بخشی از مقاله
خلاصه
آزمایش نفوذ استاندارد، بدلیل ارزانی و ساده بودن، سرعت بالاي انجام آزمایش و وجود روابط همبستگی مختلف براي طیف گستردهاي از پارامترهاي مهندسی خاك و همچنین کاربرد آن در محدوده وسیعی از خاكها، همواره به عنوان یک جزء اصلی در مطالعات مهندسی ژئوتکنیک در 70 سال اخیر مطرح بوده است. از جمله دیگر آزمایشهاي برجا، آزمایش پرسیومتري منارد بوده که با توجه به نزدیک بودن شرایط انجام آن به واقعیت در دستیابی به ویژگیهاي مقاومتی و تغییرشکل توده خاك، امروزه بعنوان یکی از بهترین و پرکاربردترین روشهاي آزمایشهاي صحرایی محسوب میگردد. در این پژوهش با مطالعه موردي بر روي یک سایت واقع در جنوب شهر تهران، هدف تعیین رابطهاي بین نتایج اصلاح شده عدد نفوذ استاندارد و پارامتر فشار حدي خاك در آزمایش پرسیومتري و مقایسه آن با روابط موجود مشابه میباشد
.1 مقدمه
امروزه با پیشرفت تکنولوژي ساخت تجهیزات دقیق اندازهگیري، کاربرد آزمایشهاي صحرایی در مطالعات زئوتکنیک نسبت به دهههاي قبل از اهمیت ویژهاي برخوردار است. با توجه به مزایاي این نوع از آزمایش ها، از قبیل دست خوردگی کمتر نسبت به نمونههاي آزمایشگاهی ، انجام آن در شرایط واقعی سطح تنش، مقیاس واقعی تر بارگذاري و تحت تأثیر بودن حجم بیشتري از خاك محل، در بسیاري از پروژههاي با اهمیت، از نتایج هر دو نوع آزمایشهاي صحرایی و آزمایشگاهی جهت تعیین پارامترهاي مهندسی خاك استفاده میشود.
[1] لذا یکی از موضوعات مهم کار پژوهشگران در خصوص مباحث مربوط به مطالعات ژئوتکنیک، مقایسه نتایج این دو روش و همچنین ارائه روابط همبستگی بین نتایج آزمایشهاي برجا با آزمایشهاي آزمایشگاهی میباشد. از مرسومترین آزمایشهاي صحرایی میتوان به آزمایش نفوذ استاندارد - SPT - و آزمایش پرسیومتري - PMT - اشاره کرد. آزمایش SPT به عنوان یک آزمایش ارزان، رایج و پرکاربرد ولی آزمایش PMT به عنوان یک روش گران در مطالعات ژئوتکنیک محسوب می-شوند. به همین دلیل ممکن است در برخی از پروژهها با در نظر گرفتن امکانات و ملاحظات اقتصادي، امکان انجام آزمایش پرسیومتري مقدور نگردد. بر این اساس، در سالیان اخیر پژوهشگران متعددي به بررسی ارتباط بین نتایج حاصل از این دو آزمایش پرداختهاند.
در سال 2008، Yagiz در یک مطالعه موردي در شهر دنیزلی واقع در غرب ترکیه بر روي خاك ماسه داراي رس و لاي، ارتباط بین عدد نفوذ استاندارد اصلاح شده - Ncor - بدست آمده از آزمایش SPT و پارامترهاي ضریب پرسیومتري - EM - و فشار حدي - PL - حاصل از نتایج آزمایش PMT را مورد بررسی قرار داد.[2] بر اساس نتایج این محققین، روابط همبستگی قابل قبولی بین هر دو پارامتر EM وPL با عدد نفوذ استاندارد اصلاح شده بدست آمد.
