مقاله درباره تحکيم، افزايش، پيش، منحني

دانلود پایان نامه

به‌دست‌آمده از عمق، تحت تأثير فشار سربار مؤثري قرار داشته و تحت آن تحکيم يافته است. حداکثر فشار سربار مؤثر ممکن است مساوي و يا بزرگتر از فشار سربار موجود در هنگام نمونهگيري باشد. کاهش سربار ممکن است داراي فرآيند طبيعي (مثل فرسايش) و يا فرآيند انساني باشد. درهرصورت پس از نمونهگيري، نمونه از فشار سربار موجود نيز آزاد شده و درنتيجه مقداري منبسط ميشود. وقتي‌که اين نمونه تحت آزمايش تحکيم قرار گيرد تا جايي که فشار وارده مساوي فشار سربار مؤثر صحرايي در گذشته باشد، مقدار فشردگي (و يا تغيير در نسبت تخلخل) کوچک خواهد بود و درواقع فقط انبساط ايجاد شده به علت آزاد شدن فشار سربار در هنگام نمونهگيري جبران ميشود. وقتي‌که فشار کل مؤثر بر نمونه در هنگام آزمايش بزرگتر از فشار سربار مؤثر در گذشته باشد، تغييرات تخلخل بزرگتر شده و نمودار در مقابل ، خطي با شيب تندتر خواهد شد (داس، ۲۰۰۵).
موضوع فوق را ميتوان در آزمايشگاه با انجام باربرداري در فشاري بزرگتر از فشار سربار مؤثر، اثبات کرد. نمودار تخلخل- لگاريتم فشار براي چنين تحقيقي مشابه شکل ۳-۷ خواهد شد که در آن شاخهي نشان‌دهنده‌ي باربرداري و شاخهي نشان‌دهنده‌ي فرآيند بارگذاري مجدد است.
بر پايهي مطالب ارائه شده، ازنقطه‌نظر تاريخچهي سربار مؤثر، رسها به دو گروه طبقهبندي ميشوند:

شکل ۳-۷: تأثير بارگذاري و باربرداري و بارگذاري مجدد در نمودار تخلخل در مقابل لگاريتم فشار (داس، ۲۰۰۰)
۱- رسهاي عادي تحکيم يافته که براي آنها فشار سربار موجود، حداکثر فشار سربار مؤثري است که نمونه تاکنون تحت تأثير آن بوده است.
۲- رسهاي پيشتحکيم يافته که فشار سربار موجود بر روي آنها، کمتر از فشار سربار حداکثري است که در گذشته، نمونه آن را تجربه کرده است. حداکثر فشار سربار مؤثر در گذشته، فشار پيش تحکيم ناميده ميشود.
کاساگرانده۷۳ (۱۹۳۶) يک روش ترسيمي ساده براي تعيين فشار پيش تحکيم در روي نمودار آزمايشگاهي در مقابل ارائه داده که با توجه به شکل ۳-۸، مطابق زير است:
۱- با بررسي چشمي، در روي نمودار در مقابل، نقطهاي مثل a تعيين نماييد که داراي حداقل شعاع انحنا باشد.
۲- خط افقي را رسم کنيد.
۳- مماس را در نقطه بر منحني رسم کنيد.
۴- خط يعني نيمساز زاويهي را رسم کنيد.
۵- قسمت خطي نمودار در مقابل را به سمت عقب ادامه دهيد تارا در قطع کند. طول نقطه فشار پيش تحکيم است.
نسبت پيش تحکيم () براي يک خاک به‌صورت زير تعريف ميشود:
(۳-۱)
که در آن:
= فشار پيش تحکيم در روي نمونه
= فشار سربار موجود در روي نمونه

شکل ۳-۸: روش ترسيمي براي تعيين فشار پيش تحکيمي (داس، ۲۰۰۰)

۳-۳-۷- دما
در خاکهاي زهکشيشده، افزايش دما سبب کاهش در حجم ميگردد، ولي اگر از زهکشي جلوگيري شود، افزايش دما سبب کاهش تنش مؤثر ميگردد (ميشل و سوگا، ۲۰۰۵).

