Verwekingsvloeiing - Beschrijving mechanismen

Definitie van een verwekingsvloeiing

Een verwekingsvloeiing kan worden omschreven als een verschijnsel waarbij een pakket losgepakt zand onder water plotseling verweekt: er ontstaat een soort drijfzand. Verweking impliceert een dramatische vermindering van het onderlinge contact tussen de zandkorrels en

van de schuifsterkte van het zandlichaam. Als het zandpakket oorspronkelijk in een helling aanwezig is, dan zal de verweekte massa naar beneden vloeien en pas weer onder een zeer flauwe helling tot rust komen. De mate van verweking waarbij de zandkorrels in het geheel geen onderling contact meer hebben (volledige verweking), treedt niet zo vaak op. Maar gedeeltelijke verweking kan het vermogen van het zand om schuifspanning op te nemen al zodanig verminderen dat het talud instabiel wordt en er een grote massa zand naar beneden vloeit.

Oorzaken van een verwekingsvloeiing

Het ontstaan van verweking wordt verklaard uit het materiaalgedrag van met water verzadigd zand wanneer dit ongedraineerd belast wordt. Om de oorzaak van verweking te begrijpen is kennis nodig van de relatie tussen de spanningsverandering en de vervorming van het korrelskelet. Deze relatie kan bestudeerd worden door droog zand te beproeven of door (on)gedraineerde proeven te doen op met water verzadigd zand.

Als droog zand bij constante gemiddelde normaalspanning wordt afgeschoven, ontstaat doorgaans eerst volumeverkleining (contractie) en vervolgens volumevergroting (dilatantie). Zie Figuur 2.1, waarin εvol de volumevergroting is, γ de schuifvervorming, φ de hoek van interne wrijving, q de deviatorspanning en p’ de gemiddelde korrelspanning. Het punt van de maximale volumeverkleining (‘phase transformation’) is aangegeven met 0. Als de afschuiving lang genoeg wordt doorgezet wordt de ‘critical state’ of ‘steady state’ bereikt. Daarbij blijft de schuifrek toenemen, terwijl alle andere parameters (volume, deviatorspanning, normaalspanning) constant blijven.

Figuur 2.1 Vervorming droog zand bij afschuiving

Bij vastgepakt zand en(/of) lage p’ (gemiddelde effectieve spanning) domineert dilatantie; bij losgepakt zand en(/of) hoge p’ domineert de contractie (Figuur 2.2).

Figuur 2.2 Invloed dichtheid en gemiddelde spanning op vervorming van droog zand

Figuur 2.3 Spanningspad (links) en spanning-rek relatie (rechts) bij ongedraineerd afschuiven van verzadigd zand