در پژوهشی دیگر توسط Bozbey و همکاران در سال 2010 در استامبول ترکیه، روابط همبستگی جداگانهاي براي خاكهاي ماسهاي و رسی ارائه شد. در مطالعه ایشان، روابط همبستگی بین پارامترهاي N60 و EM ، N60 و PL و همچنین رابطهاي بین پارامترهاي PL و EM براي خاك مطرح شده که ضریب همبستگی بین این روابط در حدود 0/67 الی 0/85 متغیر بدست آمده است.[3] رابطه همبستگی دیگري بین نتایج آزمایش نفوذ استاندارد و آزمایش پرسیومتري بر روي خاك هاي رسی با خاصیت روانی کم - CL - و همچنین خاكهاي رسی لاي دار - CL-ML - توسط Z.Rehman در سال 2011 ارائه شده است که در آن، ضمن معرفی ی ک نوع روش جدید از پرسیومتر فشاري یا رانشی - Cone Pressuremeter - ، مقایسهاي بین نتایج بدست آمده از از این نوع پرسیومتر با سای ر نتایج حاصل از آزمایشهاي آزمایشگاهی و همچنین آزمایش صحرایی نفوذ استاندارد، صورت گرفته است.[4]
در سال 2015، Cheshomi و همکاران نیز تخمین ضریب پرسیومتري و فشار حدي خاك را از روي نتایج آزمایش SPT، بر روي ماسه لاي دار و رس لاي دار، در سایتی واقع در مشهد را مورد هدف قرار دادند.[5] بدین صورت که با انجام هر دو آزمایش نفوذ استاندارد و پرسیومتري در محل مورد مطالعه، رابطه اي بین N60 -EPMT ، N60 -PL و EPMT -PL ارائه گردید و بر اساس نتایج مشخص شد که معادلات همبستگی بین این پارامترها مانند روابط قبلی پژوهشگران بطور مشابه، خطی بوده ولی شیب آن متفاوت است. بنابراین میتوان نتیجه گرفت که شیب این روابط همبستگی میتواند به شرایط زمینشناسی محل، نوع خاك و نحوه انجام و اصلاح آزمایش برجاي SPT ارتباط داشته باشد.
در این تحقیق، هدف اصلی پیش بینی مقدار فشار حدي خاك در آزمایش پرسیومتري بر اساس نتایج آزمایش نفوذ استاندارد، بر روي خاك ریزدانه رسی واقع در جنوب شهر تهران میباشد. به همین دلیل، پس از شناسایی جنس و لایههاي خاك محل، هر دو نوع آزمایش برجاي نفوذ استاندارد و پرسیومتري، در اعماق مختلف انجام شد و سپس رابطه همبستگی بین نتایج عدد SPT اصلاح شده - N60 - و پارامتر فشار حدي خاك - PL - براي این نوع از خاك، تعیین گردید. در پایان، ر ابطه همبستگی بدست آمده در این پژوهش، با سایر روابطی که توسط پژوهشگران قبلی ارائه شده بود، مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفت.
.2 مشخصات فیزیکی خاك
به منظور شناسایی و تعیین لایههاي نشکیل دهنده خاك محل مورد مطالعه و انجام آزمایشهاي برجا، 2 گمانه ماشینی به عمق 25 و 32 متر، با استفاده از دستگاه حفاري به روش نمونه گیري پیوسته و یک چاهک دستی به عمق 10 متر حفر گردید. بطور کلی بر اساس نتایج آزمایش دانهبندي و حدود اتربرگ، خاك سایت مورد نظر از رس با خاصیت خمیري کم به همراه کمی ماسه و ذرات آهک با تراکم متوسط تشکیل شده است که مطابق با سیستم طبقه بندي متحد، CL نامگذاري میشود. با توجه به نتایج این بخش، درصد وزنی ریزدانه هاي تشکیل دهنده سایت، بین 30 تا 97 درصد و شاخص خمیري بین 8 الی 19 متغیر میباشد.
.3 آزمایش نفوذ استاندارد - SPT -
آزمایش نفوذ استاندارد، به عنوان یک آزمایش برجا، همواره جزء اصلی عملیات صحرایی در مطالعات ژئوتکنیک در 70 سال اخیر مطرح بوده است.[6] با توجه به سادگی روش، ارزان بودن، سرعت بالاي انجام آزمایش و وجود روابط همبستگی مختلف براي طیف گستردهاي از پارامترهاي فیزیکی و مقاومتی خاك، امروزه آن را به رایجترین آزمایش صحرایی تبدیل کرده است. این آزمایش، بر اساس استاندارد ASTM-D 1586 قابل انجام می باشد که عدد خام حاصل از آن، به تعداد ضربات لازم جهت نفوذ 30 سانتیمتر از مخروط نمونهگیر در خاك مطابق با دستورالعمل استاندارد، اطلاق میگردد.
[7] این نتیجه خام تحت تأثیر پارامترهاي مختلف خاك از قبیل: اندازه و شکل ذرات - دانه بندي - ، بافت و ساختار خاك، سن و تاریخچه تنش خاك بوده، اما تراکم نسبی در خاك هاي غیر چسبنده - DR - و تنش همه جانبه، اصلی ترین عوامل موثر در عدد بدست آمده می-باشند.[6] بنابراین، با توجه به اینکه عدد خام حاصل از این آزمایش، تحت تأثیر عوامل متعددي می باشد، براي امکان تفسیر صحیح نتایج، لازم است اصلاحاتی بر روي آن قرار گیرد.[8] به عبارتی دیگر، نتایج حاصل از دادههاي صحرایی این آزمایش با اعمال ضرایب اصلاحی، به یک شرایط معین و مشخص، نرمالیزه میگردند.
