خاک اشباع تحت تنش قرار مي‌گيرد با استهلاک فشار آب منفذي، تحکيم اوليه رخ مي‌دهد. مقدار قابل توجهي از نشست‌ها طي تحکيم اوليه اتفاق مي‌افتد. پس از استهلاک کامل فشار آب منفذي (در طول فرايند بارگذاري)، تغييرشکل‌هايي با گذشت زمان اتفاق مي‌افتد که با عنوان مرحله تحکيم ثانويه يا خزش شناخته مي‌شود. نشست‌هاي دراز مدت خاک‌ها را مي‌توان ناشي از رفتار خزشي خاک دانست. بنابراين پيش بيني رفتار خزشي خاک‌ها اهميت دارد.
ترکيبات معدني (مواد معدني موجود در خاک)، سطوح تنش، تاريخچه تنش، مايع منفذي، شرايط زهکشي و ساختار خاک به عنوان پارامترهاي مهم تأثيرگذار بر رفتار خزشي مي‌باشند اگرچه تأثير اين پارامترها بطور کامل مشخص نشده است، بنابراين در اين مطالعه با استفاده از نتايج آزمايشگاهي تأثير مسلح شدن خاک بر تغييرشکل‌هاي خزشي، تاثير سطوح تنش، تاريخچه تنش، آب حفره‌اي مورد مطالعه قرار گرفته و مکانيسم خزشي با در نظر گرفتن لغزش‌، برخورد و تغييرشکل ذرات، شرح داده شده است.

2-5- بررسي‌هاي آزمايشگاهي و نظريه‌هاي مربوط به رفتار وابسته به زمان در خاک‌ها
تغييرشکل و مقاومت خاک‌هاي اشباع تحت تنش، يکي از مسائل مهم در مهندسي ژئوتکنيک به حساب مي‌آيد. از ديدگاه‌هاي متفاوت، تحقيقات فراواني در زمينه تغييرشکل‌هاي خزشي انجام گرفته است. خزش در واقع توسعه کرنش‌هاي حجمي و برشي وابسته به زمان است، که براثر مقاومت ويسکوز ساختار خاک ناشي مي‌شود. تراکم ثانويه به کرنش‌هاي حجمي که بعد از تحکيم اوليه رخ مي‌دهد، اشاره دارد و اصطلاح خزش به منظور نشان دادن کرنش‌هاي حجمي و يا برشي وابسته به زمان در سرعت کنترل شده توسط مقاومت ويسکوزيته ساختار خاک به کارگرفته مي‌شود. سرعت تراکم ثانويه از طريق مقاومت ويسکوز ساختار خاک کنترل مي‌شود در حاليکه سرعت تحکيم اوليه توسط سرعت خروج آب از درون منافذ خاک8 کنترل مي‌شود. پلاستيسيته، فعاليت و درصد آب موجود در خاک نيز بر اين فرايند تاثير دارد.
ترزاقي در سال 1925 تئوري تحکيم يک‌بعدي را به منظور بيان تغييرات حجمي در طول تحکيم اوليه با چندين فرضيه بيان نمود که امروزه کاربرد گسترده‌اي دارد. سرعت تحکيم اوليه به چندين فاکتور از قبيل نفوذپذيري، ضخامت نمونه، شرايط زهکشي و سرعت بارگذاري بستگي دارد. نسبت تحکيم اوليه با ضريب تحکيم Cv نشان داده مي‌شود. بسته به شرايط زهکشي (زهکشي قائم، شعاعي و يا دو طرفه) روش‌هاي مختلفي به منظور تعيين ضريب Cv وجود دارد (بري و ويلکينسون9 (1969)، ايندراراتانا و همکاران10 (2005)، رابينسون11 (1997)). در نمونه‌ها با ضخامت يکسان، سرعت تحکيم اوليه تحت شرايط زهکشي شعاعي بيشتر از زهکشي در شرايط قائم مي‌باشد (سريدهاران و همکاران12 (1996)). منحني تحکيم اوليه (تخلخل- لگاريتم تنش موثر) تحت شرايط زهکشي قائم و شعاعي يکسان مي‌باشد. اين نشان مي‌دهد که ضريب تحکيم اوليه مستقل از شرايط زهکشي مي‌باشد. به منظور اندازه گيري تراکم پذيري خاک‌ها از ضريب تراکم پذيري (Cc) استفاده مي‌شود (ضريب تراکم پذيري، شيب منفي منحني تحکيم اوليه (تخلخل- لگاريتم تنش موثر) مي باشد). نمودار 2-1 نشان دهنده ارتباط کرنش- لگاريتم زمان خاک رس اشباع تحت آزمايش يک بعدي فشاري مي‌باشد. مرحله تحکيم اوليه و ثانويه قابل نمايش است. در مرحله تحکيم اوليه تغييرشکل‌ها در اثر زايل شدن فشار آب منفذي و در مرحله دوم تغييرشکل‌ها، تحت تاثير ويژگي ويسکوز ساختار خاک مي‌باشد.
منحني تحکيم اوليه را با رابطه (2-1) مي‌توان بيان کرد:
(2-1)

