بخشی از مقاله
خلاصه:
خردشدگی سنگدانه ها پدیده اي است که در هنگام اعمال نیروهاي برشی و فشاري در خاکهاي کربناته مشاهده میشود و به تبع آن فرونشست در خاك هاي کربناته پدیدار میگردد، با توجه به اهمیت و گستردگی پروژه هاي بزرگی نظیر ساخت پل، مخازن ذخیره نفت و گاز، سکوهاي استخراج نفت و ساخت اسکله،در این تحقیق به مطالعه بافت و میزان کربنات کلسیم خاکهاي کربناته سواحل جنوبی ایران و تاثیر آنها بر پدیده خردشدگی تحت فشار هیدروستاتیک بالا پرداخته شده است.
تعیین خصوصیات فیزیکی خاکها مانند تعیین اندازه موثر سنگدانه ها، تعیی ن شاخص شکل سنگدانه ها، تعیین میزان تیز گوشگی سنگدانه ها و نهایتا بررسی میزان خردشدگی سنگدانه ها با تغییر پارامترهاي فوق الذکر از جمله اقدامات انجام شده میباشد، نتایج تحقیق نشان داد اندازه سنگدانه ها، شکل سنگدانه ها، میزان درصد کربنات کلسیم خاکها و میزان تیز گوشگی سنگدانه ها همگی عواملی هستند که بر خردشدگی سنگدانه موثر میباشند.
- 1 مقدمه:
خاك هاي کربناتی ازلحاظ منشأ و همچنین رفتار مهندسی در مقایسه با خاكهاي سیلیکاتی متفاوت میباشند. این خاك ها به لحاظ منشأ، بقایاي موجودات دریایی میباشند یا اینکه منشأ شیمیایی دارند و یا بهصورت فیزیکی به محیط رسوبی انتقالیافته و تشکیلشدهاند. مهمترین مشخصه این خاكها قابلیت خردشدگی دانههاي آن ها در برابر بارهاي وارده بسته به شکل دانهها و حفرات درونذرهاي است. عمل خردشدگی و تغییرات حجم حاصل از آن باعث بروز مسائلی در برابر برخی سازههاي مهندسی مانند شمع کوبیها و همچنین پیها گردیده است. تاکنون چندین نمونه عملی گزارششده است که در آنها بعضی ویژگیهاي غیرمعمول پیها در خاكهاي کربناتی و عملکرد ضعیف آنها نشان دادهشدهاند.
چهار مشخصه اصلی براي خاك هاي کربناتی وجود دارد که در اولین اجلاس رسوبات کربناتی در استرالیا نکات مشترك خاكهاي کربناتی توسط - Semple 1988 - [2] بیان گردید. عمدتاً هر دانه بخشی از مصالح بیوکلاستیک بوده و جنس ضعیفی دارد. درجه سیمان شدگی این خاكها بهطور قابلتوجه ی متغیر است. معمولاً این خاكها به خاطر تخلخل زیاد بیندانها ي و داخل دانها ي و نامنظمی و شکنندگی، قابلیت فشردگی بالایی بهویژه ناشی از خردشدگی دارند. نوع دانه، منحنی دانهبندي، درجه سیمان شدگی و ویژگیهاي مکانیکی مانند مقاومت، قابلیت فشردگی و نفوذپذیري این خاكها در فاصله بسیار کمی میتواند تغییر کند، این تغییرات در پیشبینی رفتار سازههاي ژئوتکنیکی بسیار مهم است.
در ایران در سواحل و جزایر جنوبی کشور، کسب اولین تجربه عملی در این مورد در جزیره لاوان در سا ل 1965 بوده است اثر پارامترهاي مختلف بر روي مقدار خردشدگی ماسههاي کربناتی جزیره هرمز و بندر بوشهر را موردبررسی قراردادند.
در این تحقیق مقدار خردشدگی با استفاده از آزمایش هاي سه محوري مونوتونیک در حالتهاي زهکشی شده و زهکشی نشده مورد ارزیابی قرار گرفت. آن ها بیان کردند که پارامترهاي بسیاري بر روي خردشگی ماسههاي کربناتی تأثیر داشته که از آن جمله میتوان به تنش همهجانبه، تراکم نسبی، کرنش محوري، شرایط زهکشی، شکل دانه و دانهبندي اشاره نمود. نتایج آزمایش نشان میدهد که تنش تسلیم دانههاي خاك کربناتی بوشهر کمتر از خاك جزیره هرمز است.
Kargar et al به بررسی رفتار تناوبی و فرا تناوبی خاكهاي کربناتی هرمز و بوشهر پرداختند آنها دریافتند میزان خردشدگی با افزایش کرنش تجمعی و فشار متوسط تحکیم افزایش مییافت. کرنش تناوبی، کرنش تجمعی تناوبی و اضافه فشار منفذي از عوامل اصلی تغییر رفتار فرا تناوبی ماسه بوشهر به شمار میروند. در تحقیق حاضر، برداشت نمونه خاكهاي کربناتی از تعدادي سواحل و جزایر جنوبی ایران، انجام آزمایش دانه بندي خاك، تفکیک و جداسازي خاكها به سایزهاي مختلف، تعیی ن درصد کربنات کلسیم، دانسیته نسبی، توده ویژه، تعیین میزان تیز گوشگی، اندازهگیري طول، عرض و ضخامت دانهها، انجام تست فشردگی و نهایتاً محاسبه میزان خردشدگی دانهها تحت تأثیر شرایط متفاوت، ازجمله اقدامات انجامشده میباشند.
