بخشی از مقاله
خلاصه
روش بارش ماسه در هوا3روشی برای آماده کردن مدلهای آزمایشگاهی به منظور انجام برخی از آزمایشهای خاص میباشد. این مقاله به بررسی نتایج به دست آمده از کاربرد دستگاه نمونهساز به روش بارش ماسه در هوا، برای ایجاد نمونههای ماسهای در دانسیتههای مورد نظر پرداخته است. مجموعهای از تستهای آزمایشگاهی جهت بررسی عملکرد سیستم پیشنهادی انجام شده است. ویژگیهای سیستم بارش مورد استفاده در این پژوهش، انتخاب یک الک پخش کننده و دو سری دریچه بارش با قطرهای متفاوت میباشد. نتایج نشان میدهد که این روش، توانایی تولید نمونههای ماسهای برای مدلهای آزمایشگاهی در دانسیتههای نسبی 28 الی 100 درصد دارا بوده که میتوان ماسهای با شرایط یکنواخت در تراکمهای سست تا بسیار متراکم ایجاد نمود. همچنین، به این نتیجه رسیده شده است که بارش ماسه با الکهای پخش کننده به طور قابل توجهی باعث بهبود یکنواختی عمودی و افقی نمونههای بازسازی شده توسط دستگاه پیشنهادی این مقاله میشود.
کلمات کلیدی: بارش ماسه، دریچه، دانسیته نسبی
1. مقدمه
روش بارش ماسه در هوا روشی برای آماده سازی مدلهای آزمایشگاهی به منظور انجام آزمایشهایی مانند کالیبراسیون نفوذ سنج های استاتیکی و دینامیکی و به طور کلی آزمایشهای مختلف مربوط به گرایش ژئوتکنیک میباشد. هنگام استفاده از مدلهای آزمایشگاهی، کالیبره شدن دستگاه نمونهساز به منظور تولید نمونههای یکنواخت و نیز دستیابی به نمونههایی با شرایط دلخواه و دانسیته نسبی مورد نظر و همچنین تولید نمونههایی با قابلیت تکرار با تراکم مورد نظر میباشد. روش بارش ماسه در هوا به دلیل توانایی آن برای شبیه سازی مکانیسم رسوبی خاک به طور گسترده ای مورد استفاده قرار میگیرد .[1] مطالعات گستردهای بر روی عوامل مؤثر بر تراکم نمونههای دانهای بازسازی شده انجام شده است. نتایج تجربی نشان دادهاند که مناسبترین روش برای تولید یک نمونه بزرگ محفظه کالیبراسیون، روش بارش با تنظیم شدت رسوب همراه با ارتفاع سقوط ثابت است .[5-2]
راد و تامی [2] با توجه به آزمونهای انجام داده به این نتیجه دست یافتند که تخلخل دیافراگم و یا شدت رسوب4 بزرگترین اثر و همچنین، ارتفاع سقوط5 بارش، سایز الکهای پخش کننده6 و نیز الگوی سوراخهای دیافراگم7 کمترین اثر را بر تراکم نسبی دارند. در سالهای بعد سیستمهای بارش جدیدی ساخته شد. یک سیستم بارش از نوع پردهای8 که قادر به دستیابی به طیف وسیعی از تراکم نسبی با کنترل ارتفاع بارش سقوط و همچنین کنترل سرعت حرکت دهانه خروجی خاک است، توسعه پیدا کرد .[6] ژائو و همکاران [7] برای دستیابی به تراکم نسبی مشخص، دستگاه خودکار بارش ماسهای را توسعه دادند که قابلیت کنترل ارتفاع بارش و شدت رسوب را دارد. تراکم نسبی بستگی به شدت رسوب9 دارد. شدت رسوب عبارت است از تعداد دانههای سقوط کرده در واحد سطح و در واحد زمان. غیر یکنواختی شدت بارش باعث ایجاد تغییرات مکانی تراکم خاک میشود. این عامل به خاطر انتخاب نامناسب تعداد سوراخهای الک در بارش ثابت و نیز نحوه انتخاب مکان این سوراخها رخ میدهد .[9 ,8]
تراکم ماسه بازسازی شده با استفاده از روش بارش به ارتفاع سقوط - ارتفاع بارش - ، شدت رسوب، تخلخل الکهای پخشکننده، ویژگیهای ذرات و نظایر آن بستگی دارد. نتایج آزمایشات راد و تامی [2] نشان داد که تخلخل دیافراگم یا شدت رسوب بیشترین تأثیر را بر تراکم نسبی نمونههای باز شده دارد. همچنین میورا و توکی [10] از عوامل مؤثر بر تراکم نسبی همچون اندازه دهانه نازل، سرعت دوران فلاسک و ارتفاع سقوط نیز نام بردهاند. بر اساس مطالعات نظری بر روی ذرات منفرد، وید و نگسی [11 ,5] پیشنهاد دادهاند که تأثیر افزایش غیر خطی سرعت با افزایش ارتفاع سقوط تا زمانی که به سرعت حد رسیده است، صرف نظر از سطح ارتفاع سقوط، با افزایش اندازه ذرات، افزایش پیدا میکند.
راد و تامی [2] به مطالعه اثر تخلخل دیافراگم و نیز تأثیر شدت رسوب بر تراکم نسبی نمونههای بازسازی شده توسط دستگاه بارش ماسه پرداختند. آنها به این نتیجه دست یافتند که با افزایش شدت رسوب و یا با افزایش تخلخل دیافراگم، درصد تراکم نسبی نمونههای بازسازی شده کاهش پیدا میکند. با توجه به تلاش و کوششهایی که نویسندگان این مقاله در جهت گردآوری اطلاعات دستگاه بارش ماسه انجام دادهاند، کاستیهایی در مطالعات محققان گذشته احساس شد. لذا در این مقاله سعی بر آن است تا با معرفی یک دستگاه جدید بارش ماسه این کاستیها را پوشش دهیم. دستگاه پیشنهادی این مقاله قادر به بازسازی نمونههای دانهای برای طیف وسیعی از تراکمهای نسبی با استفاده از روشهای ترکیبی الکهای پخشکننده و پردههای بارش با قطرهای متفاوت میباشد. از ویژگیهای این سیستم بارش پیشنهادی، به بررسی اثرات پرده بارش با قطرهای متفاوت و نیز، به مطالعه و بررسی اثرات ترکیب همزمان الکهای پخشکننده و پرده بارش بر دانسیته نسبی نمونه بازسازی شده در ارتفاعهای مختلف بارش ماسه میپردازد. همچنین، به منظور ارزیابی یکنواختی نمونههای بازسازی شده با قرار دادن قالبهای نمونهگیری10 - نمونههای استوانهای - در هر لایه رسوب ماسه، یکنواختی تراکم در جهات عمودی و افقی مورد بررسی قرار گرفته است که در نهایت به نتایج قابل قبولی دست پیدا کردیم.
2. مصالح
استفاده از یک خاک ماسهای با شرایط و ویژگیهای ثابت که همگان بتوانند آزمایشهای یکسانی بر روی این نوع از خاکها انجام دهند، امکان تکرار پذیر بودن نتایج و مقایسه نتایج حاصل از آزمایشهای مختلف را فراهم میسازد. یک خاک ماسهای مناسب بایستی به میزان قابل توجه در دسترس بوده و تا آنجا که امکان دارد مشخصات این ماسه مشابه ماسههای شناخته شده در دنیا باشد تا امکان مقایسه نتایج با کارهای دیگران فراهم شود. از این رو، در آزمایشات صورت گرفته جهت بازسازی، بررسی و همچنین جهت تعیین درصد تراکم نسبی نمونههای بازسازی شده، از ماسه شکسته سیلیسی استاندارد شماره 161 فیروزکوه که دارای دانهبندی یکنواخت و رنگ طلایی میباشد، استفاده شده است. به منظور شناخت خواص فیزیکی این نوع ماسه آزمایشهای دانهبندی، آزمایشهای تعیین چگالی حداکثر و حداقل با قالب تراکم استاندارد و تعیین چگالی وزنی و آزمایش سه محوری مونوتونیک زهکشی نشده انجام شده است. لازم به ذکر است که جدول 1 حاوی مشخصات فیزیکی ماسه فیروزکوه میباشد. طبق طبقهبندی یونیفاید این خاک در رده خاک ماسهای بد دانه بندی شده - SP - قرار میگیرد.
3. دستگاه بارش ماسه
شکل 1 دستگاه مورد استفاده جهت بازسازی نمونههای ماسهای را در دانشگاه فردوسی مشهد نشان میدهد. این دستگاه شامل یک مخزن تغذیه به بوده که توسط ماسه 161 فیروزکوه پر میشود. طول بعد عمود بر صفحه مخزن ماسه یک متر میباشد. همچنین علاوه بر وجود مخزن ماسه، از یک جعبه آزمایش برای بارش و بازسازی نمونهها، استفاده شده است. مخزن تغذیه توسط ریلهای تعبیه شده بر روی جعبه آزمایش، توانایی حرکت در طول جعبه و انجام بارش ماسه را دارد. برای بازسازی نمونهها، ماسه موجود در مخزن از طریق پرده بارش11 که بعد عمود بر صفحه آن هم اندازه با عرض جعبه آزمایش میباشد، عبور میکند. لازم به ذکر است که از پرده بارش با قطرهای مختلف جهت انجام آزمایشات و رسوب ماسه مورد استفاده قرار گرفته است. شایان ذکر است در صورتی که فقط از پرده بارش استفاده شود، ارتفاع بارش برابر با ارتفاع آزاد بارش ماسه از پرده تا میانه ظرف نمونهگیری است. همچنین، در برخی از آزمایشات از الکهای پخشکننده جهت بارش استفاده شده است. از اینرو، ارتفاع بارش برابر با ارتفاع آزاد بارش از الکهای پخش کننده تا میانه ظرف نمونه گیری میباشد.
4. برنامه آزمایشها
جهت نیل به اهداف تعیین شده در این پژوهش، آزمایشات در دو بخش کلی انجام شده که در ادامه به توضیح هر کدام از آنها خواهیم پرداخت. بخش اول، شامل آزمایشات بارش ماسه بدون استفاده از الکهای پخش کننده میباشد. در این آزمایشات از پرده بارش به قطرهای دو و سه میلیمتر جهت بازسازی نمونهها استفاده شده است. ارتفاع بارش در این آزمایشها از 0/1 متر تا 1/5 متر متغیر بوده به گونهای که به ازای هر 0/1 متر ضخامت لایه ماسه باریده شده توسط دستگاه، یک آزمایش انجام شده است. لازم به ذکر است که ارتفاع بارش ماسه در هر آزمایش ثابت میباشد. جهت تعیین دانسیته نسبی در انجام هر یک از آزمایشات از پنج قالب نمونهگیری استفاده شده است.