در اين رابطه:
e: نسبت تخلخل
e0: تخلخل اوليه
?: تنش
0?: تنش اوليه (1 کيلوپاسکال)
تغييرشکل‌هاي خاک در پايان تحکيم‌اوليه را مي‌توان با رابطه (2-2) بيان نمود: (تيلور، 1942)
(2-2)

در اين رابطه:
e: نسبت تخلخل
eEOP: تخلخل در پايان تحکيم اوليه
t100: زمان پايان تحکيم اوليه
C?: ضريب تراکم ثانويه
ضريب تراکم ثانويه (C?) پارامتر مهمي جهت شرح رفتار خزشي و تراکم ثانويه مي‌باشد و به شرايط آزمايش چندان بستگي ندارد (مسري13 (1973)).
اين ضريب را به روش‌هاي مختلفي مي‌توان تعيين نمود. معادله (2-3) کاربرد گسترده‌اي دارد:
(2-3)

در اين رابطه :
?e: تغييرات نسبت تخلخل در طول تحکيم ثانويه
t: زمان
والکر و ريموند14 (1968) تاثير تراکم اوليه بر تراکم ثانويه خاک‌هاي رسي را بررسي کرده و به اين نتيجه رسيدند که ضريب تراکم ثانويه رابطه‌اي خطي با ضريب بدون بعد Cc دارد. در آزمايش انجام شده نسبت ضريب تراکم ثانويه به شاخص تراکم حدود 25/0 تخمين زده شد. شاخص تراکم (Cc) را با رابطه (2-4) بيان مي کنند.
(2-4)

مسري و گادلوسکي15 (1997) اين نسبت را 1/0±025/0 براي خاک رسي طبيعي بيان کردند. مسري و کاسترو16 (1987) اختلافي در حد 04/0±01/0 براي رس هاي نرم غيرارگانيک و 05/0± 01/0 براي رس‌هاي پلاستيک ارگانيک بيان کردند. لدا و پرستون17 (1965)، تاوناس و همکاران18 (1978)، گراهام و همکاران19 (1983) وابستگي ضريب تراکم ثانويه به شاخص تراکم را بررسي نموده‌اند. مقدار ثابت C?/Cc نشان مي‌دهد که اگر شاخص تراکم ثابت باشد، ضريب تراکم ثانويه خاک‌هاي رسي مستقل از تنش‌هاي موثر قائم مي‌باشد.
لئونارد و گيرالت20، (1961) يک رابطه غيرخطي بين کرنش‌هاي قائم و لگاريتم زمان ( ?z – logt ) بيان کردند.
شکل 2-2 نشان دهنده‌ي اين روابط غيرخطي مي باشد. منحني 1 براي رس‌هاي بيش تحکيم، منحني 3 براي رس‌هاي عادي تحکيم يافته منحني 2 براي خاک‌هاي رسي که به آرامي بيش تحکيم يافته‌اند، مي‌باشد.

