  Mohr-Coulombs brotteori för ren friktionsjord 190

10.4.1 Brottvillkor 190

10.4.2 Belastning till brott i ett triaxialförsök 191

10.4.3 Spänningstillstånd vid brott i friktionsjord 193

10.4.4 Aktivt och passivt brottillstånd 198

10.5  Mohr-Coulombs brotteori för jord med friktion och kohesion 200

10.5.1 Jord med friktion och kohesion 200

10.5.2 Spänningstillstånd vid brott i kohesionsjord 201

10.5.3 Aktivt och passivt brottillstånd i jord med friktion och kohesion 203

10.5.4 Krökt brottkurva och skenbar kohesion 205

10.6  Generellare brottvillkor för jord 206

Sammanfattning 206

Litteratur 207

Övningar 207

Instuderingsfrågor 207

Problem 208

 

 11   Odränerad skjuvning och odränerad skjuvhållfasthet 211

11.1  Inledning 211

11.2  Odränerad skjuvning av jord 211

11.2.1 Allmänt 211

11.2.2 Odränerad skjuvning av kontraktant jord 212

11.2.3 Odränerad skjuvning av dilatant jord 216

11.3  Odränerad skjuvhållfasthet 219

11.3.1 Odränerat brott i vattenmättad jord 219

11.3.2 Inverkan av det effektiva medeltrycket 220

11.3.3 Jämförelse mellan odränerad och dränerad skjuvhållfasthet  221

11.3.4 Totalspänningsanalys. Odränerade skjuvhållfasthetsparametrar 222

11.3.5 Geoteknisk tillämpning – schaktning i dilatant jord 224

11.4  Bestämning av odränerad skjuvhållfasthet 225

11.4.1 Laboratoriemetoder 225

11.4.2 Fältmetoder 227

11.4.3 Inverkan av olika försökstyper 228

Sammanfattning 230

Litteratur 230

Övningar 231

Instuderingsfrågor 231

Problem 231

 

Del D Geoteknik

 12   Bestämning av spänningstillstånd i jord 235

12.1  Geostatiskt spänningstillstånd 235

12.1.1 Allmänt 235

12.1.2 Vertikaltryck i oskiktad grovkornig jord 235

12.1.3 Vertikaltryck i oskiktad lerjord 238

12.1.4 Vertikaltryck vid skiktad jord 240

12.1.5 Vertikaltryck av last över stor yta 240

12.1.6 Effektivt horisontaltryck – vilojordtryck 240

12.2  Vattenströmning i jord 243

12.2.1 Inledning 243

12.2.2 Darcys lag 243

12.2.3 Portryck och effektivtryck vid vertikal vattenströmning i jord 245

12.2.4 Allmän tredimensionell grundvattenströmning 247

12.2.5 Tvådimensionell grundvattenströmning 249

12.3  Spänningstillstånd in situ av yttre belastning 255

12.3.1 Allmänt 255

12.3.2 Det kontinuummekaniska problemet 255

12.3.3 Spänningsanalys baserad på elasticitetsteorin 257

12.3.4 Närmemetod för bestämning av vertikalt trycktillskott 266

Sammanfattning 268

Litteratur 269

Övningar 269

Instuderingsfrågor 269

Problem 270

 

 13   Sättning i jord 275

13.1  Inledning 275

13.2  Bestämning av byggnadsverks totalsättning 276

13.2.1 Sättningsekvationen 276

13.2.2 Sättning i lerjord 278

13.2.3 Sättning i mellanjord och grovjord 283

13.2.4 Sättning i blandad jord 286

13.2.5 Primär och sekundär sättning 286

13.3  Konsolidering av vattenmättad jord 286

13.3.1 Konsolideringsbegreppet 286

13.3.2 Konsolideringsförloppet 287

13.3.3 Terzaghis konsolideringsteori 289

13.3.4 Konsolideringsekvationens lösning 293

13.3.5 Nomogram för bestämning av konsolideringsgraden 296

13.3.6 Bestämning av konsoliderings­koefficienten ur ödometerförsök 298

13.3.7 Generalisering av konsolideringsteorin 299

Sammanfattning 299

Litteratur 300

Övningar 301

Instuderingsfrågor 301

Problem 301

 

 14   Jords bärförmåga 311

14.1  Inledning 311

14.2  Grundläggning på sulor och plattor 311

14.2.1 Typer av ytlig grundläggning 311

14.2.2 Grundläggningsdjup 312

14.3  Teorier för ytlig bärförmåga 314

14.3.1 Brottillstånd under en långsträckt grundplatta 314

14.3.2 Bestämning av brottlast enligt Prandtls teori 316

14.3.3 Omformulering med bärförmågefaktorer 319

14.3.4 Meyerhofs bärförmågeekvation 319

14.4  Allmänna ekvationen för ytlig bärförmåga 320

14.4.1 Allmän formulering av bärförmågeekvationen 320

14.4.2 Bärförmågeekvationen vid odränerad analys 329

14.4.3 Bärförmågeekvationen vid ren friktionsjord 329

14.4.4 Övriga inverkande faktorer 330

14.5  Dimensionerande bärförmåga enligt Eurokod  331

14.5.1 Eurokod 7 331

14.5.2 Allmänna konstruktionsregler 331

14.5.3 Karaktäristiska materialvärden 332

14.5.4 Dimensionerande materialvärden 332

14.5.5 Dimensionerande bärförmåga 333

Sammanfattning 334

Litteratur 335

Övningar 336

Instuderingsfrågor 336

Problem 337

 