۳-۳-۸- تغييرات شيميايي آب حفره‌اي
هر تغييري در محلول شيميايي آب حفرهاي باعث کاهش نيروي آب جذبي با سطح ذرات و درنهايت در تورم و نيروهاي ناشي از آن کاهش مييابد (شکل ۳-۴). اين کار با شدت الکتروليت در آب جذبي رس متراکم باعث تغيير تورم ميگردد. در رسهاي غيرمتراکم، تغييرات محلول شيميايي آب حفرهاي به نسبت، اثر کمتري بر روي رفتار تراکمي دارد (کازي و موم۷۴، ۱۹۷۳; ترانس۷۵، ۱۹۷۴).

۳-۳-۹- دستخوردگي
دستخوردگي نمونه در روي نمودار تخلخل- فشار تأثير ميگذارد. براي يک خاک رس عادي تحکيميافته با حساسيت کم تا متوسط (شکل ۳-۹) تحت فشار سربار مؤثر با نسبت تخلخل ، تغييرات نسبت تخلخل با افزايش فشار در صحرا تقريباً به‌صورت منحني ۱ خواهد بود که منحني تحکيم بکر ناميده ميشود و تقريباً در روي مقياس نيمهلگاريتمي، به‌صورت خط مستقيم است.

شکل ۳-۹: خصوصيات رس عادي تحکيم يافته با حساسيت کم تا متوسط (داس، ۲۰۰۰)

ليکن منحني تحکيم آزمايشگاهي براي يک نمونهي نسبتاً دستنخورده از همان خاک، مطابق منحني ۲ خواهد بود که در سمت چپ منحني ۱ قرار دارد. اگر نمونه کاملاً به هم خورده و آزمايش تحکيم روي آن انجام شود، منحني تحکيم مطابق منحني شمارهي ۳ خواهد بود. منحنيهاي ۱، ۲ و ۳ يکديگر را تقريباً در نسبت تخلخل قطع ميکنند (ترزاقي و پک۷۶ ۱۹۶۷).
براي يک خاک رسي پيش تحکيم يافته با حساسيت کم تا متوسط که تحت فشار پيش تحکيم قرار داشته است (شکل ۲-۹) و فشار سربار موجود و نسبت تخلخل نظير به ترتيب مساوي و ميباشد، منحني تحکيم صحرايي تقريباً داراي مسير خواهد بود. توجه شود که قسمتي از منحني تحکيم بکر است. نتيجه آزمايش تحکيم بر روي نمونهاي با دستخوردگي متوسط مطابق منحني ۲ خواهد بود. اشمرتمن۷۷ (۱۹۵۳) چنين نتيجهگيري کرد که شيب خط که مسير تحکيم مجدد صحرايي است، تقريباً مشابه شيب منحني باربرداري است.
رسهاي حساس داراي ساختاري فولکوله بوده و در صحرا، معمولاً مقداري پيش تحکيم يافته هستند. مشخصهي تحکيم براي چنين خاکهايي در شکل ۳-۱۰ نشان داده شده است.

شکل ۳-۱۰: خصوصيات تحکيم رس پيش تحکيم يافته با حساسيت کم تا متوسط (داس،۲۰۰۰)