شکل 2- 2: ارتباط کرنش-لگاريتم زمان تحت آزمايش تحکيم يک بعدي برروي خاک رس

EOP: پايان تحکيم اوليه،
NC: رس عادي تحکيم يافته
OC: رس بيش تحکيم يافته
?’z: تنش قائم موثر،
‘z,pz?: تنش قائم پيش تحکيمي
به منظور شرح اين رابطه غيرخطي پارامتر m توسط ساينگ و مايکل21 (1968) با رابطه (2-5) بيان شد:
(2-5)

=مشتق کرنش قائم نسبت به زمان،
2-8-3- ارتباط تراکم ثانويه و فشار پيش تحکيمي
افزايش فشار پيش تحکيمي که در اصطلاح “quasipreconsolidation pressure” ناميده مي‌شود، طي مرحله تراکم ثانويه براي اولين بار توسط لئونارد و رامياه55 (1960) مشاهده شد. بجروم56 (1967) يک مدل قابل قبول به منظور شرح فشار پيش تحکيمي براي رس دريايي نروژ ارائه داد که از تاثيرات خزش ناشي مي‌شد. در شکل 2-9 ارتباط واحد بين نسبت تخلخل و فشار (سطوح تنش خزشي) و زمان ازطريق يک سري خطوط موازي در نمودار تنش قائم-نسبت تخلخل نشان داده شده است. بجروم کرنش ها را در دو دسته کرنش‌هاي آني و تاخيري در نظرگرفت و از خطوط زمان به منظور مدلسازي نرخ خزشي کاهش يافته ناشي از افزايش مدت زمان بارگذاري استفاده نمود.

شکل 2-9: خطوط زماني بجروم
لئونارد و آلتشائفل57 (1964) يک سري آزمايش تحکيم يک بعدي بر روي رس باقي مانده سنگ آهک انجام دادند. آن‌ها بيان کردند که فشار پيش تحکيمي به دست آمده از نتايج آزمايش‌ها بزرگتر از فشار پيش تحکيمي محاسبه شده براي 90 روز از تراکم ثانويه بود. اين رفتار از طريق پديده “structuration” مقاومت ذرات ناشي از تيکسوتروپي و سيمانتاسيون، زماني که رس تحت يک تنش ثابت در مدت زمان طولاني قرار مي‌گيرد، ناشي مي‌شود. لروئل و همکاران58 (1996) يک سري آزمايش تحکيم يک بعدي بر روي رس رسوب شده مصنوعي59 انجام داد. در اين آزمايش نمونه در تنش 10 کيلوپاسکال به مدت 120 روز تحت خزش قرار گرفت. نتايج آزمايشات نشان مي‌دهد که فشار پيش تحکيمي تا مقدار 18.5 کيلوپاسکال افزايش يافت. آن‌ها تاثيرات ناشي از تيکسوتروپي و سيمانتاسيون را با سه روش بررسي کردند. آزمايش تحکيم يک بعدي با مدت زمان بارگذاري 24 ساعت و دو آزمايش با نسبت کرنش متفاوت60(CRS) 1.27×10-5 s-1 و 1×10-5 s-1
شکل 2-10 نتايج آزمايشات گزارش شده نشان مي‌دهد. آزمايش CRS سريع 1.27×10-5 s-1 و تحکيم يک بعدي تغييرشکل‌هاي بزرگتري در مقايسه با آزمايش CRS آرام 1×10-5 s-1 را نشان مي‌دهد. مشاهدات را مي‌توان به روش زير بيان نمود. چون ميزان کرنش بالا مي باشد، زمان کافي براي سيمانتاسيون و يا تيکسوتروپي وجود ندارد و در آزمايش تحکيم يک بعدي توسعه structuration به دليل اعمال بار جديد وجود ندارد. بر خلاف موارد بالا در آزمايش CRS کند، امکان توسعه structuration وجود دارد. اين پديده تابعي از زمان و کرنش مي‌باشد که بر تراکم ثانويه خاک‌هاي رسي تاثير مي‌گذارد. حالت بيش تحکيمي رس‌ها مي تواند ناشي از تاثيرات خزش و فشار باربرداري-بارگذاري باشد که در شکل 2-11 آورده شده است. از اين رو امکان سرعت بخشيدن به آزمايش خزش با آزمايش بارگذاري-باربرداري وجود دارد. (ونگ،2010)