 15   Jordtryck 343

15.1  Inledning 343

15.2  Vilojordtryck 345

15.2.1 Vilojordtryckskoefficienten och effektivt horisontaltryck 345

15.2.2 Experimentell bestämning av vilojordtryckskoefficienten 346

15.2.3 Empiriska värden och uttryck på vilojordtryckskoefficienten 346

15.2.4 Effektivt och totalt vilojordtryck 347

15.3  Aktivt och passivt jordtryck enligt Rankines teori 348

15.3.1 Rankines brottzoner – Aktivt och passivt brottillstånd 348

15.3.2 Aktivt jordtryck i friktionsjord 348

15.3.3 Aktivt jordtryck i jord med friktion och kohesion 349

15.3.4 Aktivt jordtryck vid odränerad analys 352

15.3.5 Passivt jordtryck i friktionsjord 356

15.3.6 Passivt jordtryck i jord med friktion och kohesion 357

15.3.7 Passivt jordtryck vid odränerad analys 359

15.3.8 Aktivt och passivt jordtryck vid lutande markyta 359

15.4  Aktivt och passivt jordtryck enligt Coulombs jordtrycksteori 361

15.4.1 Coulombs jordtrycksteori 361

15.4.2 Aktivt jordtryck i friktionsjord 361

15.4.3 Passivt jordtryck i friktionsjord 364

15.4.4 Aktivt och passivt jordtryck vid jord med friktion och kohesion 365

15.5  Utvidgade teorier för jordtrycksberäkning 365

15.5.1 Plana och krökta brottlinjer 365

15.5.2 Jordtrycksberäkning vid brottzoner med krökta glidytor 367

15.5.3 Nomogram i Eurokod 367

15.6  Spontade schakters instabilitet – Bottenupptryckning 369

15.6.1 Instabilitet i schakter 369

15.6.2 Begreppet bottenupptryckning 369

15.6.3 Mekanisk bottenupptryckning vid spontad schakt i lerjord 370

15.6.4 Hydraulisk bottenupptryckning i lerjord 373

15.6.5 Hydrauliskt grundbrott i grovjord 375

Sammanfattning 376

Litteratur 377

Övningar 378

Instuderingsfrågor 378

Problem 379

 

 16   Jordskred och släntstabilitet 387

16.1  Inledning 387

16.1.1 Ras och skred 387

16.1.2 Jordskred i Sverige och Norden 389

16.2  Translationsskred med plana glidytor 394

16.2.1 Odränerad stabilitetsanalys av translationsskred 394

16.2.2 Dränerad stabilitetsanalys av translations­skred i långsträckta jordslänter med kohesion och friktion 397

16.2.3 Dränerad stabilitetsanalys av translationsskred i långsträckta slänter i friktionsjord 400

16.3  Rotationsskred med krökt glidyta – odränerad analys 402

16.3.1 Odränerad släntstabilitetsanalys 402

16.3.2 Säkerhetsfaktorn vid odränerad analys 402

16.3.3 Odränerad analys enligt lamellmetoden 405

16.3.4 Odränerad analys baserad på beräkningsnomogram 410

16.4  Rotationsskred med krökt glidyta – dränerad analys 413

16.4.1 Stigbergskajens ras 1916 i Göteborg 413

16.4.2 Dränerad analys av rotationsskred 415

16.4.3 Dränerad analys enligt förenklad lamellmetod – Den svenska metoden 417

16.4.4 Rigorösa metoder för släntstabilitetsanalys enligt lamellmetoden 425

16.5  Andra skredmekanismer 427

Sammanfattning 427

Litteratur 428

Övningar 429

Instuderingsfrågor 429

Problem 430

 

Del E Appendix

 A1   Huvudspänningar och Mohrs spänningscirkel 439

A1.1  Bestämning av normal- och skjuvspänning i ett godtyckligt snitt 439

A1.1.1 Spänningskomponenter och snittkrafter 439

A1.1.2 Jämviktsvillkor 440

A1.1.3 Omformulering genom övergång till dubbla vinkeln 441

A1.2  Mohrs spänningscirkel och huvudspänningar 441

A1.2.1 Geometrisk tolkning – Mohrs spänningscirkel 441

A1.2.2 Huvudspänningar 443

 

 A2   Dimensionering av geokonstruktioner 447

A2.1  Bestämning av dimensionerande last och lasteffekt 447

A2.1.1 Lasttyper 447

A2.1.2 Konstruktionslaster 447

A2.1.3 Geotekniska laster 448

A2.2  Karaktäristiska och dimensionerande materialvärden 449

A2.2.1 Karaktäristiska materialvärden 449

A2.2.2 Dimensionerande materialvärden 450

A2.3  Dimensionerande bärförmåga vid plattgrundläggning 453

 

 A3   Koefficienter för jordtrycks­beräkning enligt Eurokod 7 455

A3.1  Inledning 455

A3.2  Aktiva jordtryckskoefficienter vid lutande markyta 456

A3.2.1 Aktiva jordtryckskoefficienter för olika marklutningar och glatt stödvägg 456

A3.2.2 Aktiva jordtryckskoefficienter för olika marklutningar och olika råheter hos stödväggen 456

A3.3  Passiva jordtryckskoefficienter vid lutande markyta 458

A3.3.1 Passiva jordtryckskoefficienter för olika marklutningar och glatt stödvägg 458

A3.3.2 Passiva jordtryckskoefficienter för olika marklutningar och olika råheter hos stödväggen 459

 

Sakregister 461