۳-۳-۱۰- تأثير دوام بار
در آزمايش تحکيم مرسوم، هر بارگذاري روي نمونه به مدت ۲۴ ساعت حفظ ميشود. بعدازآن بار روي نمونه دو برابر ميشود. اين سؤال پيش ميآيد که چه تغييري در روي نمودار در مقابل پيش ميآيد، اگر (الف) زمان حفظ بار روي نمونه غير از ۲۴ ساعت باشد، (ب) با ثابت بودن تمام عوامل، نسبت
افزايش بار غير از ۱ انتخاب شود (= افزايش بار بر واحد سطح نمونه، = بار موجود در روي نمونه بر واحد سطح).
کرافورد۷۸ (۱۹۶۴) آزمايشهاي متعددي روي خاک رس لدا۷۹ انجام داد که در آنها ميزان بار در دو مرحلهي پيدرپي دو برابر ميشد ()، ليکن مدت حفظ بار در روي نمونهها متغير بود. در شکل ۳-۱۱ نمودارهاي در مقابل حاصل از اين آزمايشها نشان داده شده است.

شکل ۳-۱۱: تأثير دوام بار در روي نمودار نسبت تخلخل- فشار (داس، ۲۰۰۰)

از اين منحنيها مشاهده ميشود که با افزايش زمان حفظ بار در روي نمونه، نمودار در مقابل به‌تدريج به سمت چپ حرکت ميکند. بدين معني که براي هر شدت بار وارد بر روي نمونه ()، نسبت تخلخل در انتهاي تحکيم، با افزايش ، کاهش مييابد. براي مثال در شکل ۳-۱۱، در ، براي ۲۴ ساعت و براي ۷ روز است که در آن ميباشد.
علت چنين تغييراتي در روي منحني در مقابل اين است که با افزايش زمان ، مقدار تحکيم ثانويهي نمونه افزايش مييابد که اين موضوع باعث کاهش نسبت تخلخل ميشود. توجه شود که در منحنيهاي شکل ۳-۱۱، مقادير نسبتاً مختلفي براي فشار پيش تحکيم به دست ميآيد. با کاهش زمان ، مقدار افزايش مييابد.

۳-۳-۱۱- نسبت افزايش بار
نسبت افزايش بار نيز در روي منحني در مقابل تأثير ميگذارد. اين موضوع توسط لئونارد و اتشافل۸۰ دقيقاً مورد بحث قرار گرفته است (۱۹۶۴). شکل ۳-۱۲ تغييرات منحني در مقابل را براي مقادير مختلف نشان ميدهد. با افزايش تدريجي ، منحنيهاي در مقابل به‌تدريج به سمت چپ حرکت ميکنند.

شکل ۳ – ۱۲: تأثير نسبت افزايش بار بر روي نمودار نسبت تخلخل- فشار
۳-۴- بررسي روابط تنش-کرنش
تاکنون روشهاي بسياري دربارهي رابطهي بين تخلخل و تنش بيان شده است. يکي از اولين روابط، رابطهي خطي ترزاقي (در فضاي نيمهلگاريتمي) است که همواره جزو پرکاربردترين هاست. مطالعات انجام شده نشان ميدهد که اين رابطه ميتواند حالت خطي نداشته باشد و يا در فضاي تماملگاريتمي خطي گردد.

۳-۴-۱- خط حالت بحراني۸۱ خاک (معادلهي ترزاقي)
مفهوم حالت بحراني در مدلسازي رفتار خاکها مورد استفاده قرار ميگيرد. حالت بحراني يا ثابت به حالتي اطلاق ميشود که در آن خاک در اثر بروز تغييرشکلهاي برشي زياد به شرايطي ميرسد که تغييري در تنشها و تغيير حجم خاک به وجود نميآيد و خاک ميتواند با سرعت ثابتي به تغييرشکل برشي خود ادامه دهد. خط حالت بحراني به‌صورت مکان هندسي در فضاي نسبت تخلخل در مقابل تنش مؤثر متوسط تعريف ميشود. براي خاکهاي ريزدانه (رس) با انجام آزمايش تراکم نمودار مانند شکل ۳-۱۳ ميباشد که به حالت خطي است. در تراکم ايزوتروپيک و يک‌بعدي در فضاي نيمهلگاريتمي رابطهي بين نسبت تخلخل و تنش مؤثر همسان، حالت خطي دارد. در اين حالت (ترزاقي، ۱۹۴۳):