2-10: نتايج آزمايش CRS و آزمايش تجکيم يک بعدي بر روي رس Jonquiere

2-11: حالت بيش تحکيمي بدست آمده ناشي از خزش و آزمايش بارگذاري-باربرداري

2-8-4- ضريب تراکم ثانويه رس هاي معدني ايليت، کائولونيت و اسمکتيت
شکل 2-12 مقادير ضريب تراکم ثانويه رس‌هاي معدني اسمکتيت، ايليت و کائولونيت را زماني که آب، اتيل الکل، بنزن و کربن تتراکلريد به عنوان مايع منفذي استفاده مي‌شود، نشان مي‌دهد (مسري (1973)). قابل ذکر است که در مايع منفذي غيرقطبي از جمله بنزن و کربن تتراکلريد، اگرچه لايه آب مضاعفي تشکيل نمي‌شود ولي تغييرشکل هاي خزشي قابل ملاحظه‌اي مشاهده مي‌شود. مسري (1973) پيشنهاد کرد که تراکم منافذ کوچک طي خزش بسيار کوچک و قابل صرفنظر کردن است. در شکل2-12 رس‌هاي معدني اسمکتيت تراکم ثانويه بالايي در مقايسه با رس کائولونيت دارد. واضح است که شرايط فيزيکي‌_‌شيميايي و معدني محيط با تغيير در ويژگي‌هاي ذرات و ساختار آن‌ها بر تراکم ثانويه موثر است. مخصوصاً تاثير مايع منفذي در رس‌هاي معدني اسمکتيت در مقايسه با رس‌هاي کائولونيتي بيشتر است (السون و مسري، 1970). خاک‌هاي رسي با درجه فعاليت بالا معمولاً پاسخ وابسته به زمان بالايي را نشان مي‌دهند (اسمکتيتايليتکائولونيت). کوچک بودن اندازه ذرات، بزرگ بودن سطح ويژه و بالا بودن قدرت جذب آب از جمله دلايل آن مي‌باشد. بنابراين رس‌ها با پلاستيسيته و فعاليت بالا، (اسمکتيت) درصد جذب آب بالا و چگالي پاييني نسبت به رس‌ها با درجه فعاليت پايين (کائولونيت) خواهند داشت.

شکل2-12: ضريب تراکم ثانويه رس هاي معدني مختلف با مايع منفذي متفاوت: آب، اتيل الکل، بنزن و کربن تتراکلرايد

2-8-5- تغييرات ضريب فشار در حالت سکون (Ko ) طي تراکم ثانويه
ضريب فشار در حالت سکون (Ko ) پارامتر مهمي در مهندسي ژئوتکنيک مي‌باشد. در طول فرانيد تحکيم، تغييرات ضريب فشار در حالت سکون (Ko ) را مي‌توان ثابت فرض کرد. ولي اسچمرتمن61 (1983) اين فرضيه را رد و بيان نمود که مقدار آن طي تراکم ثانويه مي‌تواند افزايش يا کاهش يابد. لاکردا و مارتين62 (1985) بيان کردند که از ضريب ضريب فشار در حالت سکون (Ko ) جهت بيان تراکم ثانويه مي‌توان استفاده نمود. هيچ روش آزمايشگاهي دقيق و قابل اطميناني درشرايط تحکيم يک بعدي به منظور تعيين ضريب فشار در حالت سکون (Ko ) طي فرايند تراکم ثانويه وجود ندارد. مسري و کاسترو (1987) با انجام يک سري آزمايشات خزشي سه محوري بر خاک‌هايSaint Alban clay, Batiscon clay, Boradback clay وAtchafalaya clay به اين نتيجه رسيدند که ضريب Ko با گذشت زمان طي تراکم ثانويه افزايش مي‌يابد.
برخي از محققان پيشنهاد کردند که ضريب فشار در حالت سکون (Ko ) با گذشت زمان کاهش (ناجاراج63،1984) مقدار آن ثابت (رابرت64،1984) و يا با گذشت زمان افزايش مي‌يابد (هالتز و جاميوکووسکي،(1985); کاوازنجيان و

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید