بخشی از مقاله
*** این مقاله تعدادی فرمول دارد که در سایت قابل نمایش نیست ***
تاثير فشار همه جانبه بر مدول برشي ديناميکي خاک
خلاصه
مدول برشي ديناميکي يکي از اساسي ترين ويژگي هاي خاک در زلزله يا ساير باگذاريهاي ديناميکي مي باشد و مي تواند از طريق ٣.٥ cmروش هاي آزمايشگاهي و ميداني (در محل ) تعيين شود. در اين مقاله نتايج تحقيقيات محققان در بررسي تاثير نسبت فشار همه جانبه بر مدول برشي خاک با استفاده از آزمايش ستون تشديد ارائه مي شود. با استفاده از آزمايش هاي ستون تشديد، تاثير ضرايب تحکيم بر حداکثر مدول برشي ديناميکي براي دو نمونه ماسه و سه نوع خاک دست نخورده مورد بررسي قرار گرفت . نتايج اين آزمايش نشان مي دهد که تابع انرژي فرمي مناسب براي توصيف ارتباط بين "نسبت حداکثر مدول برشي ديناميکي ناشي از تحکيم هاي ايزوتروپيک و غيرايزوتروپيک" با "افزايش نسبت فشار همه جانبه " مي باشد. "ضريب تاثير زلزله " و "دوره تناوب مشخصه ي شتاب سطحي " براي دو لايه خاک انتخاب شده از بين چند نمونه از امواج زلزله با استفاده از روش خطي سازي معادل يک بعدي محاسبه شدهاند. در مقايسه با تحکيم ايزوتروپيک، تحکيم غيرايزوتروپيکِ قابل ملاحظه مي تواند باعث کاهشِ "دوره تناوب مشخصه " و افزايش "ضريب تاثير زلزله " شود.
کلمات کليدي: مدول برشي ديناميکي ، ضرايب تحکيم ، مدول برشي ، آزمايش ستون تشديد، تابع انرژي
١. مقدمه
مدول برشي پايه ايترين پارامتر در ميان ويژگي هاي خاک است و مي تواند از طريق آزمايش در محل يا آزمايشگاه بدست آيد [١-٤]. ستون تشديد به عنوان پيشرفته ترين ابزار جهت آزمون مدول برشي ديناميکي براي مقادير اندک کرنش در آزمايشگاه بشمار مي رود و مي تواند عمليات آزمايش را به صورت مناسبي و با ميزان خطاي کم و در محدوده ي کرنش کم و بر اساس قاعده کلي مکانيکيِ "شرايط تنش خالص " مقدار مدول برشي ديناميکي را تعيين کند[٥, ٦]. به دليل شرايط خاک بين آزمايش هاي انجام شده در آزمايشگاه و تست هاي ميداني ممکن است خطاهايي رخ دهد و برخي از اين خطاها ممکن است بسيار بزرگ باشند. ملاحظه مي کنيد که نسبت فشار همه جانبه (Κc) در خاک بستر واقعي حدود ١,٤ تا ٣ مي باشد [٥]. برخي محققان و مهندسان از فرمول هاردين و بلک براي پيش بيني حداکثر مدول برشي ديناميکي تحت نسبت تحکيم هاي متفاوت استفاده کرده اند [٧].
با استفاده از فرمول هاردين و بلک حداکثر مدول برشي ديناميکي براي ١.٥ = Κc و٢ = Κc به ترتيب ٨ و ١٥ درصد بيشتر از مقدار مشابه براي ١ = Κc مي باشد [٥]. بايد در نظر داشت که نسبت فشار همه جانبه ، kc، در محدوده ١,٤ تا ٣ در خاک بستر متغير است . برخي محققان و مهندسين تلاش کرده اند تا فرمول هاردين و بلک را جهت پيش بيني حداکثر مدول برشي خاک ها تحت نسبت فشار همه جانبه متفاوت kc بکار گيرند[٨] ولي در عين حال برخي از محققين صحتِ فرمول هاردين و بلک را در پيش بيني حداکثر مدول برشي ديناميکيِ خاک تحت تحکيم غيرايزوتروپيک در آزمايش هاي ديناميکي چندمحوره زير سوال برده اند[٦]. بنابراين تاثير ضرايب تحکيم بر حداکثر مدول برشي ديناميکي همچنان سوالي است که بايد بيشتر مورد مطالعه قرار بگيرد و مطالعات بيشتري بايد بر روي حداکثر مدول برشي ديناميکي و تقابل مدول برشي ديناميکي و کرنش برشي خاک تحت ضرايب تحکيم متفاوت انجام شود[٩].
