تعهدنامهي اصالت اثر و رعايت حقوق دانشگاه

دانشکدهي فني مهندسي
گروه آموزشي عمران

پاياننامه براي دريافت درجهي کارشناسي ارشد
در رشتهي مهندسي عمران گرايش خاک و پي

عنوان:
بررسي رفتار خزشي خاک ماسه‌اي مسلح شده با الياف ژئوسنتتيک در شرايط آزمايشگاهي

استاد راهنما:
عليرضا نگهدار

استاد مشاور:
سياب هوشمندي

پژوهشگر:
شيما يادگاري

شهريور93

دانشکدهي فني مهندسي
گروه آموزشي عمران

پاياننامه براي دريافت درجهي کارشناسي ارشد
در رشتهي مهندسي عمران گرايش خاک و پي

عنوان:
بررسي رفتار خزشي خاک ماسه‌اي مسلح شده با الياف ژئوسنتتيک در شرايط آزمايشگاهي

پژوهشگر:
شيما يادگاري

ارزيابي و تصويب شدهي كميتهي داوران پاياننامه با درجهي ……………………….
نام و نام خانوادگيمرتبهي علمي سمت امضاءعليرضا نگهداراستادياراستاد راهنما و رييس کميتهي داورانسياب هوشمنديمربياستاد مشاوريعقوب محمدياستاديارداور
شهريور1393

تقديم

اين پايان نامه را ضمن تشکر و سپاس بيکران و در کمال افتخار و امتنان تقديم مي نمايم به:
محضر ارزشمند پدر و مادر عزيزم به خاطر همه ي تلاشهاي محبت آميز ي که در دوران مختلف زندگي ام انجام داده اند و با مهرباني چگونه زيستن را به من آموخته اند.
به همسر مهربانم که در تمام طول تحصيل همراه و همگام من بوده است.

سپاسگزاري

نخستين سپاس و ستايش از آن خداوندي است که بنده کوچکش را در درياي بيکران انديشه، قطره اي ساخت تا وسعت آن را از دريچه انديشه هاي ناب آموزگاراني بزرگ به تماشا نشيند. لذا اکنون که در سايه‌سار بنده نوازي هايش پايان نامه حاضر به انجام رسيده است، بر خود لازم مي دانم تا مراتب سپاس را از بزرگواراني به جا آورم که اگر دست ياريگرشان نبود، هرگز اين پايان نامه به انجام نمي رسيد.
ابتدا از استاد گرانقدرم آقاي دکتر نگهدار که زحمت راهنمايي اين پايان نامه را بر عهده داشتند، کمال سپاس را دارم.
از استاد عالي قدرم جناب آقاي مهندس هوشمندي که زحمت مشاوره اين پايان نامه را متحمل شدند، صميمانه تشکر مي کنم.
سپاس آخر را به مهربانترين همراهان زندگيم، به پدر، مادر و همسر عزيزم تقديم مي کنم که حضورشان در فضاي زندگيم مصداق بي رياي سخاوت بوده است.

نام خانوادگي دانشجو: يادگاري نام: شيما عنوان پاياننامه: بررسي رفتار خزشي خاک ماسه‌اي مسلح شده با الياف ژئوسنتتيک در شرايط آزمايشگاهي
استاد (اساتيد) راهنما: عليرضا نگهدار
استاد (اساتيد) مشاور: سياب هوشمندي مقطع تحصيلي: کارشناسي ارشد رشته: مهندسي عمران
گرايش: مکانيک خاک و پي دانشگاه: محقق اردبيلي
دانشكده: فني مهندسي تاريخ دفاع: 18/06/93 تعداد صفحات: 80چكيده:
رفتار تراکم‌پذيري خاک‌ها به نگراني مهمي در مهندسي ژئوتکنيک تبديل شده است. با اجراي ساختمان‌ها، خاکريزها و جاده‌ها، اغلب نشست‌هاي قابل توجهي رخ مي‌دهد. از آنجائيکه نشست‌هاي دراز مدت در اثر خزش اتفاق مي‌افتد، بنابراين محاسبه و پيش‌بيني نشست‌هاي خزشي اهميت زيادي دارد. زماني که خاک تحت بارگذاري ثابتي قرار مي‌گيرد، با زايل شدن کامل فشار آب حفره‌اي، تغييرشکل‌هايي با گذشت زمان رخ مي‌دهد که با عنوان تراکم ثانويه و يا خزش شناخته مي‌شود. مکانيسم‌ها و فاکتورهاي تأثيرگذار بر رفتار خزشي خاک‌هاي ماسه‌اي هنوز به طور کامل شناخته نشده است. در اين مطالعه، آزمايش تحکيم يک بعدي تک‌مرحله‌اي، چندمرحله‌اي و بارگذاري-باربرداري بر روي نمونه‌هاي خاک ماسه‌اي رس‌دار مسلح نشده و مسلح شده باالياف ژئوتکستايل انجام شده و تأثير مسلح شدن خاک با الياف ژئوتکستايل، تاثير سطوح تنش، تاريخچه تنش و آب حفره‌اي بر تغييرشکل‌هاي خزشي مورد مطالعه قرار گرفته و مکانيسم خزشي با در نظر گرفتن لغزش‌، برخورد و تغييرشکل ذرات بيان شده است. نتايج به دست آمده براساس ارتباط تخلخل و ضريب تراکم ثانويه شرح داده شده است. نتايج آزمايش‌ها نشان مي‌دهد که در تنش‌هاي پايين تغييرشکل‌هاي خزشي در نمونه‌هاي اشباع بزرگتر از نمونه‌هاي خشک مي‌باشد ولي با افزايش تنش، تغييرشکل‌هاي خزشي در نمونه‌هاي اشباع‌ کاهش و در نمونه‌هاي خشک افزايش مي‌يابد. علاوه بر اين در آزمايش بارگذاري-باربرداري، سرعت خزش بيشتر از آزمايش تک مرحله‌اي مي‌باشد و اين آزمايش در تسريع خزش موثر است. در نمونه‌هاي مسلح شده، با افزايش درصد ژئوتکستايل در تنش‌هاي يکسان، در نمونه‌هاي اشباع تغييرشکل‌هاي خزشي کاهش و در نمونه‌هاي خشک تغييرشکل‌هاي خزشي افزايش مي‌يابد.
كليد واژهها: خزش، خاک ماسه رس‌دار، تحکيم يک بعدي، ژئوتکستايل، ضريب تراکم ثانويه.

