بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
ارزيابي پتانسيل روانگرايي شهر اهر با استفاده از نتايج آزمايش صحرايي مقاومت نفوذ استاندارد(SPT)
خلاصه
با توجه به خطراتي که بر اثر روانگرايي در خاک و متعاقبا در سازه ها به ويژه در مناطقي که داراي خاک هاي دانه اي اشباع شل هستند رخ مي دهد انجام تحليل روانگرايي بسيار با اهميت است . در اين تحقيق ، روش مقاومت نفوذ استاندارد جهت ارزيابي پتانسيل روانگرايي خاکهاي شهرستان اهر مورد استفاده قرار گرفته است . نتيجه حاصل از تحليل در ٢٧ حلقه گمانه به همراه چاههاي پيزومتري، نشان مي دهد که عدد شاخص روانگرايي به دست آمده براي منطقه مورد مطالعه در محدوده رده کم )P ٠٥) قرار ميگيرد. اين بدين معني است که منطقه مستعد روانگرايي نيست . دليل اين مسئله عمدتا پايين بودن سطح آب زيرزميني از ديدگاه زمين شناسي و جنس لايه هاي تشکيل دهنده تحت الارض مي باشد.
کلمات کليدي: آزمون مقاومت نفوذ استانداردSP)T(، شاخص پتانسيل روانگرايي، اهر.
1. مقدمه
مخاطرات ژئوتکنيکي با توجه به تلفات مالي و جاني بسيار مرتبط با آنها همواره توجه ، بسياري از محققين و دانشمندان علوم زمين و مکانيک خاک را به خود مشغول نموده است . در ميان اين مخاطرات ، روانگرايي پديده اي است که عموما در خاکهاي ماسه اي غير متراکم اشباع و در خلال يک بار ديناميکي مانند زلزله رخ ميدهد. افزايش فشار آب منفذي ممکن است به تقليل و حتي از بين رفتن کامل مقاومت برشي خاک بيانجامد [١]. اين پديده خود را به صورت نشستهاي قابل توجه ، ايجاد ترک و بازشدگي، فوران گل و آب ، جوشش ماسه و تراوش آب از خلل و فرج موجود در سطح زمين نشان ميدهد.
از عوامل مؤثر بر وقوع روانگرايي ميتوان به بزرگاي زلزله و مدت زمان آن ، تخلخل ، تراکم نسبي، درصد ريزدانه و نشانه خميري خاک و دامنه تنش برشي اعمالي بر توده خاک در زمان زلزله اشاره نمود. شناسايي مناطق مستعد روانگرايي ميتواند به شکل پهنه بندي انجام گرفته و تا حدود زيادي از ميزان خسارات ناشي از وقوع روانگرايي در زمان رخداد زمينلرزه بکاهد[٢]. در اين تحقيق ، روش مقاومت نفوذ استاندارد جهت ارزيابي پتانسيل روانگرايي خاکهاي شهر اهرمورد استفاده قرار گرفته است . شهر اهر در استان آذربايجان شرقي واقع شده است واز ديدگاه زمين شناسي منطقه مورد مطالعه بر روي رسوبات آبرفتي کواترنري پوشيده شده است که در نقشه زمين شناسي شکل (١) قابل مشاهده مي باشد.
شکل ١- نقشه زمين شناسي منطقه]٣[.
. روش تحقيق
به منظور ارزيابي پتانسيل روانگرايي، اطلاعات ژئوتکنيکي حلقه گمانه حفاري شده در شهر اهرکه به روش ماشيني حفاري شده اند مورد استفاده قرار گرفته است . در بررسيهاي بعدي منطقه مورد مطالعه تعدادي از گمانه ها با توجه به جنس خاک (شني و رسي) و تعدادي بدليل تعدادي به جهت قابل اطمينان نبودن نتايج کنار گذاشته شد. در نهايت ٢٧ حلقه گمانه با توجه به عمق آب زيرزميني و نوع خاک (ماسه و لاي ) مورد ارزيابي قرار گرفته اند. عمق سطح ايستابي يکي از عوامل اساسي در ارزيابيهاي پتانسيل روانگرايي محسوب ميشود. علاوه بر سطح ايستابي، نوع و ويژگيهاي فيزيکي و مکانيکي خاکها از عوامل مؤثر در ميزان قابليت روانگرايي آنها ميباشد. همچنين براي مطالعات بيشتر براي گمانه هاي مورد بررسي به همراه ٢٢عدد از چاه هاي پيزومتري [٣] به کمک نرم افزار GIS نقشه تغييرات سطح آب زير زميني تهيه گرديدکه در بخش نتايج نمايش داده شده است . موقعيت گمانه هاي ياد شده در شکل (٢)آمده است . پارامترهاي مورد نياز جهت برآورد خطر روانگرايي نظير لايه بندي خاک، عمق آب زيرزميني و شتاب سطح زمين درنظر قرار گرفته است . در ادامه ضريب اطمينان در مقابل روانگرايي در اعماق مختلف محاسبه گرديده و با
استفاده از روش ايواساکي و همکاران شاخص پتانسيل روانگرايي تعيين شده و خطر روانگرايي مورد ارزيابي قرار گرفته است .
شکل٢- نقشه موقعيت چاههاي گمانه
. ارزيابي پتانسيل روانگرايي با استفاده از روش مقاومت نفوذ استاندارد(SPT)
در سه دهه اخير استفاده از روشي تحت عنوان " روش ساده شده " جهت ارزيابي پتانسيل روانگرايي خاکها بسيارمتداول بوده است . اين روش که توسط سيد و ادريس در سال ١٩٧١ پايه ريزي شد به مرور زمان با توجه به اطلاعات مربوط به زلزله هاي بوقوع پيوسته اصلاح گرديده است .