شکل ۳-۱۳: تأثير نسبت افزايش بار بر روي نمودار نسبت تخلخل – فشار (داس، ۲۰۰۰)

براي خط (حالت عادي تحکيم يافته):
(۳-۲)
(۳-۳)
و براي خط CD (حالت پيش تحکيم يافته):
(۳-۴)
(۳-۵)
که در اين معادله، تخلخل اوليه خاک، Cc شاخص تراکم، تخلخل خاک پيش تحکيم يافته در و اعداد ثابت ميباشند.
براي تعيين اين رابطه فرضيات ذيل در نظر گرفته شده:
۱- در آزمايشها و روابط، شرايط يک‌بعدي و ايزوتروپيک صادق است. در اين صورت:

۲- دانههاي جامد و آب حفرهاي تراکمناپذير است.
۳- اثر تغييرشکلهاي طولاني‌مدت (خزش) در نظر گرفته نشده است.

۳-۵- مقاومت برشي خاکها
۳-۵-۱- معرفي
اگر نشست يک فونداسيون به‌طور عمده در اثر تحکيم لايههاي خاک نرمي که در بين اقشار نسبتاً غير قابل تراکم قرار گرفته است باشد، قابل محاسبه و ارزيابي است. بااين‌حال، اين روند فقط در شرايطي که تغييرشکل افقي نسبت به تغييرشکل قائم ناچيز باشد معتبر است. به‌عبارت‌ديگر اعمال بار در محل، باعث تغييرشکل تودهي خاک در جهات مختلفي ميشود. مشخصات تنش-کرنش که تغييرشکل را تعيين ميکنند پيچيدهتر از آن هستند که بتوان آنها را در معادلات ساده و قابل استفادهي عمومي بيان کرد. اين مشخصات با آزمايشهاي تجربي بر روي نمونههاي دستنخوردهي در معرض تنشهاي اوليه و تغييرات تنش متعاقب، قابل‌مقايسه با شرايط محلي، بهتر قابل تحقيق ميباشد. بسياري مسائل ديگر در مکانيک خاک کاربردي، نياز به تحقيقات و مشاهدات مشابه دارند که ازجملهي آنها ميتوان به تغييرات فشار خاک در مقابل ديوارهاي حائل به دليل جابجايي ديوارها، مقدار و توزيع بارها در حفاريهاي باز و مهاربندي‌شده و تغييرشکل تودهها و فونداسيونهاي آنها اشاره کرد.
علاوه بر اين، اگر تنشها به مقادير معين بحراني برسند، خاک گسيخته خواهد شد. در بعضي موارد تنشهاي کششي ممکن است منجر به ترکهايي شوند که اهميت عملي دارند، اما در بيشتر مسائل مهندسي، تنها مقاومت برشي نياز به تحکيم دارد؛ و در مواردي مانند پايداري فونداسيونها و سدها، همانند پايداري شيبها و رفتار زمينلغزهها حاکم است. ترکيب مشخصات تنش-تغييرشکل-گسيختگي خاک، در مقايسه با اکثر مواد سازهاي، تحت تأثير فشار منفذي، تشديد ميشود. اين تأثير بايد در آزمايشهاي تجربي مورد استفاده در بررسي رفتار خاک، مورد توجه قرار گيرد.
تمام آزمونهاي آزمايشگاهي مورد استفاده براي ارزيابي تنش، کرنش و مقا
