بخشی از مقاله
بررسي پتانسیل روانگرايي ماسة اشباع با استعاده از آزمايش هاي سه محوري فشاري و کششي
چکيده : در برآورد پتانسیل روانگرايي در بررسي هاي لرزه خيزي و پهنه بندي عمدتاً از روشهاي صحرايي و آزمايشگاهي براي تخمين مقاومت روانگرايي استعاده مي شود. روش رايج آزمايشگاهي براي برآورد پتانسیل روانگرايي ماسه هاي اشباع , با استعاده از دستگاه سه محوري سيکليک مي باشد. آزمايشهايي که با استعاده از اين دستگاه انجام مي گيرند بصورت معمول درحالت فشاري هستند. انجام آزمايش سه محوري در مود کششي که مي تواند تاثير نا همساني تنشها را بر رفتار سيکليک زهکشي نشده ماسه ها نشان دهد در ادبيات فني بندرت به چشم مي خورد. در مطالعه حاضر بمنظور بررسي رفتارماسه هاي اشباع , يکسري تست سه محوري سيکليک در مودهاي فشاري و کششي با استعاده از دستگاه مسير تنش طراحي و ساخته شده در دانشگاه تهران , روي ماسه سيليسي شماره ١٦١ فيروزکوه انجام پذيرفته است . نتايج نشان مي دهد که پتانسیل روانگرايي ماسة اشباع در حالت کششي بيشترازحالت فشاري است و اين غير محافظه کارانه بودن نتايج مطالعات معمول روانگرايي را بيان مي دارد.
مقدمه
پديده هاي مختلعي در طبيعت در نهشته هاي ماسه اي اشباع حين بارگذاري هاي سريع رخ مي دهد که بررسي رفتار لرزه اي اين نوع خاکها را اهميت مي بخشد.[ ٣و٥و٧] يکي از مسائلي که امروزه از جمله مسائق مهندسي شناخته شده در ژئوتکنيک لرزه اي بشمار مي آيد مسئله روانگرايي در ماسه هاي اشباع است . در اين راستا مطالعات فراواني صورت پذيرفته و روابط و توصيه هاي زيادي توسط محققين مختلف تهيه شده است . معهوم روانگرايي به طرق گوناگون طبقه بندي شده و اثر پارامترهاي مختلف نيز بر آن بررسي گرديده است . با اين حال هنوز موارد ابهام فراواني در تبيين معهوم روانگرايي وجود دارد. از طرفي بدليق تأثير پارامترهايي مانند فابريک و ناهمساني ذاتي خاک , تاثير پيچيده اين عوامق که گاها مي تواند غير واقع بينانه بودن روشهاي رايج را نشان دهد, هنوز بدرستي مطالعه نگرديده است .
براي بررسي اين موضوع يکي از مشکلات رودرروايجاد ابزار دقيق آزمايش است که بايد قبق از ارائة هرگونه بحث تئوريک به آن پرداخت . بعد از آن نوبت به انجام آزمايشات دقيق و قابل اعتماد و نهايتاً تجزيه و تحليق نتايج و ارائه مدلهاي رفتاري خواهد رسيد. در اين جهت نيز کارهاي زيادي در دنيا انجام شده و به طراحي و ساخت دستگاههاي آزمايشگاهي زيادي انجاميده است .[٤]
بعد از اينکه ترزاقي در سال ١٩٢٥ اولين بار واژه روانگرايي را به جامعه مهندسي معرفي کرد اين کاساگرانده بود که بعد از گسيختگي سد FOrt PaCk معهوم تخلخق بحراني را با انجام آزمايشات برش مستقيم معرفي کرد.[٢] روسکو در دهة پنجاه آزمايشهايي بر روي رسها انجام داد که پيامد آن طراحي دستگاه برش ساده بود و معاهيم حالت بحراني براي خاکهاي رسي بوجود آمد که بعدها اين معاهيم وارد مطالعه ماسه ها نيز شد. بيشاپ در سالهاي ٦٢ و ٦٣ دستگاه سه محوري مسير تنش را طراحي کرد. در زلزله نيگاتا درسال ١٩٦٤ ميلادي خرابيهاي فراواني رخ داد که علت اصلي آن روانگرايي بود. بعد از اين حادثه seed و Lee در سال ١٩٦٦ ميلادي تست هاي سه محوري سيکليک را برنامه ريزي کردند و معهوم روانگرايي اوليه و روانگرايي کامق ارائه شد.[٦] تاتسواکا در ژاپن ارزيابي پتانسیل روانگرايي را با تست هاي نعوذمثق تست sPT و CPT مطرح کرد. تا کنون مطالعات زيادي روي رفتار ماسه هاي اشباع انجام گرفته است که هدف آنها روشن کردن رفتار ماسه هاي اشباع و نيز ارائه تعاريف مختلف و طبقه بندي روانگرايي بوده است با اين حال با توجه به اينکه در عمق روانگرايي محصول بارگذاريهاي رفت و برگشتي همانند زلزله مي باشد ضروري بود که روش مستقيم ارزيابي پتانسیل روانگرايي در مقابل زلزله طرح ارائه گردد. پيشگام اين مطلب seed و IdriSS در ١٩٧١ بودند که با ارائه روش ساده خود در ارزيابي پتانسیل روانگرايي به شکل مناسب و کاربردي مسير جديدي را در اين راستا باز نمودند. روش ساده آنها مبتني بر تعيين نسبت تنش برشي (CsR) ناشي از يک زلزله معروض و مقايسه آن با نسبت