مهمترین ضرایب اصلاحی عبارتند از: اصلاح اثر فشار سربار در خاكهاي دانهاي - CN - ، اصلاح انرژي منتقل شده به میله حفاري نسبت به انرژي مرجع CE - - ، اصلاح افت انرژي به سبب طول میلههاي حفاري - CR - ، اصلاح نمونهگیر - CS - و اصلاح قطر گمانه حفاري .[8] - CB - با توجه به تأثیر قابل ملاحظه این اصلاحات بر روي نتایج و اهمیت اصلاح آن در تعیین صحیح برخی از ویژگیهاي خاك مانند: ارزیابی پتانسیل روانگرایی خاكها، از دههاي پیش تا کنون، مطالعات گسترده اي توسط محققین مختلف، به خصوص در نحوه تعیین ضرایب CN، CR و CE انجام شده است که نشان می دهد، عدم توجه به این ضرایب و یا بکارگیري نادرست آنها، میتواند منجر به تفسیر نادرست نتایج گردد6] و .[9 از بین اصلاحات مذکور، CN فقط براي خاكهاي دانهاي که نسبت به ریزدانهها، بیشتر تحت تأثیر فشار سربار میباشند، اعمال میگردد. در این تحقیق، با توجه به جنس خاك که غالباً CL بوده، از اثر CN در اصلاح نتایج نفوذ استاندارد صرف نظ ر شده و سایر اصلاحات با توجه به ضرایب پیشنهادي در دستورالعمل نشریه شماره 224 سازمان مدیریت و برنامه ریزي، اعمال گردید. شکل 1، نتایج اصلاح شده آزمایش نفوذ استاندارد نسبت به عمق را در سایت مورد نظر نشان میدهد.
.4 آزمایش پرسیومتري - PMT -
آزمایش پرسیومتري، یکی از مهمترین آزمایشهاي برجاي مهندسی ژئوتکنیک است که واقعیترین تصویر رفتار تغییر شکلی خاكها را نسبت به سایر آزمایشها نتیجه میدهد. ایده اصلی آزمایش، بدین صورت است که با انبساط حفره استوانه اي درون گمانه و درنتیجه اعمال فشار به آن، رابطهاي بین فشار وارده و تغییر شکل حاصله بدست میآید.[10] اولین بار، کوگلر و شیدینگ در سال 1930 از این آزمایش استفاده کردند و منارد درسال 1957 با تکمیل آن، کاربرد گستردهتري به آن بخشید.[11]
آزمایش پرسیومتر مطابق با استاندارد ASTM-D 4719 ، شامل محفظه - سوند - استوانهاي شکل و داراي غشاي انعطاف پذیر و منبسط شونده است که براي اعمال فشار یکنواخت به دیواره گمانه طراحی شده است.[12] اساس کار پرسیومتر بر انبساط یک استوانه بلند غشایی استوار است که داخل گمانه قرار گرفته و با اعمال فشار به دیواره آن تغییر حجم - شعاع - غشا در حین پیشرفت آزمایش قابل اندازه گیري میباشد. از مهمترین موارد تأثیرگذار بر نتایج آزمایش پرسیومتري، روش حفر گمانه، دستخوردگی دیواره گمانه و نحوه قرار دادن محفظه اندازهگیر در آن میباشد. بر این مبنا انواع دستگاه هاي پرسیومتر به سه نوع پیش حفار - Pre-drilled Pressuremeter - ، خود حفار - Self-boring Pressuremeter - و فشاري یا رانشی - Push-in Pressuremeter - دسته بندي میشوند.[11] در شکل 2، تمودار شماتیک تغییر فشار در برابر تغییر حجم حاصل از نتیجه این آزمایش نشان داده شده است.
شکل :2 نمودار شماتیک حاصل از آزمایش پرسیومتري
مراحل آزمایش در یک ن گاه کلی به سه بخش تقسیم می گردد. مرحله اول، محفظه به دیواره گمانه چسبیده و مقدار فشار به حالت قبل از حفاري در زمین طبیعی میرسد. در مرحله دوم خاك داراي رفتار الاستیک خطی بوده و فشار در انتهاي این بخش به حد پلاستیک نزدیک خواهد شد.
