بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
ارزيابي روشهاي تخمين پتانسيل روانگرايي خاک با استفاده از نتايج آزمايشهاي SPT وCPT
چکيده
روانگرايي پديدهاي مخرب است که مي تواند باعث خسارتهاي فراواني به سازهها و تاسيسات بنا شده روي خاکهاي روانگرا شود.
تاکنون روشهاي زيادي براي تخمين روانگرايي پيشنهاد شده و با استفاده از آزمايش روي نمونه هايي که روانگرايي در آنها رخ داده، صحت روشها به اثبات رسيده است . اين مقاله به بررسي و ارزيابي روشهاي مختلف تخمين پتانسيل روانگرايي در يک خاک با استفاده از نتايج آزمايشهاي درجا و متداول يعني SPT و CPT مي پردازد. اين روش ها توسط محققان زيادي مورد بحث و ارزيابي قرار گرفته اند. روشهاي بررسي شده در اين مقاله شامل روش ادريس و بولانگر، ستين و همکاران، موس وهمکاران و ژو مي باشند که هر يک قابليت ها، کاربردها، مزايا و محدوديت هايي خاص خود را در ارزيابي پتانسيل روانگرايي دارند. نتايج آزمايشهاي
SPT وCPT براي ارزيابي پتانسيل روانگرايي در يک خاک نشان ميدهد که اين روش ها با يکديگر تفاوت قابل ملاحظه اي ندارند.
در يک مطالعه موردي (سد سي دي ال بارک، تونس )، از هريک از اين روشها براي تخمين پتانسيل روانگرايي استفاده گرديد که نتايج حاصل با اختلاف بسيار ناچيزي بدست آمد. اين اختلاف بيشتر ناشي از تجربي بودن روش ها و مقادير ثابتي است که در هريک از روشها اختيار شده است .
کلمات کليدي: روانگرايي ، نفوذ استاندارد، نفوذ مخروط، نسبت مقاومت تناوبي ، نسبت تنش تناوبي
١- مقدمه
روانگرايي ١ پديده اي است که طي آن مقاومت خاک ماسه اي در طول زلزله به دليل افزايش فشار آب حفره اي به طور قابل توجهي کاهش يافته و يا از بين مي رود [١]. اين پديده بيشتر در خاکها و رسوبات سست اشباعي و در معرض بارهاي ديناميکي روي مي دهد. در صورت وقوع روانگرايي خسارتهايي متعددي به وقوع مي پيوندد که به طور خلاصه مي توان نشست زياد، نشست نامتقارن و ناپايداري شيرواني ها خاکي اشاره کرد[٢]. روشهاي تخمين روانگرايي ابتدا با شرايط آزمايشگاهي براي خاک تحت بار ديناميکي ساخته شدند و بعدها با زمينه هاي سابق تکميل و تاييد شدند و هر چه زمينه هاي روانگرايي در محل هاي مختلف اتفاق مي افتاد، اين روشها اصلاح و به روز شدند و اکنون در يک ساختار شناخته شده مورد پذيش محققان مهندسي ژئوتکنيک قرار گرفته است .
در زمينه روانگرايي محققان زيادي صاحب نام هستند که معمولا همگي سعي بر ساده سازي روشها داشته اند. در اين بين محققاني چون سيد و ادريس ، موس و همکاران و بولانگر و ادريس بسيار معروف هستند [٢]. در اينجا براي برآورد پتانسيل روانگرايي از دو روش احتمالاتي و قطعي استفاده مي شود. در اين مقاله روشهاي نوين براي تخمين روانگرايي بر اساس دادههاي نفوذ استاندارد و نفوذ مخروط مورد بررسي قرار مي گيرند.
2
٢- ارزيابي خاکهاي روانگرا با استفاده از داده هاي نفوذ استاندارد (SPT)
با استفاده از مقادير عدد SPT مي توان پتانسيل روانگرايي يک خاک را با تعيين حد بحراني عدد نفوذ استاندارد Ncrit متناظر با احتمال روانگرايي در يک خاک را با رابطه (١) تعيين کرد. در اين رابطه ds بيانگر عمق لايه ماسه بر حسب متر، dw بيانگر عمق
آب زيرزميني بر حسب متر و Nref بيانگر شدت زلزله منطقه است که از جدول ١ تعيين مي شود [٢]:
در اين روش با بهرهگيري از رابطه ١ و جدول ١ امکان تعيين يک خط مرزي جهت تفکيک و تشخيص خاکهاي داراي پتانسيل روانگرايي با خاکهاي غيرروانگرا وجود دارد بدين معني که مقادير عدد نفوذ استاندارد بدست آمده N بايد با مقادير عدد نفوذ استاندارد اصلاح شده مقايسه شوند (شکل ١). اگر Ncrit بدست آمده در سمت چپ خط آستانه روانگرايي قرار گيرد خاک پتانسيل روانگرايي دارد و اگر در سمت راست خط آستانه قرار گيرد، خاک پتانسيل روانگرايي ندارد[٢].
٣- روش سيد٣ و ادريس ٤ براي تحليل پتانسيل روانگرايي
در اين روش، پتانسل روانگرايي از تحليل و محاسبه ضريب اطمينان مورد ارزيابي قرار مي گيرد به گونه اي که اگر ضريب اطمينان کمتر از ١ معرف پتانسيل يک خاک براي روانگرايي است و بالعکس . ضريب اطمينان اين روش نسبت مقاومت سيکلي متناظر لحظه روانگرايي (CRR ) به نسبت تنش سيکلي ناشي از زلزله (CSR) است و از رابطه زير تعيين مي شود[٣]. سيد و ادريس براي محاسبه CSR رابطه ٣ را پيشنهاد دادهاند.
در اين رابطه σv و σ’v به ترتيب تنش کل و تنش مؤثر سربار هستند. amax نيز معرف حداکثر شتاب افقي زلزله در سطح زمين است . پارامتر g شتاب ثقل و پارامتر rd ضريب کاهش تنش است . براي محاسبه CRR روشهاي بسيار متنوع و مختلفي وجود دارد که در ادامه بررسي و ارزيابي برخي از آنها اشاره مي شود.
٤-روش ستين
در روش ستين و همکاران از رابطه ٤ براي نسبت مقاومت برشي در برابر روانگرايي استفاده مي شود[٥]. در اين رابطه بيانگر مقاومت SPT اصلاح شده، FC بيانگر ضريب خطا، MW بيانگر بزرگي زلزله ، σv بيانگر تنش کل ، ’σ بيانگر تنش موثر، بيانگر معکوس تابع تجمعي نرمال و PL بيانگر روانگرايي احتمالي است . متناوبا با استفاده از يک CSR داده شده PL از رابطه ٥ بدست مي آيد.
در اين رابطه CSReq نسبت تنش سيکلي است که بر اساس بزرگي و جهت ، تعديل نشده است و Pa فشار اتمسفر است . ستين و همکاران براي ارزيابي روانگرايي احتمالي از نمودارهايي که به ازاي ( ٥٢٠٥٠٨٠٩٥=PL ) به عنواني تابعي از نسبت تنش تناوبي (*CSReq )و CS٦٠ (N١) رسم شدهاند، پيشنهاد کرده اند (شکل ٢). همچنين بايد معادل CSReq براي جهت اثر بر اساس بزرگي همبسته DMFM تعديل شود که مقدار آن از شکل هاي ٣و٤ (پيشنهاد شده توسط مرکز ملي تحقيقات زلزله NCEER) و يا با استفاده از رابطه ٧ (پيشنهاد شده توسط کتين و همکاران [٥]) تعيين مي شود.
چون از روابط روانگرايي قطعي بيشتر از روانگرايي احتمالي استفاده مي شود ستين و همکاران از مقادير CRR به ازاي روانگرايي احتمالي (١٥=PL ) و تغيير درصد خطا (٥>FC، ١٥=FC، ٣٥<FC) را پيشنهاد کردند (شکل ٢). براي اين حالت نيز يک سري منحني مرزي را براساس داده هاي آزمايشگاهي که روانگرايي اتفاق افتاده و يا اتفاق نيفتاده، پيشنهاد کردند که اگر مقادير N١٦٠
و *CSReq که براساس روابط ٤، ٥ و ٦ با هم رابطه دارند در سمت چپ منحني مرزي قرار بگيرند خاک مورد بررسي به عنوان
خاک روانگرا تلقي مي شود و در غير اين صورت خاک غير روانگرا خواهد بود [٥].
٥-روش بولانگر
آنها يک رابطه قطعي بين نسبت مقاومت تناوبي CRR و مقاومت نفوذ SPT ارايه کردند.نمونه تاريخي روانگرايي SPT در ماسه ها،ماسه هاي سيليتي وسيليت هاي ماسه اي نسبت به مقادير تميز با رنج هاي مختلف درصد خطارسم شدند.
خطوط يا مقادير نسبت مقاومت تناوبي CRR به ازاي ٧٥=M و براي خاک هاي چسبنده براساس مقادير CS٦٠ (N١) از رابطه ٨ محاسبه مي شوند[٦].