فهرست مطالب
شماره و عنوان مطالب صفحه
فصل اول: کليات
1-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..2
1-2- بيشينه و روش تحقيق…………………………………………………………………………………………………………………………………….3
1-3- اهداف ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….5
1-4- ترتيب پايان نامه ……………………………………………………………………………………………………………………………………………5
فصل دوم: بيشينه تحقيق
2-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….8
2-2- تعريف خزش ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….9
2-3- تعريف ژئوسنتتيک ………………………………………………………………………………………………………………………………………10
2-3-1- تاريخچه ژئوسنتتيک ……………………………………………………………………………………………………………………………..11
2-4- هدف از بررسي تغييرشکل‌هاي خزشي …………………………………………………………………………………………………………11
2-5- بررسي هاي آزمايشگاهي و نظريه هاي مربوط به رفتار وابسته به زمان در خاک‌ها …………………………………………..13
2-6- تغييرشکل هاي خزشي در خاک‌هاي رسي ……………………………………………………………………………………………………19
2-6-1- آزمايش خزشي يک بعدي ………………………………………………………………………………………………………………………19
2-6-2- آزمايش خزشي سه محوري ……………………………………………………………………………………………………………………20
2-7- تغييرشکل هاي خزشي در خاک‌هاي ماسه اي ………………………………………………………………………………………………..22
2-7-1- آزمايش خزشي يک بعدي………………………………………………………………………………………………………………………..22
2-7-2- آزمايش خزشي سه محوري………………………………………………………………………………………………………………………23
2-8- فاکتورهاي تاثيرگذار بر ضريب تراکم ثانويه …………………………………………………………………………………………………..25
2-8-1- ارتباط شاخص تراکم و ضريب تراکم ثانويه ………………………………………………………………………………………………25 2-8-2- ارتباط تراکم ثانويه و سطوح تنش …………………………………………………………………………………………………………….25
2-8-3- ارتباط تراکم ثانويه و فشار پيش تحکيمي …………………………………………………………………………………………………25
2-8-4- ضريب تراکم ثانويه رس هاي معدني ايليت، کائولونيت و اسمکتيت …………………………………………………………..28
2-8-5- تغييرات ضريب فشار در حالت سکون K0 طي تراکم ثانويه ……………………………………………………………………….29
2-8-6- ارتباط کرنش و زمان ……………………………………………………………………………………………………………………………….30
2-9- رفتار خزشي خاک در سطح ميکروسکوپيک …………………………………………………………………………………………………..32
2-9-1- خاک‌هاي رسي ………………………………………………………………………………………………………………………………………32
2-9-2- خاک‌هاي ماسه اي ………………………………………………………………………………………………………………………………….33 2-9-3- رفتار غيرخطي در تغيير شکل ماسه ………………………………………………………………………………………………………….33
2-9-4- رفتار خزشي ماسه در تنش هاي پايين ………………………………………………………………………………………………………34
2-9-5- رفتار خزشي و شکست ذرات ماسه در تنش‌هاي بالا …………………………………………………………………………………..35
2-10- تغييرات وابسته به زمان ساختار خاک …………………………………………………………………………………………………………37
2-11- خزش در ژئوسنتتيک ………………………………………………………………………………………………………………………………..38
فصل سوم: مواد و روش پژوهش
3-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………42
3-2- مصالح استفاده شده ……………………………………………………………………………………………………………………………………..44
3-2-1- خاک ماسه (ماسه اوتاوا) …………………………………………………………………………………………………………………………..44
3-2-2- خاک رس (رس کائولونيتي) ……………………………………………………………………………………………………………………..44
3-3- ژئوسنتتيک ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….45
3-3-1- ژئوتکستايل‌ها ………………………………………………………………………………………………………………………………………..45
3-3-1-1- ژئوتکستايل‌هاي بافنه نشده ………………………………………………………………………………………………………………..46
3-4- بررسي هاي آزمايشگاهي ……………………………………………………………………………………………………………………………..47 3-4-1- آزمايش دانه بندي ………………………………………………………………………………………………………………………………….47
3-4-2- آزمايش چگالي نسبي ……………………………………………………………………………………………………………………………..48
3-4-3- آزمايش حدخميري …………………………………………………………………………………………………………………………………49
3-4-4- آزمايش حدرواني …………………………………………………………………………………………………………………………………….50
3-5- آماده سازي نمونه ها …………………………………………………………………………………………………………………………………..51
3-6- استاندارد دستگاه تحکيم ………………………………………………………………………………………………………………………………52
3-6-1- استاندارد بارگذاري آزمايش تحکيم يک بعدي ……………………………………………………………………………………………55
3-6-2- آزمايش‌هاي تک مرحله‌اي، چندمرحله‌اي و بارگذاري-باربرداري بر نمونه هاي ماسه رس‌دار مسلح نشده… 57
3-6-2-1- آزمايش خزشي تک مرحله‌اي ……………………………………………………………………………………………………………..58
3-6-2-2- آزمايش خزشي چندمرحله‌اي ………………………………………………………………………………………………………………58
3-6- 2-3- آزمايش خزشي بارگذاري-باربرداري …………………………………………………………………………………………………….58
3-6- 2-4- آزمايش‌هاي خزشي تک مرحله‌اي بر نمونه هاي ماسه اي مسلح شده با الياف ژئوتکستايل …………………….59
فصل چهارم: نتايج و يافته هاي پژوهش
4-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………61
4-2- نتايج آزمايش‌هاي تک مرحله‌اي، چندمرحله‌اي و بارگذاري – باربرداري بر نمونه هاي ماسه رس‌دار ……………….61
4-3- نتايج آزمايش‌هاي تک مرحله‌اي بر نمونه هاي ماسه رس‌دار مسلح شده با الياف ژئوتکستايل …………………………..69
4-4- تاثير آب منفذي بر شاخص تراکم (Cc) …………………………………………………………………………………………………75
4-5- تاثير سطوح تنش بر ضريب تراکم ثانويه (C?)………………………………………………………………………………………………..75
4-6- تاثيرمسلح کردن خاک با الياف ژئوتکستايل بر تراکم ثانويه…………………………………………………………………………76
4-7- تاثير تاريخچه تنش بر تراکم ثانويه………………………………………………………………………………………………………………..76
فصل پنجم: نتيجه گيري و بحث
5-1- نتيجه گيري ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….79
پيشنهادات……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..81
فهرست منابع و مآخذ……………………………………………………………………………………………………………………………………………..82
فهرست جدولها
شماره و عنوان جدول صفحه
جدول‌3-1: مشخصات خاک رس مورد استفاده در آزمايش………………………………………………………………………………………..45
جدول‌3-2: مشخصات ژئوتکستايل استفاده شده در آزمايش………………………………………………………………………………………46
جدول‌3-3: نتايج آزمايش چگالي نسبي خاک ماسه اوتاوا………………………………………………………………………………………….49
جدول‌3-4: نتايج آزمايش چگالي نسبي خاک رس……………………………………………………………………………………………………49
جدول‌3-5: نتايج آزمايش چگالي نسبي خاک ماسه رس‌دار………………………………………………………………………………………49
جدول‌3-6: نتايج آزمايش حدخميري نمونه خاک رس……………………………………………………………………………………………….50
جدول‌3-7‌: نتايج آزمايش حدرواني نمونه ماسه رس‌دار…………………………………………………………………………………………….50
جدول‌3-8 : نتايج آزمايش حدرواني خاک رس…………………………………………………………………………………………………………51
جدول‌4-1: نتايج آزمايش‌هاي خزشي انجام شده بر نمونه هاي ماسه رس‌دار مسلح نشده…………………………………………….68
جدول‌4-2: نتايج آزمايش‌هاي خزشي انجام شده بر نمونه هاي ماسه رس‌دار مسلح شده با الياف ژئوتکستايل ……………….74
فهرست شکلها
شماره و عنوان شکل صفحه
شکل1-1: مثالي از تغييرشکل خزشي برج پيزا- ايتاليا…………………………………………………………………………………………………….3
شکل 2-1: ارتباط کرنش- زمان در آزمايش تحکيم يک بعدي …………………………………………………………………………………10 شکل2-2: ارتباط کرنش-لگاريتم زمان تحت آزمايش تحکيم يک بعدي برروي خاک رس…………………………………….16
شکل2-3: تاثير ضخامت نمونه بر تحکيم اوليه رس هاي عادي تحکيم يافته براساس منحني فرضي A و B……….17
شکل2-4 : نيروهاي مماسي و عمودي در برخورد ذرات……………………………………………………………………………………………….18
شکل2-5: ارتباط بين کرنش محوري-لگاريتم زمان را براي رس هاي عادي تحکيم يافته تحت تنش هاي انحرافي متفاوت …………………………………………………………………………………………………………………………………………………..21
شکل2-6: ارتباط کرنش محوري-لگاريتم زمان رس بيش تحکيم يافته در بارگذاري تحکيم يک بعدي و سه محوري زهکشي شده…………………………………………………………………………………………………………………………………23
شکل2-7: a) ارتباط بين کرنش برشي و لگاريتم زمان در ماسه تويورا در آزمايش سه محوري در تنش هاي انحرافي متفاوت، b) ارتباط بين کرنش برشي و لگاريتم زمان در ماسه تيلينگ در آزمايش سه محوري در تنش هاي انحرافي متفاوت…………………………………………………………………………………………………………………………………………24
شکل2-8: ارتباط ضريب تراکم ثانويه و فشار تحکيمي………………………………………………………………………………….25
شکل2-9: خطوط زماني بجروم………………………………………………………………………………………………………………….26
شکل2-10: نتايج آزمايش CRS و آزمايش تجکيم يک بعدي بر روي رس Jonquiere…………………………………..27
شکل2-11: حالت بيش تحکيمي بدست آمده ناشي از خزش و آزمايش بارگذاري-باربرداري…………………………….27
شکل2-12: ضريب تراکم ثانويه رس هاي معدني مختلف با مايع منفذي متفاوت…………………………………………….28
شکل2-13:ارتباط غيرخطي مشاهده شده در منحني کرنش و لگاريتم زمان ……………………………………………………31
شکل2-14: شکلa، نشان دهنده پارامتر m در منحني. شکلb منحني I، IIو III درمنحني ?.z-logt………………..32
شکل2-15: افزايش کرنش‌هاي حجمي در ماسه کلکاروس و هاستون در فشار هاي متفاوت در آزمايش فشاري ايزوتروپ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..34
شکل2-16: a: نيروهاي عمودي، b: نيروهاي مماسي در مدل خزشي گسسته کاهن………………………………………..35
شکل2-17: منحني دانه بندي خاک ماسه‌‌اي قبل و بعد از آزمايش تحکيم يک بعدي………………………………………36
شکل3-1: مراحل انجام آزمايش‌هاي خزشي………………………………………………………………………………………………..43
شکل3-2: منحني دانه بندي ماسه اوتاوا ……………………………………………………………………………………………………44
شکل3-3: تصوير ژئوتکستايل استفاده شده………………………………………………………………………………………………….47
شکل3-4: منحني توزيع دانه بندي نمونه ماسه رس‌دار………………………………………………………………………………….48
شکل3-5: تصوير شماتيک دستگاه تحکيم…………………………………………………………………………………………………..52
شکل3-6: زهکشي قائم يک طرفه……………………………………………………………………………………………………………..52
شکل3-7: دستگاه تحکيم يک بعدي…………………………………………………………………………………………………………..53
شکل3-8: دستگاه تحکيم يک بعدي…………………………………………………………………………………………………………..53
شکل3-9: جزئيات دستگاه تحکيم………………………………………………………………………………………………………………54
شکل3-10: شکل عمومي نمودار تغييرشکل نمونه در مقابل زمان………………………………………………………………….54
شکل3-11: منحني تغييرشکل-زمان با استفاده از روش لگاريتم زمان……………………………………………………………56
شکل4-1: ارتباط نسبت تخلخل با زمان در آزمايش‌هاي خزشي تک مرحله‌اي در شرايط خشک و اشباع بر نمونه ماسه رس‌دار در تنش هاي 300، 600 و 1200 کيلوپاسکال…………………………………………………………………………..63
شکل4-2: ارتباط نسبت تخلخل با زمان در آزمايش‌هاي خزشي چند مرحله‌اي در شرايط خشک و اشباع بر نمونه ماسه رس‌دار در تنش هاي 50-1200کيلوپاسکال…………………………………………………………………………………………64
شکل4-3: ارتباط نسبت تخلخل با زمان در آزمايش‌هاي خزشي بارگذاري-باربرداري در حالت اشباع بر نمونه ماسه رس‌دار در تنش هاي300، 600 و 1200 کيلوپاسکال…………………………………………………………………………………….64
شکل4-4: ارتباط نسبت تخلخل با زمان در آزمايش‌هاي خزشي بارگذاري-باربرداري و تک مرحله‌اي در حالت اشباع بر نمونه ماسه رس‌دار در تنش 600 کيلوپاسکال……………………………………………………………………………………………65
شکل4-5: ارتباط نسبت تخلخل با زمان در آزمايش‌هاي خزشي بارگذاري-باربرداري و تک مرحله‌اي در حالت اشباع بر نمونه ماسه رس‌دار در تنش 600 کيلوپاسکال……………………………………………………………………………………………65
شکل4-6: ارتباط نسبت تخلخل با زمان در آزمايش‌هاي خزشي بارگذاري-باربرداري و تک مرحله‌اي در حالت اشباع بر نمونه ماسه رس‌دار در تنش 1200 کيلوپاسکال…………………………………………………………………………………………66
شکل4-7: ارتباط ضريب تراکم ثانويه و تنش خزشي در آزمايش‌هاي خزشي چندمرحله‌اي در حالت خشک و اشباع بر نمونه ماسه رس‌دار………………………………………………………………………………………………………..‌.‌……………………..66
شکل4-8: ارتباط ضريب تراکم ثانويه و تنش خزشي در آزمايش‌هاي خزشي تک مرحله‌اي در حالت خشک و اشباع بر نمونه ماسه رس‌دار…………………………………………………………………………………………………………………………………67
شکل4-9: ارتباط بين نسبت تخلخل- لگاريتم تنش موثر در دو حالت خشک و اشباع بر روي نمونه ماسه رس‌دار………………………………………………………………………………………………………………………………………………………67
شکل4-10: ارتباط نسبت تخلخل با زمان در نمونه ماسه رس‌دار اشباع مسلح شده با الياف ژئوتکستايل در درصدهاي وزني1/0-5/0-1% در تنش 1200 کيلوپاسکال در آزمايش تک مرحله‌اي………………………………………..70
شکل4-11: ارتباط نسبت تخلخل با زمان در نمونه ماسه رس‌دار اشباع مسلح شده با الياف ژئوتکستايل در درصدهاي وزني1/0-5/0-1% در تنش 600 کيلوپاسکال در آزمايش تک مرحله‌اي………………………………………….70
شکل4-12: ارتباط نسبت تخلخل با زمان در نمونه ماسه رس‌دار اشباع مسلح شده با الياف ژئوتکستايل در درصدهاي وزني1/0-5/0-1% در تنش 300 کيلوپاسکال در آزمايش تک مرحله‌اي………………………………………….71
شکل4-13: ارتباط نسبت تخلخل با زمان در نمونه ماسه رس‌دار خشک مسلح شده با الياف ژئوتکستايل در درصدهاي وزني1/0-5/0-1% در تنش 1200 کيلوپاسکال در آزمايش تک مرحله‌اي………………………………………..71
شکل4-14‌: ارتباط نسبت تخلخل با زمان در نمونه ماسه رس‌دار خشک مسلح شده با الياف ژئوتکستايل در درصدهاي وزني1/0-5/0-1% در تنش 600 کيلوپاسکال در آزمايش تک مرحله‌اي………………………………………….72 شکل4-15‌: ارتباط نسبت تخلخل با زمان در نمونه ماسه رس‌دار خشک مسلح شده با الياف ژئوتکستايل در درصدهاي وزني1/0-5/0-1% در تنش 300 کيلوپاسکال در آزمايش تک مرحله‌اي …………………………………………72
شکل4-16‌: ارتباط ضريب تراکم ثانويه و تنش خزشي در آزمايش‌هاي خزشي تک مرحله‌اي در حالت خشک بر نمونه ماسه رس‌دار مسلح شده با ژئوتکستايل در درصدهاي وزني1/0-5/0-1% ……………………………………………..73 شکل4-17‌: ارتباط ضريب تراکم ثانويه و تنش خزشي در آزمايش‌هاي خزشي تک مرحله‌اي در حالت اشباع بر نمونه ماسه رس‌دار مسلح شده با ژئوتکستايل در درصدهاي وزني1/0-5/0-1% ………………………………………………………73
فهرست علائم اختصاري

علامت اختصاري مفهوم يا توضيحCvضريب تحکيم اوليهC?ضريب تراکم ثانويهCcضريب تراکم پذيريeتخلخلe0تخلخل اوليهeEOPتخلخل در پايان تحکيم اوليه0?تنش 1 کيلو پاسکالcreep?تنش خزشيt100زمان شروع تغييرشکل‌هاي خزشيz?تغييرشکل قائمk0ضريب فشار خاک در حالت سکون?ضريب اصطکاکOCRنسبت بيش تحکيمي

فصل اول:
کليات پژوهش

1-1- مقدمه
رفتار تراکم پذيري خاک‌ها به نگراني مهمي در مهندسي ژئوتکنيک تبديل شده است. با اجراي ساختمان‌ها، خاکريزها، جاده‌ها و … اغلب نشست‌هاي قابل توجهي ايجاد مي‌شود. اين نشست‌ها را مخصوصاً زماني مي‌توان خيلي مهم تلقي نمود که فونداسيون سازه متشکل از لايه‌هاي عميق رسي باشد. پيش‌بيني رفتار خاک بعد از ماه‌ها و يا سال‌ها با استفاده از دانش امروزي، چالش مهمي در مهندسي ژئوتکنيک مي‌باشد. زماني که خاک تحت بارگذاري ثابتي قرار مي‌گيرد، باگذشت زمان تغييرشکل‌هايي را تجربه مي‌کند که خزش ناميده مي‌شود. تغييرشکل‌هاي وابسته به زمان، به خصوص زماني که تغييرشکل‌هاي دراز‌مدت مطرح مي‌شود، در مهندسي ژئوتکنيک اهميت زيادي دارند. اين تغييرشکل‌ها، شامل نشست سازه بر روي زمين‌هاي تراکم پذير، حرکات شيب‌هاي طبيعي و يا گودبرداري شده، فشرده شدن زمين‌هاي نرم اطراف تونل و… مي‌باشد.
استفاده از مصالح ژئوسنتتيک، از اواسط دهه هفتاد ميلادي در دنيا اوج گرفته است. در بين اين مصالح ژئوتکستايل‌ها و پس از آن ژئوممبرين‌ها بيشترين کاربرد را در بين مصارف گوناگون يافته‌اند. ژئوسنتتيک‌ها از مواد پليمري تشکيل شده‌اند که همراه با مصالح طبيعي مثل خاک و سنگ در سازه‌هاي مهندسي بکار مي‌روند. ژئوتکستايل‌ها عملکرد بسيار خوبي در رابطه با پخش و يکنواخت کردن تنش‌ها يا نيروها در يک سطح بيشتري داشته و به نحو مطلوبي مانع گسيختگي‌هاي نقطه‌اي و موضعي مي‌شود. مصالح بنايي و خاکريزها تنش‌هاي فشاري را به نحو مطلوبي مي‌توانند تحمل کنند در حاليکه درکشش ضعيف هستند. در حقيقت عملکرد الياف در عمق معيني از خاک را مي‌توان مشابه رفتار ميلگردهاي فولادي در بتن دانست. يک خصوصيات ديگر ژئوتکستايل‌ها، خاصيت ارتجاعي آن‌هاست و اين امر موجب مي شود که خاکي که با الياف تقويت شده و تحت اثر بار خارجي دچار نشست شده است، بعد از حذف بار به حالت اوليه بر مي‌گردد. مطالعات تئوري نشان مي‌دهد که استفاده از الياف ژئوتکستايل در خاک‌ها باعث افزايش مقاومت و ضريب ارتجاعي خاک مي‌شود ( محمد بلوچي، زينب قناد. 1389). با توجه به کاربرد ژئوسنتتيک‌ها، مطالعه تاثيرات آن‌ها بر رفتار خزشي ضروري بنظر مي‌رسد.
1-2- پيشينه تحقيق
خاك به عنوان مصالح ساختماني در مهندسي عمران در طرح‌هاي مهمي به كار گرفته مي‌شود. انسان روي خاك زندگي مي‌كند و انواع مختلف سازه همانند خانه‌ها، راه‌ها، پل‌ها و … را احداث مي‌نمايد. بنابراين مهندسان عمران بايد به خوبي خواص خاك از قبيل مبداء پيدايش، دانه‌بندي، قابليت زهكشي آب، نشست، مقاومت برشي، ظرفيت باربري و غيره را مطالعه نموده و رفتار خاك را در نتيجه فعاليت انسان پيش‌بيني نمايند. تاريخچه فهم رفتار خزشي خاک‌هاي رسي به قرن 19 بر مي‌گردد. از جمله مثال‌هاي کلاسيکي مي‌توان به نشست برج پيزا در ايتاليا اشاره کرد، به‌طوري که بر اثر خزش، برج حدود 5/1 متر نشست کرده و به يک سمت کج شده است و هم‌اکنون نيز برج مستعد نشست کردن مي‌باشد. انحراف برج حدود 5/5 درجه مي‌باشد. شرايط ژئولوژيکي سازه و نشست متغير با زمان در شکل‌1-1 آورده شده است.
شکل‌1-1‌: تغييرشکل خزشي-برج پيزا- ايتاليا
زماني که خاک اشباع تحت بارگذاري ثابتي قرار مي‌گيرد، با زايل شدن فشار آب حفره‌اي تنش‌هاي موثر با گذشت زمان افزايش مي‌يابند، به عبارتي تحکيم اوليه اتفاق مي‌افتد. مقدار قابل توجهي از نشست‌ها طي تحکيم اوليه اتفاق مي‌افتد و نسبت تحکيم اوليه را مي‌توان با استفاده از ضريب تحکيم Cv بيان نمود. بعد از زايل شدن کامل فشار آب حفره‌اي اگر بارگذاري برروي خاک حفظ شود، يک سري تغييرشکل‌هاي با گذشت زمان اتفاق مي‌افتد که تراکم ثانويه يا خزش ناميده مي‌شود. نسبت تراکم ثانويه را مي‌توان با ضريب C? بيان نمود. بنابراين محاسبه و پيش بيني اين نشست‌هاي دراز مدت اهميت زيادي دارد.
يک سري تحقيقاتي در زمينه ضريب تراکم ثانويه حدود يک دهه بعد از تئوري ترزاقي1 (1925) به عمل آمد که بيانگر تراکم خاک‌هاي رسي در اثر زايل شدن فشار آب منفذي بود. مطالعات آزمايشگاهي انجام شده توسط تيلور2 (1942) و بيوسمن3 (1936) به طور واضح، تاثير زمان بر تراکم پذيري رس را بيان مي‌نمود. بيوسمن (1936) رابطه نشست-لگاريتم زمان را تحت تنش ثابت براي خاک‌هاي رسي به صورت خطي بيان نمود. تيلور (1942) براي اولين بار مدل وابسته به زمان را به منظور شرح رفتار خزشي خاک‌هاي رسي که در آن تحکيم اوليه و تراکم ثانويه به عنوان دو فرايند مجزا در نظر گرفته مي‌شود را ارائه نمود. بجروم4 (1967) به منظور شرح رفتار خزشي و فشار بيش تحکيمي ناشي از تاثيرات خزش، مدلي را که در آن تحکيم اوليه و تراکم ثانويه به صورت کوپل عمل مي‌کنند، ارائه داد. اگرچه تحکيم اوليه و تراکم ثانويه از آغاز بارگذاري به صورت کوپل عمل مي‌کنند، اما تراکم ثانويه در پايان تحکيم اوليه اتفاق مي‌افتد. چون سرعت خزش پايين‌تر از تحکيم اوليه مي‌باشد بنابراين تغييرشکل‌هاي خزشي را طي تحکيم اوليه نمي‌توان لحاظ نمود. زماني که تحکيم اوليه زمان زيادي طول بکشد (به عنوان مثال براي لايه‌هاي ضخيم رسي) مي‌توان تاثير همزمان خزش و تحکيم اوليه را در نظر گرفت. بررسي‌هاي آزمايشگاهي انجام شده بر لايه‌هاي نازک رسي نشان مي‌دهد که تحکيم اوليه در مدت زمان کوتاهي اتفاق مي‌افتد، بنابراين خزش در مرحله تحکيم اوليه را مي‌توان ناديده گرفت. ژانگ و همکاران5 (2006)، مجيا و همکاران6 (1988) با انجام آزمايش‌هاي خزشي تحکيم يک بعدي بر روي نمونه‌هاي ماسه‌اي در تنش‌هاي پايين به اين نتيجه رسيدند که مقادير تغييرشکل هاي خزشي در ماسه با افزايش سطوح تنش، افزايش مي‌يابد.
مطالعات صورت گرفته در زمينه تغييرشکل‌هاي خزشي نشان مي‌دهد، 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 (سواجان وارادارجان7. 2011). اگرچه تأثير اين پارامترها بطور کامل مشخص نشده است، بنابراين در اين مطالعه با استفاده از نتايج آزمايشگاهي تأثير مسلح شدن خاک با الياف ژئوتکستايل بر تغييرشکل‌هاي خزشي، تاثير سطوح تنش، تاريخچه تنش و فشار آب حفره‌اي مورد مطالعه قرار گرفته و مکانيسم خزشي با در نظر گرفتن لغزش‌، برخورد و تغييرشکل ذرات شرح داده شده است.
1-3- اهداف
هدف کلي از اين پژوهش، مطالعه آزمايشگاهي تغييرشکل‌هاي دراز مدت خاک ماسه‌اي رس‌دار در حالت مسلح نشده و مسلح شده با الياف ژئوتکستايل مي‌باشد. اهداف خاص مطالعه عبارتند از:
1) بررسي تاثير سطوح تنش و مايع منفذي بررفتار خزشي خاک ماسه‌اي رس‌دار.
2) بررسي تاثير مسلح کردن خاک با الياف ژئوتکستايل بررفتار خزشي خاک ماسه‌اي رس‌دار.
3) بررسي تاثير تاريخچه تنش به منظور ايجاد شرايط مناسب جهت سرعت بخشيدن به آزمايش خزشي.
دانه بندي خاک مورد استفاده در اين تحقيق شامل ماسه اوتاوا و رس مي‌باشد که ماسه اوتاوا، رد شده از الک 30 و مانده روي الک 50 مي‌باشد. رس مورد استفاده نيز رس کوزه گري همدان مي‌باشد. دليل استفاده از خاک رس اين است، چون ماسه نيازمند تنش‌هاي بالا جهت رخ‌دادن تغييرشکل‌هاي خزشي مي‌باشند، با توجه به ظرفيت محدود دستگاه تحکيم دانشگاه محقق اردبيلي ( ظرفيت دستگاه 1280 کيلوپاسکال)، حداکثر مقداري که رس مي‌توانستيم اضافه کنيم تا دانه بندي نمونه مورد استفاده در محدوده ماسه رس‌دار باشد، حدودا 60% حجمي بود. الياف ژئوتکستايل مورد استفاده، ساخته شده از الياف پليمري با وزن واحد gr/m 300 مي‌باشد. از مزيت‌هاي شاخص ژئوتكستايل‌ها سهولت و سرعت كاربرد، دوام بالا در مقابل عوامل طبيعي، توانايي نگهداري ذرات خاك در جاي خود و مقاومت الكتريكي بالاي آن‌ها مي‌باشد.

1-4- ترتيب پايان نامه
فصل اول، اهداف کلي پژوهش و به صورت جزئي به پيشينه تحقيقاتي اشاره مي‌کند. فصل دوم، پيشينه تحقيق شامل مطالعات و تحقيقات صورت گرفته در زمينه خزش و تغييرشکل‌هاي خاک مي‌باشد. فصل سوم به بيان تحقيقات انجام شده در آزمايشگاه مي‌پردازد. اين بررسي‌ها شامل آزمايش تحکيم يک‌بعدي برروي نمونه ماسه‌ رس‌دار، جزئيات مصالح استفاده شده، دستگاه آزمايش و روند انجام آزمايش‌ها از جمله آزمايش دانه‌بندي، چگالي نسبي دانه‌ها، حدود اتربرگ و تحکيم مي‌باشد. درفصل چهارم نتايج و يافته‌هاي پژوهش بدست آمده از اين بررسي آورده شده و در نهايت فصل پنجم نتيجه گيري کلي از آزمايش‌ها را بيان مي‌کند.

فصل دوم:
پيشينه تحقيق

2-1- مقدمه
خاک‌ها با ويژگي‌هاي متفاوت، رفتارهاي مختلفي با گذشت زمان از خود نشان مي‌دهند. معمولاً فرايندهاي فيزيکي، شيميايي و مکانيکي وابسته به زمان مي‌تواند منجر به رفتار ترد و يا نرم شوندگي، کاهش يا افزايش مقاومت و يا تغيير در يک سري از ويژگي‌هاي خاک شود. علاوه بر اين تغييرات در ساختار خاک با گذشت زمان مي‌تواند بر پايداري خاک تاثير بگذارد. پيش بيني رفتار دراز مدت خاک با استفاده از دانش امروزي چالش مهمي در مهندسي ژئوتکنيک مي‌باشد. زماني که خاک تحت بارگذاري ثابتي قرار مي‌گيرد، تغييرشکل‌هايي را باگذشت زمان تجربه مي‌کند که خزش ناميده مي‌شود. تغييرشکل‌هاي وابسته به زمان، به خصوص زماني که تغييرشکل‌هاي دراز مدت مطرح مي‌شود در مهندسي ژئوتکنيک اهميت زيادي دارند. اين تغييرشکل‌ها، شامل نشست سازه بر روي زمين‌هاي تراکم پذير، حرکات شيب‌هاي طبيعي و يا گودبرداري شده، فشرده شدن زمين‌هاي نرم اطراف تونل و … مي‌باشد.
اکثر مطالعات انجام شده در زمينه تغييرشکل‌هاي خزشي در آزمايش‌هاي تحکيم يک بعدي و سه محوري، بر روي خاک‌هاي رسي انجام شده و رفتار خزشي خاک‌هاي ماسه‌اي، بخصوص تاثير مسلح کردن خاک با الياف ژئوتکستايل کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است. در اين تحقيق يک سري مطالعات آزمايشگاهي جهت بررسي رفتار خزشي خاک ماسه‌ رس‌دار در حالت مسلح شده باالياف ژئوتکستايل و مسلح نشده انجام شده است.
امروزه استفاده از ژئوسنتتيک‌ها در حوزه‌هاي مهندسي، محيط زيست و حمل و نقل به سرعت در حال رشد و توسعه است. صنعت ساخت ژئوسنتتيک در ارتباط مستقيم با صنعت ساخت پليمر مي‌باشد. ژئوسنتتيک‌ها موادي هستند که همگام با پيشرفت صنعت پتروشيمي، از انواع مختلف پليمرها ساخته مي‌شوند و استفاده از آن‌ها به عنوان مصالحي جديد در طرح‌هاي آب و خاک مورد استقبال قرار گرفته است. به طور کلي ژئوسنتتيک عنواني فراگير براي توصيف صفحات نازک و انعطاف پذيري است که در داخل توده خاک يا در ارتباط با مصالح خاکي با اهداف مختلفي مانند مسلح‌سازي، جداسازي، عايق‌بندي رطوبتي، مهار فرسايش، ايفاي نقش صافي)فيلتر(، زهکشي و غيره مورد استفاده قرار مي‌گيرند. دربسياري از موارد، اين ورقه‌ها ممکن است ترکيبي از وظايف مذکور را به عهده داشته باشند. خواص فيزيکي و مکانيکي ژئوسنتتيک‌ها همچون استحکام، نفوذناپذيري، مقاومت در برابر فرسايش و از همه مهم‌تر مقاومت کششي فوق العاده بالاي آن‌ها نسبت به وزنشان باعث به وجود آمدن گستره‌ي وسيعي از کاربرد اين مواد در طرح‌هاي عمراني شده است. از اين مصالح در زمينه‌هاي مختلف از قبيل بهبود وضعيت خاك، اصلاح موارد زيست محيطي، هيدروليك و سازه‌هاي هيدروليكي و حمل و نقل استفاده مي‌شود. بررسي‌ها نشان مي‌دهد که مطالعات کمي در زمينه رفتار وابسته به زمان خاک‌هاي مسلح شده با ژئوسنتتيک‌ها وجود دارد. از طرفي رفتار تراکم‌پذيري خاک‌ها به نگراني مهمي در مهندسي ژئوتکنيک تبديل شده است. با اجراي ساختمان‌ها، خاکريزها، جاده‌ها و … اغلب نشست‌هاي قابل توجهي ايجاد مي‌شود که مي‌تواند به خسارات جبران ناپذيري منجر شود. بنابراين مطالعه و بررسي تغييرشکل‌هاي دراز مدت ضروري بنظر مي‌رسد. در اين مطالعه، تاثير مسلح شدن خاک با الياف ژئوتکستايل مورد مطالعه قرار گرفته و مکانيسم خزشي با در نظر گرفتن لغزش‌، برخورد و تغييرشکل ذرات، شرح داده شده است.

2-2- تعريف خزش
خاک‌هاي تحت تنش يک سري تغييرشکل‌هايي را به طور پيوسته در طول مدت زمان، تجربه مي‌کنند. خزش در واقع به تغييرشکل‌هاي برشي و يا حجمي وابسته به زمان تحت نيرو يا تنش ثابت اطلاق مي‌شود. معمولاً خزش در يک نرخ ثابت و يا متغير با زمان اتفاق مي‌افتد. در مطالعات آزمايشگاهي خزشي، نمونه تا تنش ثابت مشخصي بارگذاري شده و تغييرشکل‌هاي آن بررسي مي‌شود. ارتباط کرنش متغير با زمان در آزمايش تحکيم يک بعدي در شکل 2-1 آورده شده است. مرحله اول نشان دهنده تغييرشکل‌هاي الاستيک ذرات مي‌باشد. مرحله دوم تحکيم اوليه نام دارد که در آن يک سري تغييرشکل‌ها بر اثر زايل شدن فشار آب حفره‌اي در طول بارگذاري پله‌اي اتفاق مي‌افتد، بطوريکه سرعت تحکيم اوليه از طريق سرعت خروج آب از درون منافذ خاک کنترل مي‌شود. مرحله سوم تحکيم ثانويه يا خزش نام دارد که در آن تغييرشکل‌هاي حجمي تحت يک تنش ثابت اتفاق مي افتد. سرعت تحکيم ثانويه از طريق مقاومت ويسکوز ساختار خاک کنترل مي‌شود. مطابق با شکل2-1، ارتباط کرنش‌هاي خزشي و لگاريتم زمان ممکن است خطي، انحنا رو به بالا و يا رو به پايين باشد.
شکل 2-1: ارتباط کرنش- زمان در آزمايش تحکيم يک بعدي.
2-3- تعريف ژئوسنتتيک‌ها
ژئوسنتتيک‌ها منسوجات و يا ورقه‌هاي ساخته شده از الياف نفتي هستند که خاصيت اصلي آن‌ها فسادناپذير بودن در مقابل عوامل خورنده درون خاک است، لذا کاربردهاي فراواني در مهندسي خاک و بهبود کيفيت خواص گوناگون خاک دارند. استاندارد ASTM به شماره D-4439 ژئوسنتتيک را چنين تعريف مي کند: محصولي صفحه‌اي شکل که از مصالح پليمري ساخته مي‌شود که با خاک، سنگ و ديگر مصالح مرتبط ژئوتکنيکي، در سازه‌ها و پروژه‌هاي ساخته بشر استفاده مي‌شود. يکي از خواص مهم پليمرها، وزن مولکولي متوسط و نيز توزيع مولکولي آن‌هاست. با افزايش وزن مولکولي متوسط خواص زير در پليمرها افزايش مي‌يابد:
– افزايش مقاومت تنيدگي
– افزايش ازدياد طول و کشش‌پذيري
– افزايش مقاومت در برابر ضربه
– افزايش مقاومت در مقابل ترک خوردگي
– کاهش رفتار نرم شوندگي
2-3-1- تاريخچه ژئوسنتتيک‌ها
سابقه تاريخي ساخت وکاربرد مواد ژئوسنتتيک به سال‌هاي 1950 بر مي‌گردد که در آن زمان از ورقه‌هاي تک‌رشته‌اي ژئوتکستايل بافته شده به عنوان فيلتر در کنترل فرسايش در ايالت فلوريداي آمريکا استفاده شد. باب بارت اولين کسي بود که اولين طرح‌هاي کاربرد مواد ژئوسنتتيک را در پروژه‌هاي آب و خاک مطرح ساخت و بدين دليل به نام” پدر ژئوتکستايل‌ها” مشهور گرديده است. هيئت مهندسين ارتش آمريکا (COE) در اواسط دهه 1960، امکان استفاده از ژئوتکستايل‌هاي بافته شده را به عنوان جايگزيني براي فيلترهاي دانه‌اي در سيستم‌هاي کنترل فرسايش و حفاظت شيب‌ها مورد بررسي قرار داد. اين سازمان اولين معيارهاي فني طراحي ژئوتکستايل‌ها را به عنوان فيلتر مطرح و در سال 1975 مجموعه‌اي از استانداردهاي فني را در اين زمينه ارائه کرد. در همين زمان، استفاده از ژئوتکستايل‌ها براي حفاظت سواحل رودخانه‌ها در هلند مطرح گشت، به گونه‌اي که تا سال 1977 تنها براي حفاظت سواحل يک رودخانه در هلند حدود دو ميليون مترمربع ژئوتکستايل مصرف گرديد و در حال حاضر نيز اين تکنيک به عنوان روشي استاندارد و پذيرفته شده در آن کشور مطرح است. در آمريکا نيز از اواخردهه 1970 کاربرد ژئوتکستايل‌هاي تک رشته‌اي بافته شده رو به افزايش گذاشت و هيئت مهندسين ارتش آمريکا استفاده از اين مواد را به عنوان فيلتر براي کنترل فرسايش به صورت استاندارد رواج دادند. به دنبال فعاليت هاي هيئت مهندسين ارتش آمريکا و تبادل اطلاعات با محققين و مهندسين اروپائي، اولين کنفرانس ژئوتکستايل‌ها در سال 1977 برگزار شد و استفاده از ژئوتکستايل‌ها به عنوان فيلتر و زهکش مورد پذيرش بسياري از کارشناسان و مهندسين فعال در زمينه‌هاي مختلف قرار گرفت. کاربرد مواد ژئوسنتتيک در ايران متأسفانه به دليل عدم شناخت دقيق و علمي کارفرمايان و مهندسين و نيز به دليل کمبود و گراني اين مواد هنوز توسعه قابل توجهي نيافته و به صورت محدود اين ماده مورد استفاده قرار گرفته است (باهر طالاري. 1386).
2-4- هدف از بررسي تغييرشکل هاي خزشي
رفتار خزشي خاک، منعکس‌کننده تغييرشکل‌هايي است که با گذشت زمان تحت يک تنش ثابت اتفاق مي‌افتد، بنابراين مطالعه و بررسي تغييرشکل‌هاي دراز مدت ازجمله نشست زمين و حرکات شيب‌ها لازم مي‌باشد. زماني که 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،
مقدارm براي رس‌هاي عادي تحکيم يافته همواره کوچکتر از يک و براي رس‌هاي بيش تحکيم يافته بزرگتر از يک مي‌باشد. البته براي خاک‌هاي رسي که به آرامي بيش تحکيم يافته‌اند، در ابتدا پارامترm بزرگتر از يک ولي بعد از گذشت زمان از اعمال بار کوچکتر از يک مي‌باشد.
لدا و همکاران22 (1997) منحني‌هاي فرضي AوB را به منظور تعيين زمان شروع تغييرشکل خزشي معرفي نمود. مطابق با منحني A ضخامت نمونه تاثيري بر موقعيت منحني تحکيم اوليه در نمودار e – ?´ ندارد (لدا و همکاران. 1997، مسري و چوي.23 1985). منحني A براي آزمايش‌هايي مناسب است که در آن ضخامت نمونه کوچک مي‌باشد. مطابق با منحني B تغييرشکل‌هاي خزشي در تمامي طول مدت تغييرشکل اتفاق مي‌افتد. اين بدين معني مي‌باشد که تغييرشکل‌ها در پايان تحکيم اوليه يکسان نيست (باردن24 (1969)، کرافورد25 (1986)، واهلس26 (1962)). بنابراين زماني که بار اعمال مي‌شود را مي‌توان به عنوان مبدا در نظر داشت. براساس منحني A وB رابطه کرنش متغير با زمان براي نمونه‌هاي مختلف در شکل 2-3 نشان داده شده است.

شکل 2-3: تاثير ضخامت نمونه بر تحکيم اوليه رس هاي عادي تحکيم يافته براساس منحني فرضي A و B
در واقع براي نمونه‌ها با ضخامت پايين رابطه کرنش و زمان تقريباٌ مشابه مي‌باشد. به دليل اينکه تغييرشکل‌هاي خزشي که در طول تحکيم اوليه اتفاق مي‌افتد بسيار پايين و



قیمت: تومان


پاسخ دهید