بخشی از مقاله
خلاصه
در این پژوهش مشخصات و رفتار مکانیکی مجموعه نسبتا وسیعی شامل 50 نمونه مصالح سنگریزهای جمع آوری شده و در قالب مدل هذلولی بررسی شده است. مدول الاستیسیته تانژانتی اولیه - Ei - و تانژانت زاویه اصطکاک داخلی - WDQ - برای این مصالح با استفاده از نتایج آزمایشات ارائه شده و یا سایر اطلاعات ذکر شده در گزارشها و مراجع مربوطه تعیین گردیده است. سپس مصالح مذکور بر اساس شکل ذرات و مقاومت شکست آنها به سه گروه تقسیم شده و برای هرگروه، تغییرات Ei و - WDQ - با تنش همه جانبه - 3 - بررسی و تاثیر قطر حداکثر دانه ها - - dmax و ضریب یکنواختی - - Cu بر تغییرات این پارامترها بررسی شده است. از مقایسه نتایج بدست آمده برای مصالح تیزگوشه و گردگوشه مشاهده شد که شیب تغییرات Ei: 3 با dmax و Cu در مصالح گردگوشه نسبت به مصالح تیزگوشه ارتباط مناسبتری دارد. همچنین مشاهده گردید که شیب تغییرات Ei: 3 در مصالح تیزگوشه نسبت به مصالح گردگوشه، بیشتر است. در میان مصالح تیزگوشه، مصالح با مقاومت بالا شیب بیشتری نسبت به مصالح با مقاومت پایین دارند.
1. مقدمه
در پژوهشهای گذشته نحوهی تأثیر برخی از پارامترها بر تغییرات پارامترهای تغییرشکلی و مقاومتی مصالح سنگریزهای مورد بررسی قرار گرفته و روابطی جهت تخمین مدولهای تغییرشکلی و مقاومت برشی ارائه گردیدند. به منظور بهبود روابط گذشته، در پژوهش حاضر با افزایش تعداد دادههای جمعآوری شده به 50 سری سعی گردیده است میزان پراکندگی در روابط کاهش یابد. همچنین با افزایش تعداد پارامترهای تأثیرگذار بر مدول تانژانتی اولیه و مقاومت برشی که عبارتند از تنش همه جانبه 3 - - ، مقاومت شکست ذرات، ضریب یکنواختی - Cu - و قطر حداکثر ذرات - dmax - ، متغیرهای بیشتری مورد بررسی قرار گرفتند. به دلیل بروز پدیده شکست ذرات در مصالح سنگریزهای، رفتار این مصالح به شدت وابسته به سطح تنش است. بدین ترتیب تحلیل رفتار مکانیکی اینگونه مصالح مستلزم مدلسازی آن توسط مدلی است که سطح تنش را مورد ارزیابی قرار میدهد. به همین منظور در این پژوهش از مدل هذلولی [1] جهت مدلسازی رفتار مکانیکی مصالح سنگریزهای شده است. مدل مذکور، مدلی غیر خطی و کاربردی بوده و شامل پارامترهای Ei، Rf، n، K، C و میباشد. مدول الاستیسیته تانژانتی اولیه با در دست داشتن اطلاعات مربوط به سه آزمایش سهمحوری که معمولاً برای به دست آوردن و C به کار میروند، به دست میآیند. منحنیهای غیرخطی تنش-کرنش رس و ماسه هردو با دقت بالایی قابل تقریب زدن با یک هذلولی هستند. معادله هذلولی پیشنهاد شده توسط آنها عبارت است
که در آن 1 و : 3 تنشهای اصلی حداقل و حداکثر، : a کرنش محوری، a و :b دو پارامتر ثابت هستند.
پارامتر a عبارت است از: معکوس مدول الاستیسیته تانژانتی اولیه - Ei - و پارامتر b عبارت است از: معکوس مقدار . رابطه - 1 - را میتوان به صورت زیر نوشت:
بنابراین مقادیر a و b به راحتی با ترسیم دادههای تنش-کرنش به دست میآیند. در این مرحله پارامتر نسبت گسیختگی - Rf - به صورت زیر تعریف میشود:
که در آن تنش تفاضلی گسیختگی خاک است. با ترکیب روابط - 1 - ، - 2 - و - 4 - خواهیم داشت: که در آن: : 3 تنش اصلی حداقل، :Pa فشار اتمسفر، :K ثابت مدولی، و :n نمایی است که بیانگر نرخ تغییرات Ei با است. از رابطه - 6 - داریم:
در این پژوهش مشخصات مکانیکی مجموعه نسبتا وسیعی شامل 50 نمونه مصالح سنگریزهای جمع آوری شده و با توجه شکست در سه گروه طبقهبندی شدهاند. سپس رفتار مکانیکی این مجموعه در قالب رابطه مدول الاستیسیته تانژانتی اولیه - Ei - داخلی - - WDQ با قطر حداکثر ذرات - dmax - و ضریب یکنواختی - Cu - مورد بررسی قرارگرفته است.به شکل ذرات و مقاومت و تانژانت زاویه اصطکاک
2. گردآوری دادهها
در پژوهش حاضر مشخصات مکانیکی 50 نمونه مصالح سنگریزهای از مراجع متعدد گردآوری شده است. مشخصات مذکور نظیر کانیشناسی، ضریب یکنواختی، شکل دانهها و ... در ضمیمه قابل ملاحظه است.
