بخشی از مقاله
خلاصه
بررسی و مطالعه رفتار خاک تحت بارهای دینامیکی بویژه زلزله نیازمند تجهیزات آزمایشگاهی ویژه ای می باشد. میز های لرزه از مهمترین و کارآمد ترین ابزار در آزمایش های این چنینی به شمار می آیند. در سال های اخیر استفاده از میز لرزه جهت تعیین خصوصیات دینامیکی خاک بیشتر مورد توجه قرار گرفته و کاربرد زیادی در زمینه ژئوتکنیک پیدا کرده است. در این مقاله با بررسی مطالعات و آزمایش های طراحی شده با استفاده از میز لرزه و تجهیزات بکار رفته برای تعیین خصوصیات دینامیکی، سعی شده روش های مختلف هر آزمایش به همراه نتایج هریک توضیح داده شود. در انتها با جمع بندی و بررسی نتایج، روشهای انتخاب آزمایش برای مسئله مورد نیاز پیشنهاد شده است.
1. مقدمه
پاسخ خاک به شتاب حاصل از زلزله در مناطق مختلف همواره مورد توجه طراحان و محققان بوده است. باتوجه به آزمایش های صحرایی و معایب و سختی های اینگونه از آزمایش ها جهت شناخت رفتار دینامیکی خاک دستگاه های متعددی مانند دستگاه سه محوری فشاری و دستگاه برش ساده برای این منظور طراحی و ساخته شده اند. با توجه به محدودیت در شرایط بارگذاری و کوچک بودن اندازه نمونه ها در این آزمایش ها شرایط واقعی محل بخوبی فراهم نمی شود .[1] برای حل این مشکلات در سال های اخیر محققان با استفاده از دستگاه میز لرزه سعی داشته اند، شرایط بهتر و واقعی تری از محل واقعی نمونه خاک را مهیا کنند.
در این مقاله با بررسی آزمایش های انجام شده توسط برخی از محققان با روشها و ابعاد متفاوت، سعی شده برای انتخاب بهتر روش آزمایش، جمع بندی و مقایسه ای ارائه گردد. در بررسی آزمایش اول که توسط Chi-Chin Tsai و همکاران - - 2016 انجام شد، اثر مرزی بر چگونگی تعیین خصوصیات دینامیکی خاک از طریق مجموعه ای از آزمایش های میز لرزه برروی محفظه لایه ایی بزرگ پر شده با خاک، بررسی می شود
در بررسی دوم از مطالعه انجام شده توسط - 2007 - Dietz M, Wood M، روش هایی که برای ارزیابی خصوصیات دینامیکی با استفاده از یک محفظه جدید قرار گرفته بر روی میز لرزه ارائه شده اند، با یکدیگر مقایسه شدند .[3] در بررسی آخر، از آزمایش انجام شده توسط Li Yadongو همکاران - 2015 - برروی نمونه های نسبتاً نادر، اثرات تغییر در سختی لایه خاک، بر روی ویژگی های دینامیکی خاک ها با استفاده از تغییر در تحریک ورودی بررسی شد .[2] در ادامه هر یک بطور جداگانه و خلاصه توضیح داده می شود. در بخش آخر نتایج هریک جمع بندی شده است.
2. تجربیات استفاده از میز لرزه در بررسی خصوصیات دینامیکی خاک
.1-2 نمونه اول- محفظه بزرگ با نمونه ماسه اشباع شده - Chi-Chin Tsai و همکاران -
در این آزمایش که در مرکز ملی تحقیق مهندسی زلزله در تایوان - NCREE - طراحی و انجام شده، همانطور که در شکل 1 آمده است، از یک محفظه برشی لایه ایی استفاده شد .[4] همچنین برای اندازه گیری شتاب، مبدلهایی Ay1 - تا Ay15 در هر لایه قاب - در اعماق مختلف در خارج از دیوارهای صلب محفظه توسط Chi-Chin Tsai و همکاران - 2016 - نصب شدند. همچنین آنها - Chi-Chin Tsai و همکاران - برای انجام آزمایش ها از ماسه سیلیکونی ریز دانه ویتنام - Vietnam - استفاده کردند.
تنها %80 ظرف با خاک پر شد؛ که این سیستم، بعنوان سیستمی دولایه: قسمت فوقانی خالی و قسمت زیرین پر شده با خاک، تلقی می شود .[1] در این مطالعه که توسط Chi-Chin Tsai و همکاران انجام شد، از 15 مورد در ادامه مجموعه آزمایش هایی که در اکتبر 2004 توسط Ueng TS و همکاران - 2006 - در مرکز ملی تحقیق مهندسی زلزله در تایوان - NCREE - انجام شده بود جهت تحلیل استفاده شد.
دلیل انتخاب این 15 مورد آزمایشی جهت تحلیل، عدم مشاهده روانگرایی در آزمایش هابود. مجموعاً سه روش برای تعیین خصوصیات دینامیکی ماسه ویتنام - Vs یا - D در محفظه برشی بزرگ، استفاده شد. همچنین از تاثیر ناچیز افزایش فشار آب حفره ای بوجود آمده در آزمایش ها برای تعیین خصوصیات خاک صرف نظر شد.
شکل.1 شمای از محفظه برشی و قرار گیری مبدل ها
.2-2 نمونه دوم- محفظه برشی کوچک پر شده با ماسه - Dietz M, Wood M -
محفظه برشی جدید ساخته شده در مطالعه انجام شده توسط - 2007 - Dietz M, Wood M،مستقیماً از نسل دستگاه Crewe و همکاران - 1995 - است. با این حال، به اندازه محفظه برشی کوچک [5] - 1993 - Dar نزدیک است: 1,2متر طول در مقابل 5 متر، 0,55 متر عرض در مقابل 1 متر و 0,8 متر عمق در مقابل 1,2 متر، که بطور قابل ملاحظه ایی باعث کاهش در هزینه و زمان آزمایش می شود
جزئیات طراحی در شکل 2 ارائه شده است. در این آزمایش محفظه در قسمت پایه به میز لرزه متصل شد و در جهت طولی به لرزه درآمد - در جهت. - y آنها - Dietz M, Wood M - با انتشار امواج برشی بصورت عمودی، سعی کردند تنش برشی را در خاک آزمایش القا کنند. همچنین تنش های نرمال را ثابت نگه داشتند. محفظه برشی کوچک جدید همراه با میز لرزه در آزمایشگاه Bristol شامل یک صفحه لرزه با قالب آلومینیومی 3 متر 3 * متر که قادر به تحمل حداکثر بار 21 تن است، مورد استفاده قرار گرفت.
در تمامی آزمایش ها از ماسه Dry Leighton Buzzard - 25-14 - استفاده شد. این ماسه با ذرات ریز گرد گوشه با میانگین اندازه ذرات 0,8 میلیمتر جایگزین شد. نسبت تخلخل 0,6 و چگالی 1,69 ⁄ 3 بود. همانطور که در شکل - 2ج - نشان داده شده، از شش شتاب سنج برای ثبت پاسخ جانبی در جهت y استفاده شد. پس از استخراج داده های آزمایش و فیلتر کردن و پردازش آنها عملکرد دستگاه با استفاده از مقایسه پاسخ ها با روابط پیشنهادی ایده آل مورد تایید و ارزیابی قرار گرفت
شکل .2 قفسه برشی: - الف - مقطع عرضی؛ - ب - مقطع طولی؛ - ج - مقطع طولی در مدت آزمایش
.3-2 نمونه سوم- محفظه برشی با مقیاس بزرگ Li Yadong - و همکاران -
در این مطالعه Li Yadong و همکاران - 2015 - ، تغییرات شتاب، فشار آب حفره ای و طیف های فوریه با استفاده از انواع مختلف امواج لرزه ای با دامنه های مختلف از طریق آزمایش مقیاس بزرگ میز لرزه برای دو نمونه: یک نمونه محلی حاوی لایه های ماسه - نمونه - 2 و نمونه تمام رسی - نمونه - 1 طراحی و تکمیل کردند .[2] محفظه آزمایش خاک، یک مدل از نوع برشی لایه ایی است که Li Yadong و همکاران - 2015 - بر اساس محفظه مدل موجود توسعه یافته توسط Sun و همکاران - 2011 - طراحی کردند، همانطور که در شکل 3 مشخص است. همچنین آنها Li Yadong - و همکاران - از رس و ماسه به عنوان مصالح ژئوتکنیکی در محفظه آزمایش استفاده کردند. نمونه 1، نمونه تمام رسی و نمونه 2، نمونه رس با یک لایه درونی ماسه اشباع شده برای شبیه سازی نمونه محلی بکار رفت. همچنین شتاب سنج - A - و سنسور فشار آب حفره ای - K - را در محل هایی مطابق سیستم آزمایش باتوجه به طراحی آزمایش قرار دادند. شکل 3 طرح نهایی و چیدمان سنسورهای نمونه 1 و 2 را نشان می دهد. در این آزمایش از امواج زلزله ال سنترو - 1940 - ، امواج زلزله تفت - 1952 - که در شکل ها و جدول 1 بترتیب با عناوین EL-C و Taft مشخص شده اند، استفاده کردند. جهت افقی یک طرفه - x - و جهت افقی و عمودی دو طرفه - x,z - ، بترتیب x و z، بعنوان جهت های ورودی تعیین شدند.
شکل .3 ساختار نمونه و طراحی استقرار سنسور شتاب سنج
جدول .1 حالت های مختلف بارگذاری .
3. تشریح نتایج آزمایش ها
در آزمایش اول که توسط Chi-Chin Tsai و همکاران - 2016 - انجام شد،مجموعاً از سه روش برای تعیین خصوصیات دینامیکی ماسه ویتنام - Vs یا D - در محفظه برشی بزرگ، استفاده کردند. اولین روش تعیین خصوصیات سیستم بر اساس تئوری انتشار امواج با استفاده از تابع انتقال - TF - ، دومین روش روش ارتعاش آزاد و سومین روش روش غیر پارامتری تنش-کرنش بودVs .[1] و میرایی تعیین شده در لایه 1 و 2 با استفاده از روشهای انتشار موج و ارتعاش آزاد در جداول 2 و 3 بصورت خلاصه شده آورده شده اند.
شکل4، مقایسه Vs و میرایی بدست آمده از روشهای انتشار موج و ارتعاش آزاد را نشان می دهد. همانطور که مشاهده می شود Vsحاصل از دو روش باهم برابر است و هیچ تمایلی بسمت هیچ یک از روش ها را نشان نمی دهد. در مقابل، میرایی بدست آمده پراکندگی زیادی را نشان می دهد. با توجه به جدول 3، میرایی بدست آمده برای قاب بین بازه %1 و %6، و برای خاک بین بازه %2و %10 است که مشاهده می شود نتایج وابسته به روش هستند. میرایی بدست آمده از روش انتشار موج تقریباً %50 بزرگتر از مقدار بدست آمده از روش ارتعاش آزاد است.