- 2 دستگاه آزمایش Rowe cell
در این تحقیق سلول تحکیم اصلاحشده با قطر داخلی 6 اینچ - Model number EL25-0705 - ، بکار برده شد. این دستگاه اولین بار توسط پروفسور P. W. Rowe در دانشگاه منچستر انگلستان طراحی و ساخته شد. قالب بکار گرفتهشده بهگونهاي طراحی شد که تا فشار 2000 kPa بد ون تغییر شکل جانبی، قادر به انجام آزمایش تحکیم بر روي نمونههاي مخلوط ریزدانه و درشت دانه باشد، ارتفاع نمونه در این قالب 50 میلیمتر و سطح نمونه معادل 18000 میلی متر مربع است. قالب از سه بخش اصلی صفحه زیرین؛ شامل پایه، شیر زهکشی و سنگ متخلخل، بدنه برنجی ضدزنگ به ضخامت 15 میلیمتر؛ داراي دو شیر هواگیري و همچنین امکان اعمال زهکشی از جوانب، صفحه بالایی؛ داراي شیر زهکشی، سنگ متخلخل، دیافراگم لاستیکی، شیر ورودي آب به داخل دیافراگم و سنسور تعیین فشار، تشکیلشده که بهوسیله یک دستگاه تولید فشار هیدرولیک، فشار موردنیاز تأمین و بر روي نمونه اعمال میگردد
شکل – 1 سلول اصلاحشده تحکیم با قطر داخلی 6 اینج
بارگذاري پیوسته از مهمترین قابلیتهاي این دستگاه است، همچنین با توجه به نوع تنشهایی که بر نمونه اعمال میگردد و شرایط زهکشی متنوعی که توسط این دستگاه ایجاد میگردد، امکان شبیهسازي شرایط محل ازلحاظ موقعیت تنشها و زهکشیها بهراحتی وجود دارد. سلول اصلاحشده تحکیم - Rowe Cell - نسبت به قالبهاي تحکیم عادي از مزایاي سیستم بارگذاري هیدرولیکی، سهولت کنترل زهکشی آب و اندازه گیري فشار آب منفذي و انجام آزمایش تحکیم بر روي نمونههاي مخلوط با اندازه ریزودرشت برخوردار است.
- 3 آمادهسازي نمونه - Sample preparation -
در این تحقیق چند نمونه از خاكهاي مناطق مختلف سواحل شمالی خلیجفارس مانند بندرعباس، بندر بوشهر، جزایر قشم، هرمز و هنگام که در آنها تمرکز فعالیتهاي عمرانی وجود دارد نمونهبرداري شد. پس از انجام آزمایشهاي اولیه مانند دانهبندي، تعیین درصد کربنات کلسیم، تعیین توده ویژه، تعیین دانسیته نسبی، وضعیت شکل دانهها ازلحاظ کروي بودن ، صفحهاي بودن ، سوزنی و تیغهاي بودن بررسی گردید. اقدامات بعدي شامل حدود 70 مورد آزمایش فشردگی تحت استاندارد BS 1377 با دستگاه Rowe cell و اندازهگیري میزان خردشدگی دانهها است.
- 4 طبقهبندي استاندارد نمونهها - Establishment of a database -
ازآنجاییکه نمونهبرداريهاي انجامشده مربوط به نقاط مختلف جزایر هرمز، قشم، هنگام، بندرعباس و بندر بوشهر میباشند جمعاً حدود 70 نمونه خاك با دانهبندي متفاوت مورد آزمایش قرار گرفت. بر اساس طبقهبندي یونیفاید خاكهاي برداشتشده عمدتاً شامل ماسههاي درشت، متوسط و ریز بد دانهبندي شده - Sp - هستند. نمونهها داراي سنگدانههاي بزرگتر از 4/75 میلیمتر نیز میباشند. این خاكها به کمک الکهاي دانهبندي استاندارد به گروههاي زیر - شش گروه - تفکیک گردیدند.
شکل - 2 - تصویرSEM - میکروسکوپ الکترونی - یک دانه خاك کربناته را نشان میدهد، همانگونه که مشاهده میشود دانه این خاك داراي سطحی متخلخل بوده و با بزرگنمایی هاي بالاتر قطر و عمق حفره ها بخوبی نشانگر فضاهاي خالی و اشکال متفاوت حجمی حفره دار و میله اي در داخل دانه میباشد، وجود اشکال متفاوت فوق الذکر در میزان خردشدگی خاکهاي کربناته بسیار موثر میباشد.
شکل – a - 2 نمایش یک دانه با بزرگنمایی70 برابر بکمک دستگاه میکروسکوپ الکترونی - TESCAN - ، – b نمایش سطح سنگدانه با بزرگنمایی 300 برابر، – c نمایش سطح سنگدانه با بزرگنمایی 2000 برابر و اشکال حجمی و حفره دار، – d سطح سنگدانه با بزرگنمایی 10000 برابر و بافت سوزنی