٢. تجهيزات آزمايش ستون تشديد
وسيله ي مورد استفاده براي بررسي مدول برشي ديناميکي خاک دست نخورده و دو نمونه ماسه تحت تحکيم غيرايزوتروپيک شامل يک ستون تشديديک سر آزاد – يک سر گيردار دارد، با اين حال شامل دو طراحي ويژه جهت اعمال تنش انحرافي در آزمايش هاي تحکيم مي باشد. يکي از اين طراحي ها مکانيزم انتقال ويژهاي است که نيروي انحرافي استاتيکي قائم را بر نمونه هاي خاک بدون نيروي گريز از مرکز اعمال مي کند. طراحي ديگر قرار دادن يک ابزار کنترل کننده در کنار لوله تحت فشار (ستون خاک) است تا از مشکل ناپايداري که در فرايند ثابت کردن نمونه و اعمال تنش انحرافي به نمونه خاک به وجود مي آيد، جلوگيري نمايد (شکل ١)[٥, ٩].
٣. نمونه خاک و روند انجام آزمايش ها
سه نوع خاک دست نخورده ي لاي، رس لاي دار و خاک رسوبي ته رودخانه [٥] و دو نمونه ماسه ، ماسه استاندارد فوجيان ١و ماسه هاربين ٢چين [٩]، مـورد آزمايش قرار گرفتند. مشخصات فيزيکي اين خاک ها در جدول هاي ٢،١و٣ ارائه شده است .
٤. نتايج آزمايش خاکهاي دست نخورده
١,٤. نتايج آزمايش روي خاک لاي
در اين آزمايش ها سه نمونه ي آزمايشگاهي از منطقه ي تائوره دريج ١ براي آزمايش بر روي لاي گرفته شدهاست . از تنش محصورشدگي و پنج نسبت فشار همه جانبه ٢. ١.٧ , ١.٥ , ١.٢ , ١ = Kc در اين تحليل استفاده شده است . براي هر تنش محصورشدگي پنج نمونه ييکسان با پنج نسبت فشار همه جانبه متفاوت مورد استفاده قرار گرفته است . پس از پايان تحکيم ، بارهاي ايجاد کنندهي لنگرپيچشي به صورت مرحله مرحله (درجه بندي ) بر نمونه ي خاک اعمال مي شود. مدول برش ديناميکي با به کاربردن تکنيک ارتعاش آزاد بدست مي آيد[٥]. ارتباط بين مدول برشي ديناميکي و کرنش برشي ديناميکي ، γ-G ، براي نمونه ي مختلف لاي محاسبه شده است . معادله ي هذلوليِ براي تعيين منحني رگرسيون γ -G استفاده شده است . حداکثر مدول برشي ديناميکي ، Gmax ، با اعمال شرطِ " ٠ → y" از معادله ي رگرسيون تعيين مي شود. منحني رگرسيون رابطه ي براي لايِ منطقه ي تائوره در شکل ٢ نشان داده شده است [٥].
بر اساس رابطه ي بين ماکزيمم مدول برشي ديناميکي و تـنش محصـور شـدگي ، مـاکزيمم مـدول برشـي دينـاميکي بـا رابطـه ي ذيـل بسـط داده مي شود.
با استفاده از رگرسيونِ نتايج تجربي يک حالتِ منحصر به فرد براي بسط رابطه ي حداکثر مدول برشي ديناميکي تحت ضرايب تحکيم متفاوت (Kc ) در رابطه ي ذيل ارائه شده است .
