بخشی از مقاله
خلاصه
تغییر شکل برشی خاکها اغلب با تغییرات حجم همراه است. ماسه شل تمایل به منقبض شدن و کاهش حجم دارد و ماسه متراکم و فشرده نیز تنها زمانی می تواند تغییر شکل دهد که حجم آن تا حدی زیاد تر شده و شل تر گردد. این پدیده اتساع نامیده می شود که در سال 1885 توسط رینولدوز کشف شد. تخمین دقیق زاویه اتساع بعنوان یکی از پارامترهای تاثیرگذار ژتوتکنیکی خاک در خاک مسلح و طراحی سازه های نگهبان، امری ضروری است که عدم توجه آن ممکن است عواقب نامطلوب اقتصادی و سازه ای را در بر داشته باشد. برآورد میزان تغییر شکل های گود مخصوصا در صورت وجود ساختمانهای مجاور نیز از اهمیت بسزایی برخوردار است.
در این تحقیق به تشریح پدیده اتساع در خاک ها و شرایط ایجاد آن پرداخته و با مدلسازی عددی یک گود مهار شده با سپر و آنکر در نرم افزار Plaxis2D ، تاثیر زاویه اتساع خاک بر مقاومت و تغییرشکل های آن با استفاده از مدل رفتاری مور-کولمب مورد ارزیابی قرار گرفته است.
-1مقدمه
مجموعه ذرات خیلی شل ماسه وقتی تحت برش واقع می شوند ضمن کاهش حجم تمایل به گسیختگی خواهند داشت. این خاصیت باعث می شود تا اطراف پای فردی که در حال قدم زدن در ساحل در نزدیکی آب است خشک شود. وقتی یک ماسه متراکم تحت بار ناشی از وزن پای فرد قرار می گیرد دچار تغییر شکل برشی شده افزایش حجم می دهد و سپس مقداری از آب خاک اطراف پا را می مکد تا حفره های آن پرشود. وقتی ذرات بر روی هم می لغزند فضای بین آنها افزایش می یابدچنین. تغییر شکل حجمی خصوصاً زمانی که خاک اشباع از آب است بسیار خطرناک می باشد؛ زیرا تمایل به کاهش حجم در این حالت ممکن است منجر به افزایش بیش از حد فشار آب منفذی در طول زلزله و ایجاد پدیده روانگرایی گردد.
در یک نمونه سست خاک، برش وارده فقط بر اصطکاک بین ذرات غلبه می کند اما در نمونه متراکم برش وارده علاوه بر غلبه بر اصطکاک بین ذرات باید بر قفل و بست بین ذرات نیز غلبه کند. مفهوم زاویه اتساع، برشی است که صرف از بین بردن قفل و بست بین ذرات خاک می شود.
زاویه اصطکاک داخلی ماکزیمم منهای زاویه اصطکاک داخلی بحرانی بعنوان یک مقدار کاربردی از افزایش مقاومت در نتیجه اتساع در یک خاک متراکم را نشان می دهد و یک بیان عملی بر گرفته از تئوری مقرر شده توسط Rowe است.
برای داشتن مقاومت peak و زاویه اتساع باید ماسه متراکم و تحت تنش زیاد باشد. در واقع زاویه اتساع اختلاف بین زاویه اصطکاک در حالت peak و حالت بحرانی است.
زاویه اتساع دارای واحد درجه است . برای خاک های رسی بسیار بیش تحکیمی زاویه اتساع کم است. میزان اتساع در ماسه ها به هر دو عامل میزان تراکم و زاویه اصطکاک بستگی دارد . برای ماسه های کوارتزی -30 و برای زوایای 30 زاویه اتساع غالباً صفر است .
مقادیر منفی فقط برای ماسه های بسیار سست به کار می رود. مطالعات نشان می دهد که زاویه اتساع خاک تأثیر بسزائی بر مقاومت و ظرفیت باربری خاک دارد و با افزایش آن، ظرفیت باربری افزایش می یابد
شکل .1 رفتار تنش- کرنش ماسه متراکم در صفحه تراکم - a - در تنش کم و - b - در تنش زیاد
شکل .2 دوایر موهر افزایش تنش- کرنش ماسه متراکم در نسبت تنش حداکثر ، - a - در تنش کم و - b - در تنش زیاد
شکل.3 افزایش زاویه اتساع با افزایش زاویه اصطکاک داخلی ذرات
