مطالعه تجربی رفتار تنش-کرنش ماسه لای دار غیراشباع

نوع: Type: رساله

مقطع: Segment: دکتری

عنوان: Title: مطالعه تجربی رفتار تنش-کرنش ماسه لای دار غیراشباع

ارائه دهنده: Provider: مازیار عبدی - رشته عمران

اساتید راهنما: Supervisors: دکتر محمد ملکی

اساتید مشاور: Advisory Professors:

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر مسعود مکارچیان ،دکتر علیرضا اردکانی ،دکتر مهنوش بیگلری

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: 1402/7/8

مکان ارائه: Place of presentation: امفی تئاتر دانشکده مهندسی

چکیده: Abstract: بخش عمده‌ای از خاک‌ها در نواحی مختلف جهان به‌خصوص ایران، به علت مصرف بی‌رویه آب‌های زیرزمینی غیراشباع هستند؛ بنابراین امروزه اکثر سازه‎ها بر روی خاک‎های غیراشباع ساخته می‎شوند. ‎خاک‎های غیراشباع دارای سه فاز آب، دانه‎های جامد و هوا هستند. وجود هوا بسیاری از معادلات حالت اشباع را از اعتبار ساقط می‎کند. مقاومت برشی، رفتار تغییر حجمی، نفوذپذیری و دیگر پارامترها تحت تأثیر اندرکنش این فازها قرار دارند. از آن‎جایی‎که عمر مطالعات در حالت غیراشباع، کمتر از حالت اشباع است؛ بنابراین هنوز بسیاری از زوایای رفتار این خاک‎ها بررسی نشده است. مطالعاتی که تاکنون بر روی این خاک‎ها انجام شده است، نشان می‎دهد که رفتار خاک‎های غیراشباع وابسته به عواملی همچون مکش، تنش همه‎جانبه، مسیر بارگذاری و مسیر ترشدگی و خشک‎شدن است. در این میان مطالعات آزمایشگاهی بسیار کمی بر روی چگونگی تأثیر ترکیب اجزا تشکیل‌دهنده بخش جامد خاک انجام‌گرفته است. در همین زمینه خاک‌های ماسه‌ای لای‌دار با توجه به تأثیرپذیری شدید خاک از درصد لای، در حالت غیراشباع کمتر مطالعه شده‌اند. در حالت اشباع ماسه‎های لای‎دار با توجه به درصد لای، تراکم اولیه، وضعیت تنش اولیه، مسیر تنش اعمالی، جنس و هندسه دانه‎ها رفتار متفاوتی از خود به نمایش می‎گذارند. مطالعات تجربی نسبتاً جامعی در شرایط اشباع روی این خاک‎ها انجام گرفته است که منجر به دیدگاه روشنی از رفتار آن‎ها شده است. تعریف مفاهیمی همچون درصد ریزدانه آستانه و نسبت تخلخل بین‎دانه‎ای معادل در حالت اشباع موجب شده است یک همگن‎سازی در رفتار این خاک‎ها صورت گیرد. با توجه به وجود پارامتر مکش، در خاک‎های غیراشباع اعتبار پارامتر نسبت تخلخل بین‌دانه‌ای معادل و پارامتر حالت در حالت غیراشباع برای خاک ماسه‌ای لای‌دار بررسی نشده است. بنابراین تمرکز اصلی این پژوهش بر روی بررسی این پارامترها در خا‎ک‎های غیراشباع و کاربرد آن در روابط تنش-اتساع مدل‎های رفتاری است. برای این منظور تعدادی آزمایش سه‎محوری در شرایط غیراشباع بر روی خاک ماسه‎ای با ترکیبات مختلف ریزدانه انجام شد. بخش درشت‎دانه خاک از بستر رودخانه شوشاب ملایر واقع در استان همدان تهیه و همچنین برای بخش ریزدانه از پودر سنگ استفاده شده است. طبق هدف اصلی این مطالعه که بررسی آثار بافت خاک و مکش بر رفتار مقاومتی مخلوط ماسه و لای در حالت غیراشباع است، سعی شد تا با تغییر نسبت لای به ماسه، بافت‎های متفاوتی برای نمونه‎ها ایجاد شود. این آزمایش‎ها بر روی ماسه با صفر، 10، 20 و 30 درصد ریزدانه، در تنش‎های همه‌جانبه 50، 100، 150 و 200 کیلوپاسکال و مکش‎های صفر، 100، 150 و 200 کیلوپاسکال انجام شده است. از آن‎جایی که یکی از اهداف این پژوهش، بررسی کاربرد نسبت تخلخل بین دانه‎ای معادل در حالت غیراشباع است، نمونه‎هایی با eeq یکسان با استفاده از ماسه و لای شهرک فرهنگیان همدان ساخته شد. این آزمایش‎های بر روی ماسه با صفر، 10 و 15 درصد ریزدانه، در تنش‎های همه‎جانبه 50، 100 و 150 کیلوپاسکال و در مکش‎های صفر، 50، 100، 150 و 250 کیلوپاسکال انجام شد. برای دستیابی به اهداف پژوهش ابتدا خطوط حالت بحرانی در هر دو نمودار مقاومتی و تغییر حجمی و در دو فضای تنش خالص و مؤثر ترسیم شد. در نمودار مقاومتی و در فضای تنش خالص، خطوط حالت بحرانی موازی با حالت اشباع است و عرض از مبدأ با افزایش مکش، افزایش پیدا می‎کند. همچنین در یک مکش مشخص با افزایش درصد ریزدانه، عرض از مبدأ بیشتر می‎شود. دلیل این افزایش این است که با افزایش درصد ریزدانه و تراکم، حفرات خاک کمتر می‎شود؛ بنابراین اثر مکش بیشتر می‎شود. با این حال با به‎کارگیری رابطه تنش مؤثر مناسب می‎توان به خط حالت بحرانی واحد در یک درصد ریزدانه و در نمودار q-p' رسید. این خط وابسته به درصد ریزدانه است و با افزایش درصد ریزدانه، شیب خطوط افزایش پیدا می‎کند. در نمودار ecr-lnpnet نیز خطوط حالت بحرانی وابسته به مکش است. در ماسه خالص با افزایش مکش شیب نمودار افزایش پیدا می‎کند. عرض از مبدأ این خطوط نیز تابع مکش است. در ماسه با 10 درصد ریزدانه، شیب و عرض از مبدأ خطوط روند مشخصی با تغییرات مکش دارند. در ماسه با 20 درصد ریزدانه، شیب خطوط ابتدا با افزایش مکش، کاهش و سپس افزایش پیدا می‎کند. با این حال عرض از مبدأ با افزایش مکش همواره افزایش پیدا می‎کند. در ماسه با 30 درصد مجدداً تغییرات شیب و عرض از مبدأ روند مشخصی با مکش دارد. علاوه بر مکش این خطوط تابع درصد ریزدانه نیز هستند. در حالت غیراشباع و مکش‎های مختلف روندهای متناقضی در این خصوص مشاهده شد؛ با این حال مجموع این روندها باعث می‎شود که با افزایش درصد ریزدانه، خطوط حالت بحرانی به‎سمت پایین حرکت کنند. در نهایت مشاهده شد که در نمودار تنش خالص خطوط حالت بحرانی وابسته مکش و درصد ریزدانه هستند و این می‎تواند باعث سردرگمی در برخورد با رفتار خاک‎های ماسه غیراشباع در مکش‎ها و درصدهای مختلف ریزدانه شود. بر خلاف نمودار q-p' در نمودار ecr-lnp' نمی‎توان برای یک درصد ریزدانه مشخص، با استفاده از مفهوم تنش مؤثر به یک خط حالت بحرانی واحد برای یک درصد ریزدانه مشخص و در مکش‎های مختلف رسید. برای این منظور از روش نرمال‎سازی گالیپولی و همکاران (Gallipoli et al., 2003) در این پژوهش استفاده شد. مشاهده شد که با استفاده از این روش می‎توان برای یک درصد ریزدانه مشخص، یک خط حالت بحرانی در مکش‎های مختلف تعریف کرد. خطوط حالت بحرانی حاصل تابع درصد ریزدانه هستند. بنابراین باید از مفهوم نسبت تخلخل بین‎دانه‎ای معادل استفاده کرد. در نهایت مشاهده شد که بهترین روش برای محاسبه پارامتر b، استفاده از روش تجزیه و تحلیل معکوس است. در برخی از مدل‎های سطح مرزی برای بیان رابطه بین تنش و اتساع از پارامتر حالت استفاده می‎شود. مشاهده شد که روابطی که برای حالت اشباع ارائه شده‌اند، به نحو مناسبی رفتار تغییر حجمی را در شرایط غیراشباع بیان می‌کنند. بنابراین استفاده روابط تنش- اتساع حالت اشباع برای خاک‌های غیراشباع، خللی در کارایی آن ایجاد نمی‌کند. در ادامه باتوجه به خط حالت بحرانی واحدی که برای درصدهای مختلف ریزدانه و در شرایط اشباع و غیراشباع به‎دست آمد کارایی استفاده از پارامتر حالت معادل در این حالت در روابط تنش- اتساع مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در صورتی که در این روابط به‎جای ѱ از ѱeq استفاده شود، درصد ریزدانه از طریق پارامتر حالت معادل وارد روابط می‎شود؛ بنابراین می‎توان با تعیین پارامترهای رابطه برای یک درصد ریزدانه، رفتار تنش- اتساع دیگر ترکیبات را به‌دست آورد.

فایل: ّFile: تنزيل فایل