ومت خاکها در دو مرحله انجام ميشوند. در مرحلهي اول، يک تنش اوليه، ترجيحاً مشابه شرايط قبل از ساخت موجود در محل، به نمونهي خاک وارد ميشود. براي مثال، قبل از يک خاکريزي روي نهشتهي رسي نرم همسطح با زمين، تمام اجزاي رس نرم تحت يک تنش مؤثر عمودي ، تنشهاي مؤثر افقي و فشار منفذي هيدرواستاتيک قرار ميگيرد. براي تعيين مشخصات تنش-کرنش و مشخصات مقاومتي رس نرم قابل استفاده براي ارزيابي پاسخ آن در سازهي خاکريزي، ممکن است يک نمونهي استوانهاي دستنخورده در يک دستگاه سهمحوري قرار گرفته و در مرحلهي اول، تحت يک تنش محوري قائم برابر با ، يک تنش افقي شعاعي برابر با و يک فشار منفذي قرار داده شود. در اين حالت تنش درجا و فشار آب منفذي قبل از مرحلهي دوم (مرحلهي اصلي) در نمونهي آزمايشگاهي ايجاد ميشود. ممکن است فشار آب منفذي در طول مرحلهي اول، براي حفظ درجهي اشباع درجا و براي به حداقل رساندن اکسيداسيون وابسته به کهنگي بيوشيميايي نمونه، ثابت نگه داشته شود (ليسارد۸۲، ۱۹۸۲). به‌عنوان مثالي ديگر، يک جزء از ماسهي اشباع پايينتر از سطح زمين هميشه تحت يک ، و قبل از تنشهاي برشي لرزهاي اعمال شده توسط يک زلزله قرار دارد؛ بنابراين، يک نمونهي دستنخورده در دستگاه برش مستقيم ساده، تحت يک تنش محوري قائم برابر با در مرحلهي اول نيز قرار ميگيرد. درهرحال، در اين دستگاه تنش شعاعي قابل‌کنترل نيست. علاوه بر اين، فرض ميشود که کاربرد شعاعي در دستگاه برش سادهي مستقيم يک تنش شعاعي مؤثر تقريباً برابر با را توسعه ميدهد و نبود تأثير زيادي در رفتار ماسهي اشباع در طول مرحلهي دوم ندارد.
براي رفع محدوديتهاي دستگاه يا سادهسازي روند آزمايش، اغلب يک تنش و فشار منفذي تقريبي ولي نابرابر با شرايط درجا در مرحلهي اول تحميل ميشود. در دستگاه سهمحوري، تنش درجا تقريباً با تنش ميانه تقريب ميشود و نمونهي خاک تحت يک فشار همه‌جانبه‌ي برابر با قرار ميگيرد. در آزمايش برش مستقيم، نمونههاي ماسهي يک سد خاکي اغلب تحت يک تنش نرمال قرار ميگيرند و تنشهاي برشي موجود در خاکريز قبل از لرزش لرزهاي صرف‌نظر ميشوند. در يک سادهسازي مشابه، در مرحلهي اول آزمايش برش مستقيم، يک نمونه از خاک خشک از ناحيهي برشي در يک دامنهي طبيعي تنها تحت يک تنش قائم قرار ميگيرد و تنشهاي برشي موجود در شيب ناديده گرفته ميشود، حتي قبل از حفاري يا شکست در پاي ديوار، تنشهاي برشي اضافي تحميل ميشود که منجر به زمينلغزش ميشوند.
در طول مرحلهي اول اغلب آزمايشها، زهکشي مجاز است و قرار دادن نمونه در آب يا خارج از آن اختياري است. چنين آزمايشي تحکيمشده ناميده ميشود.
بااين‌حال، اين اصطلاحات گاهياوقات گمراهکننده است. براي مثال، وقتي تنش درجا دوباره روي يک خاک دستنخوردهي ايدهآل اعمال ميشود، حتي در حالت زهکشي شده، نمونه نبايد تغيير حجم دهد. بااين‌وجود، مقداري تحکيم ممکن است در طول مرحلهي اول چنين آزمايشي اتفاق بيفتد؛ اين امر بازتاب تأثيرات ناخواستهي دستخوردگي نمونه يا عدم مطابقت مقادير و اعمالي با شرايط واقعي درجا

دیدگاهتان را بنویسید