تنش برشي مقاوم خاک به روانگرايي به ازاي تعداد معيني از سيکلهاي بارگذاري مي باشد. براي تعيين مقاومت خاک به روانگرايي پيشنهاد سيد و ادريس استعاده از آزمايش سه محوري سيکليک (فشاري ) و يا استعاده از منحني هاي مبتني بر تعداد ضربات sPT و يا مقاومت CPT است . اين نوع منحني ها به نوبه خود بر مبناي رفتار سيکليک خاک در مود فشاري بدست آمده اند. تا بحال روشهاي مختلعي که در اساس مبتني بر روش اوليه سيد و ادريس هستند به وجود آمده است . دستورالعمق کميته فني شماره ٤ انجمن بين المللي ژئوتکنيک (TC٤) روش ژاپني ها و روش چيني ها را معرفي مي کند. هر چند که بحثهاي تکميلي زيادي در اين خصوص تاکنون ارائه شده اند, با اين حال در استعاده همه اين روشها براي بدست آوردن نسبت تنش برشي (CsR) مقاوم خاک , رفتار سيکليک خاک در مود فشاري مورد نظر مي باشد. با توجه به اينکه آزمايشهاي مونوتونيک نشان داده است که رفتار خاک در مود کششي مي تواند به مقدار قابل توجهي با رفتار آن در مود فشاري متعاوت باشد[٨و٩و١٠و١١] و با توجه به نبود اطلاعات در اين زمينه , در تحقيق حاضر پتانسیل روانگرايي ماسه هاي اشباع در مود کششي مورد ارزيابي قرار گرفته و با ميزان آن در مود فشاري مقايسه شده است .
راه اندازي دستگاه و مصالح مورد استفاده
براي بررسي اثر ناهمساني در دستگاه سه محوري مي بايست دستگاه سه محوري معمولي اولاً به صورت کنترل تنش باشد. ثانياً براي تست در حالت کششي بايد طوري اقدام شود که تنش جانبي از تنش قائم بيشتر شود اين کار به جداسازي تنش هاي افقي و قائم نياز دارد چرا که نبايد فشار آب داخق سلول به صورت قائم نيز بر نمونه اعمال شود. چون در اينصورت همواره تنش قائم از افقي بيشتر خواهد شد. ثالثاً در اين دستگاه بايد امکان فضايي براي افزايش طول نمونه فراهم شود و رابعاً بايد کنترل تنش ها بايستي به شکل دقيق و با مسير از قبق تعيين شده اي انجام گيرد. در اين راستا براي نيق به هدف اول از دستگاه سه محوري بيشاپ - وسلي که براي تست مسير تنش طراحي شده است استعاده شد.
براي منظور دوم دو قطعه يکي به صورت قيف مانند از پلکسي گلاس و ديگري که قطعه قبلي آنرا در بر مي گيرد از آلومينيوم ساخته و طراحي شدند. با اعمال خلاء به قسمت مياني اين دو قطعه علاوه بر ايزولاسيون دو تنش افقي و قائم اتصال کلاهک بالايي نمونه به صورت کنترل از دور امکان پذير مي گردد. براي حصول منظور سوم , اهرم بارگذاري قائم در ابتداي تست در وسط بازه حرکت تنظيم شد و براي تامين منظور آخر دو مدول کنترلي موسوم به EP TranSduCer استعاده گرديد.براي انجام اندازه گيري ميزان پارامترهاي مورد نيازو نيز امکان گرفتن پس خور (Feed baCk) براي اجراي کنترل بسته از چهار سنسورمختلف استعاده شد. حلقه ارتباطي اين سنسورها را با مدولهاي کنترلي يک برنامه کامپيوتري تکميق کرده است . اين برنامه که در محيط ويژوال بيسيک نوشته شده خروجي سنسورها را با هدف کاربر مقايسه کرده و اختلاف آنها را به مدولهاي کنترلي اعمال مي کند. به اين ترتيب يک کنترل حلقه بسته تمام اتوماتيک به وجود آمد که امکان تست مونوتونيک و سيکليک با موج سينوسي تا فرکانس حدود ٠.٠٥ هرتز را دارد.
خاک مورد استعاده ماسة سيليسي فيروزکوه (ماسه شماره ١٦١) است که مشخصات آن و مقايسه آن با دو ماسة مطرح ديگر در جدول زير نشان داده شده است .[١]
نحوه انجام تست
روند متعارف در تست روي ماسه بدين ترتيب است که ابتدا غشاء جاگذاري شده و سپس قالب دور آن قرار مي گيرد و خلأ بين غشاء و قالب اعمال مي شود. و سپس به روش مورد نظر نمونه تهيه مي شود. سه روش عمدة تهيه نمونه ماسه اي در تست سه محوري , روش خشک , روش تر و روش غرقآبي به شمار مي آيند. در اين تحقيق از روش خشک استعاده شده است .بعد از تهيه نمونه , ابتدا نمونه اشباع و سپس با تنش اوليه مورد نظر تحکيم مي شود. بسته به اينکه تست در شرايط کشش يا فشار بايد انجام گيرد نوع و مقدار تنش تحکيم که امکان تحکيم ناهمسان را فراهم مي سازد تعيين و با کنترل کامپيوتري به نمونه اعمال مي شود. سپس بارگذاري به نحو مقتضي به صورت سيکليک يا مونوتونيک صورت مي پذيرد.