3. ارتباط مدول الاستیسیته تانژانتی اولیه با تنش همهجانبه
پس از تعیین Ei برای مجموعه مصالح در قالب مدل هذلولی، نمودار تغییرات Ei : 3 برای این مصالح رسم شده است. در این پژوهش به منظور کاهش پراکندگی دادهها، مصالح مذکور به سه گروه تقسیم شدهاند. مطالعات نشان میدهد که دو متغیر شکل ذرات و مقاومت شکست تأثیر بیشتری نسبت به سایر متغیرها بر رفتار مکانیکی مصالح سنگریزهای دارند . [2] گروههای مذکور عبارتند از: مصالح تیزگوشه با مقاومت شکست پایین، مصالح تیزگوشه با مقاومت شکست بالا و مصالح گردگوشه با مقاومت شکست بالا. مقاومت شکست مصالح با توجه به میزان شاخص شکست مارشال Bg، [3]، مقدار مقاومت فشاری تک محوری طبق جدول 1، یا در مواردی طبق اظهار نظر مراجع گردآوری اطلاعات مصالح در مورد مقاومت سنگریزهها، تعیین شده است. نمونهای از نمودارهای تغییرات Ei: 3 در شکل 1 نشان داده شده است.
جدول -1 شرایط توصیفی پیشنهاد شده برای مقاومت سنگ، [4]
شکل - 1 نمودار تغییرات Ei : 3 برای مصالح تیزگوشه با مقاومت پایین
همانطور که میدانیم در خاکها با افزایش تنش همهجانبه، مدول الاستیسیته افزایش مییابد. از سوی دیگر در مصالح سنگریزهای پدیده شکست ذرات قابل توجه است. شکست ذرات با افزایش تنش همهجانبه افزایش یافته و باعث کاهش مدول الاستیسیته مصالح میشود. در نتیجه در مصالح سنگریزهای افزایش تنش همهجانبه از یک سو باعث افزایش مدول الاستیسیته شده و از سوی دیگر به علت شکست ذرات باعث کاهش مدول الاستیسیته میشود. عوامل زیادی نظیر شکل ذرات، جنس ذرات، مقاومت شکست ذرات، ضریب یکنواختی و ... بر غالب بودن یکی از دوعامل فوق تأثیرگذار میباشند. ملاحظه میگردد که در غالب مصالح سنگریزهای %70 - موارد - روند تغییرات Ei با 3 از تنش همه جانبه 0.5 MPa به بعد، به دلیل از بین رفتن زبری بین ذرات و کاهش میزان شکست ذرات صعودی بوده و در نتیجه به نظر میرسد از این تنش به بعد در اکثر مصالح سنگریزهای مانند خاکها اثر افزایشی تنش همهجانبه بر شکست ذرات غالب است. با این دیدگاه، در این پژوهش به منظور ارائه رابطهای منطقی بین Ei و 3 ، دادههای مربوط به مصالحی که اثر شکست ذرات بر کاهش مدول الاستیسیته بر اثر افزایش تنش همهجانبه غالب است، حذف گردیدهاند. برای هر سری داده از یک نوع مصالح با استفاده از رگرسیون خطی، خطوط مستقیمی برازش شده و روابط خطی برای نمایش نحوه تغییرات Ei با 3 برای هر نوع مصالح به دست آمدهاند. در نتیجه برای هر نوع مصالح، شیب - SEi - و عرض از مبدأ در 3=1MPa ، - Ei - 1 تعیین گردیده است.
4. بررسی شیب تغییرات نمودارهای Ei: 3
در ادامه روند تغییرات نرخ - SEi - Ei: 3 با قطر حداکثر ذرات - dmax - در شکل 2 و با ضریب یکنواختی - Cu - در شکل 3 برای سه گروه مصالح سنگریزهای نشان داده شده است.