در اين تحقيق مقدار g٠٣=amax براساس حداکثر شتاب حرکت زمين ميباشد که بر پايه زلزله هاي به وقوع پيوسته در منطقه و مطابق آئين نامه ٢ در نظر گرفته شده است . همچنين بزرگاي زلزله براي منطقه برابر.٧در نظر گرفته شده است فلسفه کلي تعيين پتانسيل روانگرايي خاکها درسه بخش قابل بيان است :
تعيين نسبت تنش برشي تناوبي توده خاک (CSR)
اين نسبت بيان کننده اعمال بارگذاري لرزه اي در توده خاکي ميباشد. سيد و ادريس تنشهاي برشي ايجادشده درهرنقطه ازنهشته هاي خاکي درهنگام زلزله ، راعمدتا به دليل انتشار قائم امواج برشي درنهشته دانسته اند[٥] .آنان براي تعيين نسبت تنش تناوبي)CSR) رابطه (١)و(٢) را ارائه نمودند
)1(
)2(
amax : همان PGA يا بيشينه شتاب افقي زلزله برروي سطح زمين ساختگاهي (در تحقيق حاضرg٠٣=amax ) CSR : نسبت تنش سيکلي ناشي از زلزله اي به بزرگي.٧ g : شتاب ثقل زمين σ : تنش کل سربار در عمق مورد نظر
: تنش موثرسربار در عمق مورد نظر
MSF : فاکتورمقياس بزرگاي زلزله ( در تحقيق حاضر، بزرگاي زلزله برابر .٧ در نظر گرفته شده است که ميزان فاکتور مقياس برابر يک در نظر گرفته شده است )
rd : ضريب کاهش تنش که مقدار آن که تابعي از عمق مي باشد. بر اساس نمودار شکل (٣) زير ه ب دست مي آيد.
شکل ٣- نمودار ارزيابي مقدار ضريب کاهش تنش )rd
محاسبه نسبت مقاومت برشي تناوبي توده خاک(CRR)
اين نسبت ميزان تنشهاي برشي مورد نياز براي وقوع روانگرايي درخاکها را نشان ميدهد. در ارزيابي پتانسيل روانگرايي خاکهاي ماسه اي ابتدا مقدار نسبت مقاومت برشي تناوبي توده خاک )CRR) براساس نتايج آزمايش SPT پس از اعمال ضرايب اصلاحي که توسط سيد و همکاران ارائه شده بدست ميآيد . محاسبه عدد مقاومت نفوذ استاندارد اصلاح شده ٦٠)N١) توسط روابط (٣) و () ارائه شده توسط اسکمپتون و ليائو و ويتمن به دست ميآيد [٧].
تصحيح اعداد نفوذ استاندارد :
(N 1)60 mC N C EC BC RCS )3(
که در رابطه فوق N تعدادضربات ، N m عدد نفوذ استاندارد اندازه گ يري شده ، CN فاکتور تصح يح فشار موثر سرباره ، CE فاکتور صحيح براي نسبت انرژي چکش که 7.5 در نظر گرفته شده است ، CB فاکتور تصحيح براي قطر گمانه ، که ١ در نظر گرفته شده است ، فاکتور تصحيح براي طول ميله حفاري که 7.5.در نظر گرفته شده است و CS فاکتور تصحيح براي نوع نمونه گير که ١ در نظر گرفته شده است . مقدار ضريب اصلاح فشار سربار از رابطه ( ) به دست مي آيد.
مطالعات آزمايشگاهي ارزيابي پتانسيل روانگرايي نشان داده است که با افزايش عمق و نتيجتا افزايش ميزان تنش مؤثر همه جانبه ، مقدار مقاومت تناوبي افزايش مييابد بر پايه تحقيقات مختلفي که توسط سيد در سال 1983، هاينس و اولسن در سال ١٩٩٩ و سيد و هاردر در سال1999انجام شده [٩]، پيشنهاد گرديده که مقدار CRR براي تنش هاي موثر بزرگتر از ١کيلوپاسگال برحسب تراکم نسبي خاک مطابق روابط زير اصلاح گردد:
3-3- اصلاح نسبت مقاومت برشي تناوبي توده خاک(CRR)
شايان ذکر است که در ارزيابي پتانسيل روانگرايي صورت گرفته بر اساس روش مورد استفاده در اين مقاله ، مقدار مقاومت برشي تناوبي توده خاک)CRR) در عمق مورد مطالعه ، به شرط آنکه در آن عمق مقدار تنش قائم مؤثر از ،kPa ١ تجاوز کند. با استفاده از رابطه (5) اصلاح شده است :
در اين رابطه ،)CRR) مقدار مقاومت برشي تناوبي توده خاک در عمق مورد مطالعه و )CRRj) مقاومت برشي تناوبي اصلاح شده توده خاک است . پارامتر kσ ، ضريبي است که تابع سست يا متراکم بودن خاک است و ميتوان از رابطه (5) مقدار آن را بدست آورد. براي خاکهاي سست براي خاکهاي با تراکم متوسط و براي خاکهاي بسيار متراکم ميباشد.
4-3- محاسبه مقدار ضريب اطمينان (Fs)
مقدار ضريب اطمينان در مقابل روانگرايي در هر روش مورد بررسي با استفاده از رابطه (6) محاسبه مي شود:
