مطالعه تجربی رفتار تنش-کرنش ماسه لای دار غیراشباع - دانشکده فنی و مهندسی
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: دانلود فایل