مقاله درباره اصطلاحات مش

دانلود پایان نامه

۳-۱۸).

شکل ۳-۱۸: پوش منحني تنش برشي براي خاکها ناشي از چسبندگي، کشش خاک و سيمانته شدن (بودهو، ۲۰۱۱)

کشش خاک، ناشي از کشش صفحهي آب بر دانههاي خاک در خاکهاي غيراشباع، يک مقاومت برشي ظاهري را ايجاد ميکند که اگر خاک اشباع شود، اين مقاومت از بين ميرود. براي خاک به‌عنوان يک مادهي اصطکاکي، افزايش تنش مؤثر قائم منجر به افزايش مقاومت برشي ميشود. زاويهي اصطکاک داخلي يا زاويهي اصطکاک حالت بحراني تغييري نميکند. در استفاده از اين مقاومت برشي اضافي، يعني کشش خاک، در کاربردهاي ژئوتکنيکي بايد آگاهانه عمل نمود.
تقريباً همه خاکهاي طبيعي داراي درجهاي از سيمانته شدن هستند، يعني دانههاي خاک با پيوندهاي شيميايي به هم متصل شدهاند. محدودهي درجهي سيمانته شدن ميتواند بسيار وسيع باشد. از مقاومت پيوندي خيلي ضعيف گرفته (حالتي که خاک با فشار انگشت خرد ميشود) تا مقاومت صخرههاي ضعيف. خاکهاي سيمانته شده تا حدودي داراي مقاومت برشي هستند، حتي اگر تنش مؤثر قائم وارد بر آنها صفر باشد. مقاومت برشي ناشي از سيمانته شدن در کرنشهاي کوچک (کمتر از ۰/۰۰۱%) قابل استفاده است. در اغلب سازهها، توده خاک در معرض کرنشهاي برشي بيشتري از حد ذکر شده قرار ميگيرد؛ بنابراين در استفاده از مقاومت برشي ناشي از سيمانته شدن بايد دقت و دانش کافي داشت زيرا حالت سيماني خاکها در کرنشهاي بزرگ از بين ميرود.

۳-۶- نمودار گسيختگي موهر و معادلهي گسيختگي کلمب
خاکها مانند اغلب مواد جامد ديگر، هم در کشش و هم در برش گسيخته ميشوند. تنشهاي کششي ممکن است باعث گشايش ترکهايي شود که تحت برخي شرايط داراي اهميت عملي بوده و نامطلوب و زيانآور است. بااين‌حال در اغلب مسائل مهندسي، تنها گسيختگي ناشي از برش نيازمند ملاحظه است.
گسيختگي برشي در يک نقطه از توده خاک، در صفحهاي گذرنده از اين نقطه، زماني رخ ميدهد که يک ترکيب بحراني از تنشهاي برشي و قائم ايجاد شود. ابزارهاي مختلفي براي تعيين و بررسي اين ترکيبهاي بحراني توسعه داده شده است. در حال حاضر دستگاهي که به‌طور گسترده در اين زمينه استفاده ميشود، دستگاه سهمحوري است. از آنجاييکه فرض شده است تنها تنشهاي اصلي به مرزهاي نمونه اعمال ميشود، حالت تنش در هر صفحهي ديگري به‌جز صفحههاي اصلي بايد به‌صورت غيرمستقيم تعيين شود.
با توجه به اصول مکانيک، تنش قائم و تنش برشي در يک صفحهاي که داراي شيب با زاويه نسبت به صفحه تنش اصلي حداکثر و عمود بر صفحه تنش اصلي مياني باشد (شکل ۱۷٫۵a)، به‌وسيله معادلات ۳-۷ و ۳-۸ تعيين ميشود:
(۳-۷)
(۳-۸)
اين معادلات نقاطي را در يک دايره در يک سيستم مختصات مستطيلي بيان ميکند (شکل ۳-۱۹-b) که در آن محور افقي مربوط به تنشهاي قائم و محور عمودي مربوط به تنشهاي برشي ميباشد. اصطلاحات مشابهي ممکن است براي تنشهاي قائم و برشي روي صفحاتي که تنش اصلي ميانه به آنها اثر ميکند، نوشته شود. مؤلفه‌هاي مطابق تنش به‌وسيله‌ي نقاطي در دايرههاي خطچين رسم شده در محور يکسان در شکل ۳-۱۹-b بيان شده است. از آنجاييکه در آزمايش تراکم سهمحوري رايج، تنش اصلي حداکثر در يک راستاي عمودي اثر ميکند و فشار سلولي هر دو تنش حداقل و ميانه اصلي که باهم برابر هستند را بيان ميکند، ما به‌طورکلي تنها با دايرهي بيروني همراه با تنشهاي اصلي حداکثر و حداقل ( و ) در ارتباط هستيم. اين شکل به‌عنوان دايرهي تنش شناخته ميشود.
هر نقطه مانند D روي دايره تنش، تنش قائم و تنش برشي را در يک صفحهي مخصوص که با صفحه تنش اصلي حداکثر زاويهي دارد، بيان ميکند. با توجه به هندسه ميتوان نشان داد که زاويهي مرکزي برابر با ميباشد.
اگر تنشهاي اصلي و مطابق يک حالت گسيختگي در نمونه باشد، پس حداقل يک نقطه روي دايرهي تنش بايد يک ترکيبي از تنش قائم و برشي را که منجر به گسيختگي در آن صفحه ميشود، نشان دهد. علاوه بر آن اگر مختصات آن نقطه مشخص باشد، شيب صفحهاي که گسيختگي در آن رخ ميدهد، از طريق دانستن زاويه قابل تعيين است.

شکل ۳-۱۹: نمودار نشاندهنده دايرهي موهر a) تنشهاي اصلي و صفحه شيبداري که تنشهاي قائم و برشي و بر آن وارد ميشوند، b) دايرهي تنش، c) خط گسيختگي به‌دست‌آمده از دايرههاي گسيختگي، d) رابطه بين زاويههاي و (مصري و همکاران، ۱۹۹۶)
اگر چند آزمايش انجام شود و دايرهي تنشهاي مربوط به آنها رسم شود، حداقل يک نقطه روي هر دايره بايد تنشهاي قائم و برشي همراه با گسيختگي را نشان دهد. اگر تعداد آزمايشها به‌طور نامحدودي افزايش يابد و نيز مواد همگن و همسان باشد، مشهود است که دايرههاي پوش گسيختگي (شکل ۳-۱۹-c) مکان هندسي نقاط همراه با گسيختگي در نمونهها را بيان ميکند. پوش به‌عنوان خط گسيختگي ماده مورد نظر تحت شرايط مشخص سري آزمايشها شناخته ميشود.
از هندسه شکل ۳-۱۹-d براي هر دايرهي گسيختگي داريم:
(۳-۹)
بنابراين زاويهي بين‌صفحه‌اي که گسيختگي در آن رخ ميدهد و صفحهي تنش اصلي حداکثر برابر است با:
(۳-۱۰)
به‌طورکلي خط گسيختگي براي يک سري از آزمايشها روي يک خاک تحت يک شرايط مشخص به‌صورت منحني است. بااين‌حال يک قسمت از منحني ممکن است با يک خط مستقيم با معادله ۳-۱۱ تقريب زده شود:
(۳-۱۱)
اين عبارت به‌عنوان معادله کلمب شناخته ميشود. در اين معادله نماد که بيانکننده تنش برشي است با علامت جايگزين شده است که نشاندهنده مقاومت برشي يا استحکام برشي ميباشد، زيرا نقاط روي خط گسيختگي به‌طور خاص اشاره به تنش همراه با گسيختگي دارد. پارامترهاي و روي شکل ۳-۱۹-c تعريف شدهاند.
در مکانيک خاک راهحل رياضي براي مسائل پايداري ابتدا با تعيين آزمايشگاهي مقادير و و متعاقباً جايگزيني خاک واقعي با يک ماده خميري ايدهآل که مشخصات برشي و اختصاص داده شده، انجام ميشود. اين جايگزيني با اين فرض انجام ميشود که هر دو پارامتر و مستقل از کرنش هستند؛ بنابراين خاکها نبايد تا زماني که تنش برشي در هر نقطه از صفحه مستعد پيوسته لغزش به مقدار تعريف شده توسط معادله ۳-۱۱ برسد، گسيخته شوند. گسيختگيهاي اين‌چنيني همزمان ناميده ميشوند. منحني تنش- کرنش براي يک آزمايش سهمحوري روي يک ماده خميري ايدهآل نشاندهنده اين گسيختگي همزمان است، نمونهاي از آنها در شکل ۳-۲۰-a نشان داده شده است. زماني گسيختگي رخ ميدهد که اختلاف تنش به مقدار برسد و ابهامي دربارهي محل خط گسيختگي رسم شده بر اساس تنشهاي مؤثر نباشد.

شکل ۳-۲۰: a) منحنيهاي تنش-کرنش براي مواد پلاستيک ايدهآل نشاندهنده گسيختگي آني؛ b) منحني تنش-کرنش براي خاک واقعي، نشاندهنده مقاومتهاي حداکثر و نهايي؛ c) خطوط گسيختگي متداول براي مقاومتهاي حداکثر و نهايي يک خاک يکسان (مصري و همکاران، ۱۹۹۶)

در مقابل، منحني تنش- کرنش براي يک خاک واقعي به‌احتمال‌زياد يک نقطهي اوج مطابق با يک کرنش کوچک را نشان ميدهد (شکل ۳-۲۰-b) که روي آن مقدار اي که نمونه ميتواند تحمل کند از مقدار حداکثر آن () کاهش مييابد و در کرنشهاي بزرگ به يک مقدار کمتر که به‌عنوان مقدار نهايي شناخته ميشود، ميرسد؛ بنابراين محل خط گسيختگي به مقداري از که براي بيان گسيختگي در نظر گرفته شده است، بستگي دارد. مقادير اوج مشابه خط گسيختگي بالايي در شکل ۳-۲۰-c ميباشد. به‌عبارت‌ديگر اگر حد پايين مقاومت برشي مدنظر است، يک خط گسيختگي بر اساس مقادير نهايي ممکن است ايجاد شود. بااين‌حال هنگاميکه يک ماده با يک منحني تنش- کرنش نشاندهنده نقطه اوج توصيف شود، شرايط براي گسيختگي همزمان احتمالاً نقض ميشود، زيرا حتي در يک ماده همگن، کرنشها در طول يک صفحه مستعد لغزش به‌احتمال‌قوي يکنواخت نيست. درنتيجه خاک در طول قسمتي از صفحه لغزش ممکن است متحمل مقاومت نهايي خود باشد درصورتي‌که در باقي قسمت ممکن است مقدار کوچکتري را داشته باشد. تحت اين شرايط، گسيختگي از نقطهاي که تنش برشي برابر با ميشود (معادله ۳-۱۱)، شروع ميشود و از اين نقطه احتمالاً به بالاي تعادل صفحه مستعد گسيختگي گسترش مييابد. به چنين گسيختگيهايي پيشرونده گفته ميشود که نتايج محاسبات مبتني بر فرضيات معمول گسيختگي همزمان را باطل ميکنند.
به علت اين اختلاف بين خاکهاي واقعي و ايدهآل، محاسبات پايداري مبتني بر نتايج آزمايش و معادلهي ۳-۱۱ تنها براي مواد خميري ايدهآلي که با خاک واقعي جايگزين شده است، معتبر است. نتايج عملي اختلافات مشاهده شده بين خاکهاي واقعي و جايگزين آنها، بايد توسط ضريب اطمينانهاي مناسب تصحيح شود. اهميت اين اختلافات به نوع خاک و براي يک نوع مشخص خاک، به تاريخچهي بارگذاري آن بستگي دارد.

۳-۷- آزمايش برش مستقيم
قديميترين روش براي بررسي مقاومت برشي خاکها، آزمايش برش مستقيم (DS) است. اين آزمايش به‌وسيله‌ي دستگاه نشان داده شده در شکل ۳-۲۱ انجام ميشود. دستگاه شامل يک جعبه بالايي ثابت و يک جعبه پاييني است که ميتواند در راستاي افقي حرکت کند. نمونه بين دو سنگ متخلخل که شرط زهکشي را در طول مرحلهي اول و دوم آزمايش برقرار ميکند، قرار ميگيرد. صفحات تماس بين نمونه و سنگهاي متخلخل، براي جلوگيري از لغزش بين نمونه و سنگهاي متخلخل در طول آزمايش، همانطور که در شکل نشان داده شده است، دندانهدار ميشود. ازآنجايي‌که زهکشي به‌آساني قابل‌کنترل نيست، دستگاه برش مستقيم براي آزمايشهاي زهکشيشده- تحکيمشده مناسبتر است. ازآنجايي‌که نمونه توسط جعبه برش صلب بالايي و پاييني محدود شده است، تغييرات نمونه در طول مرحلهي اول و دوم به‌وسيله يک گيج اندازهگير تغييرشکل عمودي که متصل به سنگ متخلخل بالايي است، اندازهگيري ميشود.
در مرحلهي اول، يک بار عمودي بر واحد سطح، به سنگ بالايي اعمال ميشود و به‌اندازه‌اي نگه داشته ميشود تا بار عمودي به‌طور کامل به‌وسيله تنشهاي مؤثر عمودي داخل نمونه حمل شود. اين کار با قرائت گيج عمودي با زمان و تفسير روند تحکيم همانند آزمايش اودئومتر انجام ميشود. در مرحلهي دوم، جعبهي پاييني در معرض يک آهنگ ثابت از تغييرشکل افقي قرار ميگيرد و نيروي برشي افقي تحميل‌شده بر واحد سطح ، به‌وسيله يک حلقه يا بارسنج که جعبه بالايي را ثابت نگه ميدارد، اندازهگيري ميشود. جعبه پاييني با آهنگي جابجا ميشود که فشارهاي آب حفرهاي ناشي از برش محسوسي در طول مرحلهي دوم ايجاد نشود. تغييرشکلهاي ناشي از برش به‌عنوان يک تابع از جابجاي افقي، با گيج تغييرشکل عمودي اندازهگيري ميشود.
مزيت آزمايش برش مستقيم اين است که به دليل اينکه نمونههاي رس يا شيل معمولاً با ضخامت حدود استفاده ميشود، تحکيم در طول مرحلهي اول و شرط زهکشي در مرحلهي دوم به‌طور منصفانه و معقولي و به‌سرعت به دست ميآيد.

شکل ۳-۲۱: نمونهي خاک در آزمايش برش مستقيم (مصري و همکاران، ۱۹۹۶)

بااين‌حال دستگاه برش مستقيم، چند اشکال ذاتي نيز دارد. در درجهي اول اينکه در ناحيه صفحه لغزش همانند روند آزمايش، توزيع غيريکنواخت کرنشهاي برشي و تنشهاي برشي در صفحه مستعد لغزش را داريم. موازي با اينکه جابهجايي افقي جعبه پاييني بيشتر ميشود، ناحيه تماس بين نيمه بالايي و پاييني نمونه کاهش مييابد. اين مشکل در آزمايشهاي برش مستقيم معمول با محدود کردن جابجايي برشي در حدود و رسيدن به جابجاييهاي بزرگتر با روند برش معکوس، به حداقل ميرسد. براي اجتناب از تصحيح مساحت، نتايج آزمايش برش مستقيم ممکن است برحسب نسبت ، نيروي برشي بر واحد سطح بر نيروي عمودي مؤثر بر واحد سطح، تفسير شود.
در يک نمونهي برش مستقيم، گسيختگي برشي همزمان در همه نقاط صفحه مستعد لغزش رخ نميدهد. گسيختگي پيشرونده در دو لبه شروع ميشود و به سمت مرکز پيش ميرود (راسکو۸۶، ۱۹۵۳؛ هورسلو۸۷، ۱۹۶۰)؛ بنابراين مقدار حداکثر مقاومت برشي به‌وسيله نتايج آزمايش، از مقدار حداکثر واقعي کمتر است. ازآنجايي‌که توزيع کرنشهاي برشي يکنواخت نيست و ضخامت ناحيه برشي صريحاً مشخص نيست، مقدار کرنش برشي به‌عنوان يک تابع از جابجايي برشي، شناخته شده نيست. همچنين راستاهاي اصلي معلوم نيست و تنشهاي اصلي نميتواند به‌آساني براي نمونهي آزمايش برش مستقيم تعيين شود (هانسون۸۸، ۱۹۶۱). هرچند اکثر اين اشکالات ممکن است با افزايش نسبت طول در راستاي برش به ضخامت نمونه، کم شود (مقادير معمول اين نسبت ۳ الي ۶ ميباشد)، تفسير اصلي آزمايشهاي برش مستقيم معمول، برحسب رابطه بين و جابجايي برشي ميباشد.

۳-۸- خزش
۳-۸-۱- مقدمه
در تحليل هر سازه جهت تعيين تنشها و تغييرشکلها، ابتدا بايستي رفتار صحيح مصالح تشکيلدهندهي آن سازه را در برابر بارهاي وارده شناخت، سپس با انتخاب الگوي رفتاري مناسب به تحليل آن پرداخت. به‌عبارت‌ديگر براي دستيابي به يک محاسبهي قابل‌اطمينان، بايستي تا حد امکان شرايط محاسباتي را به حقيقت نزديک نمود تا بتوان از پايداري سازه مورد نظر اطمينان حاصل کرد. دراين‌ارتباط برخي پديدهها باعث پيدايش آثار غيرخطي در رفتار مصالح شده که اين امر تحليل سازه را پيچيدهتر مينمايد. علت آن است که روشهاي محاسباتي غالباً قادر به همراهي با آثار پديدار شدهي غيرخطي نبوده و محدوديتها و خطاهايي را به همراه خواهند داشت. لذا استفاده از روشهاي عددي بخصوص روش اجزاي محدود ميتواند به گستردگي و کامل بودن و صحت محاسبات کمک نمايد.
ازجمله عواملي که باعث رفتار غيرخطي مصالح ميشود؛ بستگي رفتار آنها به زمان است که گونهي نظريهپردازيشدهي آن به‌صورت شناخت پديدهي خزش يا تحکيم ثانويه ميباشد. خزش يا وارفتگي عبارت است از؛ افزايش تدريجي تغييرشکل يک ماده در طول زمان که در حالت ساده تحت اثر بار ثابت قرار دارد. بسياري از مصالح شامل: فولاد، بتن، خاک، سنگ و غيره در رفتارشان خزش نشان ميدهند. مطالعات تجربي بر روي پديدهي خزش از حدود سالهاي ۱۹۱۰ ميلادي آغاز شد و هنگاميکه اولين نتايج آزمايشها منتشر گرديد، توجه و علاقهي همه مهندسان را به خود جلب نمود. از همان ابتدا آشکار شد که آزمايش خزش حتي در مورد کشش سادهي يک قطعه نيز با مشکلات بسياري

دیدگاهتان را بنویسید