بخشی از مقاله
خلاصه
اعمال بار دورهای بر ماسه در حالت زهکشی نشده، باعث بالا رفتن فشار آب حفرهای در آن میشود. از طرفی، افزودن ریزدانهی غیرخمیری به خاک، علاوه بر اینکه بر روی مقاومت ماسه تاثیرگذار است، الگوی تغییر فشار آب حفرهای در آن را نیز عوض میکند.
اعمال بار دورهای بر این نوع خاک ها اگرچه همانند ماسهی تمیز باعث بالا رفتن فشار آب حفرهای در خاک میشود، اما در نمونههای مشابهی که بار دورهای را تحمل کردهاند، مقدار فشار آب حفرهای در پایان بارگذاری به مقدار یکسانی نمیرسد. در این پژوهش نمونههای ماسهای لایدار ابتدا به صورت دورهای بارگذاری شدند تا نسبت فشار آب حفرهای به مقدار مشخصی برسد و سپس تحت بارگذاری استاتیکی قرار گرفتهاند و تغییرات فشار آب حفرهای در هر مرحله اندازهگیری شده است. نتایج نشان میدهد که با افزایش درصد ریزدانه، برخلاف ماسهی تمیز، بارگذاری دورهای میتواند فشار آب حفرهای در حالت پایدار را تغییر دهد.
1. مقدمه
اضافه کردن لای به ماسه، میتواند رفتار آن را تا حد زیادی تغییر دهد این تغییر بیشتر در تغییر مقاومت ماسه بررسی شده است. در پژوهشهای اولیه اختلاف نظرهای عمیقی در تاثیر ریزدانه بر مقاومت ماسه وجود داشته است. برخی همانند - 1994 - Pitman افزایش مقاومت خاک بر اثر اضافه کردن سیلت گزارش دادهاند[1]، برخی دیگر مانند - 1985 - Sladen کاهش مقاومت را گزارش نمودهاند[2] و برخی دیگر مانند - 1997 - Yammamuro بسته به شرایط، هم کاهش و هم افزایش مقاومت را مشاهده کردهاند
Thevanayagam توانست دلیل اختلاف در نتایج به دست آمده را توضیح دهد. او اعتقاد داشت که رفتار ماسهی ریزدانهدار به چگونگی آرایش دانههای ماسه و ذرات سیلت در کنار یکدیگر بستگی دارد.[4] همانگونه که Thevanayagam و بسیاری دیگر از پژوهشگران مشاهده نمودهاند، افزودن سیلت باعث تغییر در مقاومت زهکشینشدهی ماسه میشود. همراه با این تغییر مقاومت، نحوهی بوجود آمدن فشار آب حفرهای در ماسه نیز تغییر میکند.
از طرفی اعمال بار دورهای نیز سبب تغییر در نحوهی بوجود آمدن فشار آب حفرهای در بارگذاری استاتیکی ماسه میشود. در ماسهی تمیز، تاثیر فشار آب حفرهای اضافی بوجود آمده در اثر بارگذاری دورهای، در تنجشهای بالا از بین میرود و نمونهها در نهایت به یک فشار آب حفرهای برابر میرسند اما در ماسهی سیلتدار، به دلیل یکنواخت نبودن اندازهی دانهها، به نظر میرسد وضعیت متفاوت باشد.
2. مروری بر متون فنی
در شرایط زهکشینشده، به خاک اجازهی تغییر حجم داده نمیشود. به همین دلیل تمایل خاک به کاهش و یا افزایش حجم، به ترتیب باعث ایجاد فشار آب حفرهای مثبت و منفی در خاک میگردد. بر اساس گزارش - 1990 - Konrad، Castro در سال 1969 تعدادی آزمایش کنترل تنش بر روی ماسههای مختلف، در نسبت تخلخل و تنش تحکیمی متفاوت انجام داد و به این نتیجه رسید که میتوان ماسههایی را که تحت بار استاتیکی، به صورت همسان تحکیم یافتهاند، به سه دسته تقسیم نمود
در ماسههای بسیار سست، تمایل به کاهش حجم، باعث بروز فشار آب حفرهای مثبت در خاک میشود این تمایل، باعث کاهش سختی و مقاومت در خاک میگردد. بارگذاری این نمونهها با افزایش پیوستهی فشار آب حفرهای همراه است و نوع گسیختگی در همهی آنها، یکسان است. گروه دوم شامل ماسههای سست تا ماسههای با تراکم متوسط میشود.
در این نوع خاکها، در تنجشهای محدود فشار آب حفرهای افزایش مییابد اما در تنجشهای بالاتر، خاک دچار اتساع میشود و به دنبال آن فشار آب حفرهای کاهش مییابد. در ماسههای با تراکم متوسط و بالاتر نیز، خاک بر اثر تنش برشی، رفتار اتساعی از خود نشان میدهد و پس از آن که در ابتدا فشار آب حفرهای مقداری افزایش یافت، تمایل به افزایش حجم باعث میشود فشار آب حفرهای کاهش یابد و این امر باعث افزایش مقاومت خاک میگردد.
در ماسههای ریزدانهدار، با وجود رفتار متفاوت نسبت به ماسهی تمیز، نحوهی به وجود آمدن فشار آب حفرهای فرق چندانی نمیکند؛ اما به دلیل تفاوت اندازهی دانهها، اعمال بار دورهای میتواند بر روی جابهجایی ذرات و نحوهی به وجود آمدن فشار آب حفرهای تاثیرگذار باشد. به همین دلیل در ادامه به تاثیر درصد ریزدانه بر نحوهی چینش ذرات خاک در نمونه پرداخته میشود.
وقتی درصد لای بسیار اندک است، ذرات آن در فضای خالی بین دانههای ماسه قرار میگیرند. در این حالت، ذرات لای در فضای خالی بین دانههای ماسه محصور شدهاند و نقشی در تحمل نیروی برشی ندارند بنابراین میتوان آنها را همانند فضای خالی در نظر گرفت. وقتی درصد ریزدانه افزایش پیدا میکند، با وجود اینکه مقدار ریزدانه هنوز به اندازهای نیست که فضای خالی بین دانههای ماسه را پر کند، اما به تدریج مقداری از ریزدانهها باعث فاصله افتادن بین برخی دانههای ماسه میشوند.
نمونهای از این نوع خاک در شکل 1 نشان داده شده است. با افزایش بیشتر درصد ریزدانه، مقدار آن به حدی میرسد که تمام فضای خالی بین دانههای ماسه را پرمیکند و افزایش بیشتر ریزدانه مستلزم آن است که دانههای ماسه از هم فاصله بگیرند و در بین ذرات لای شناور شوند. به این درصد ریزدانه، درصد ریزدانهی حدی میگویند و برای مقادیر فراتر از آن، ذرات لای ماتریس اصلی خاک را تشکیل میدهند و رفتار خاک بیشتر به رفتار لای نزدیک میشود.
شکل:1 تاثیر ریزدانه بر نحوهی چینش ذرات در ماسه
3. ویژگیهای خاک
در این پژوهش از مخلوط ماسه با لای در صفر، 5، 15 و 30 درصد وزنی استفاده شده است. ماسهی مورد استفاده با نام ماسهی بابلسر، دارای رنگی تیره بوده و دانهبندی آن در شکل 2 نشان داده شده است. این نوع ماسه بر اساس سیستم طبقهبندی متحد جزء گروه - SP - طبقهبندی میشود. ویژگیهای این نوع ماسه در جدول 1 آورده شده است.
در قسمت ریزدانه از لای فیروزکوه استفاده شده است. این نوع لای با رنگ مایل به سرخ به صورت مصنوعی تهیه شده است و با نشانهی خمیری3 به عنوان سیلت غیر خمیری شناخته میشود. ویژگیهای این نوع لای در جدول 2 آورده شده است. برای بدست آوردن نسبت تخلخل حداکثر و حداقل از استاندارد ASTM D4253 وASTM D4254 استفاده شده است. تغییرات نسبت تخلخل حداقل و حداکثر نسبت به درصد ریزدانه در شکل 3 نمایش داده شده است.
شکل :2 دانهبندی ماسهی بابلسر
جدول :1 ویژگیهای ماسهی بابلسر
جدول :2 ویژگیهای لای فیروزکوه
شکل :3 تغییرات نسبت تخلخل کمینه و بیشینه با افزایش درصد ریزدانه
4. روش انجام آزمایش
تعداد 32 آزمایش سه محوری زهکشی نشده بر روی مخلوط ماسهی بابلسر با صفر، 5، 15 و 30 درصد ریزدانه و دو تنش دورگیر 100 و 200 کیلوپاسکال و چهار نسبت فشار آب حفرهای - - r u صفر، 0/35، 0/65 و 0/85 انجام شده است. نمونههای آزمایش شده با ارتفاع تقریبی 104 میلیمتر و قطر 52 میلیمتر ساخته شدهاند. برای ساخت نمونه از روش رسوبگذاری خشک مخلوط شده استفاده شده است. نمونهها پس از عبور دی اکسید کربن به مدت یک ساعت و رد شدن آب عاری از هوا به مقدار دو برابر حجم نمونه، اشباع شدهاند. اشباع سازی همهی نمونهها در مقدار پس فشار یکسان برابر 100 کیلوپاسکال صورت گرفته است به طوری که مقدار پارامتر B اسکمپتون در همهی آنها بیشتر از 0/95 شده است
