مقاله درمورد اکسیداسیون

دانلود پایان نامه ارشد

تاکنون روشهای بسیاری دربارهی رابطهی بین تخلخل و تنش بیان شده است. یکی از اولین روابط، رابطهی خطی ترزاقی (در فضای نیمهلگاریتمی) است که همواره جزو پرکاربردترین هاست. مطالعات انجام شده نشان میدهد که این رابطه میتواند حالت خطی نداشته باشد و یا در فضای تماملگاریتمی خطی گردد.

3-4-1- خط حالت بحرانی81 خاک (معادلهی ترزاقی)
مفهوم حالت بحرانی در مدلسازی رفتار خاکها مورد استفاده قرار میگیرد. حالت بحرانی یا ثابت به حالتی اطلاق میشود که در آن خاک در اثر بروز تغییرشکلهای برشی زیاد به شرایطی میرسد که تغییری در تنشها و تغییر حجم خاک به وجود نمیآید و خاک میتواند با سرعت ثابتی به تغییرشکل برشی خود ادامه دهد. خط حالت بحرانی به‌صورت مکان هندسی در فضای نسبت تخلخل در مقابل تنش مؤثر متوسط تعریف میشود. برای خاکهای ریزدانه (رس) با انجام آزمایش تراکم نمودار مانند شکل 3-13 میباشد که به حالت خطی است. در تراکم ایزوتروپیک و یک‌بعدی در فضای نیمهلگاریتمی رابطهی بین نسبت تخلخل و تنش مؤثر همسان، حالت خطی دارد. در این حالت (ترزاقی، 1943):

شکل 3-13: تأثیر نسبت افزایش بار بر روی نمودار نسبت تخلخل – فشار (داس، 2000)

برای خط (حالت عادی تحکیم یافته):
(3-2)
(3-3)
و برای خط CD (حالت پیش تحکیم یافته):
(3-4)
(3-5)
که در این معادله، تخلخل اولیه خاک، Cc شاخص تراکم، تخلخل خاک پیش تحکیم یافته در و اعداد ثابت میباشند.
برای تعیین این رابطه فرضیات ذیل در نظر گرفته شده:
1- در آزمایشها و روابط، شرایط یک‌بعدی و ایزوتروپیک صادق است. در این صورت:

2- دانههای جامد و آب حفرهای تراکمناپذیر است.
3- اثر تغییرشکلهای طولانی‌مدت (خزش) در نظر گرفته نشده است.

3-5- مقاومت برشی خاکها
3-5-1- معرفی
اگر نشست یک فونداسیون به‌طور عمده در اثر تحکیم لایههای خاک نرمی که در بین اقشار نسبتاً غیر قابل تراکم قرار گرفته است باشد، قابل محاسبه و ارزیابی است. بااین‌حال، این روند فقط در شرایطی که تغییرشکل افقی نسبت به تغییرشکل قائم ناچیز باشد معتبر است. به‌عبارت‌دیگر اعمال بار در محل، باعث تغییرشکل تودهی خاک در جهات مختلفی میشود. مشخصات تنش-کرنش که تغییرشکل را تعیین میکنند پیچیدهتر از آن هستند که بتوان آنها را در معادلات ساده و قابل استفادهی عمومی بیان کرد. این مشخصات با آزمایشهای تجربی بر روی نمونههای دستنخوردهی در معرض تنشهای اولیه و تغییرات تنش متعاقب، قابل‌مقایسه با شرایط محلی، بهتر قابل تحقیق میباشد. بسیاری مسائل دیگر در مکانیک خاک کاربردی، نیاز به تحقیقات و مشاهدات مشابه دارند که ازجملهی آنها میتوان به تغییرات فشار خاک در مقابل دیوارهای حائل به دلیل جابجایی دیوارها، مقدار و توزیع بارها در حفاریهای باز و مهاربندی‌شده و تغییرشکل تودهها و فونداسیونهای آنها اشاره کرد.
علاوه بر این، اگر تنشها به مقادیر معین بحرانی برسند، خاک گسیخته خواهد شد. در بعضی موارد تنشهای کششی ممکن است منجر به ترکهایی شوند که اهمیت عملی دارند، اما در بیشتر مسائل مهندسی، تنها مقاومت برشی نیاز به تحکیم دارد؛ و در مواردی مانند پایداری فونداسیونها و سدها، همانند پایداری شیبها و رفتار زمینلغزهها حاکم است. ترکیب مشخصات تنش-تغییرشکل-گسیختگی خاک، در مقایسه با اکثر مواد سازهای، تحت تأثیر فشار منفذی، تشدید میشود. این تأثیر باید در آزمایشهای تجربی مورد استفاده در بررسی رفتار خاک، مورد توجه قرار گیرد.
تمام آزمونهای آزمایشگاهی مورد استفاده برای ارزیابی تنش، کرنش و مقاومت خاکها در دو مرحله انجام میشوند. در مرحلهی اول، یک تنش اولیه، ترجیحاً مشابه شرایط قبل از ساخت موجود در محل، به نمونهی خاک وارد میشود. برای مثال، قبل از یک خاکریزی روی نهشتهی رسی نرم همسطح با زمین، تمام اجزای رس نرم تحت یک تنش مؤثر عمودی ، تنشهای مؤثر افقی و فشار منفذی هیدرواستاتیک قرار میگیرد. برای تعیین مشخصات تنش-کرنش و مشخصات مقاومتی رس نرم قابل استفاده برای ارزیابی پاسخ آن در سازهی خاکریزی، ممکن است یک نمونهی استوانهای دستنخورده در یک دستگاه سهمحوری قرار گرفته و در مرحلهی اول، تحت یک تنش محوری قائم برابر با ، یک تنش افقی شعاعی برابر با و یک فشار منفذی قرار داده شود. در این حالت تنش درجا و فشار آب منفذی قبل از مرحلهی دوم (مرحلهی اصلی) در نمونهی آزمایشگاهی ایجاد میشود. ممکن است فشار آب منفذی در طول مرحلهی اول، برای حفظ درجهی اشباع درجا و برای به حداقل رساندن اکسیداسیون وابسته به کهنگی بیوشیمیایی نمونه، ثابت نگه داشته شود (لیسارد82، 1982). به‌عنوان مثالی دیگر، یک جزء از ماسهی اشباع پایینتر از سطح زمین همیشه تحت یک ، و قبل از تنشهای برشی لرزهای اعمال شده توسط یک زلزله قرار دارد؛ بنابراین، یک نمونهی دستنخورده در دستگاه برش مستقیم ساده، تحت یک تنش محوری قائم برابر با در مرحلهی اول نیز قرار میگیرد. درهرحال، در این دستگاه تنش شعاعی قابل‌کنترل نیست. علاوه بر این، فرض میشود که کاربرد شعاعی در دستگاه برش سادهی مستقیم یک تنش شعاعی مؤثر تقریباً برابر با را توسعه میدهد و نبود تأثیر زیادی در رفتار ماسهی اشباع در طول مرحلهی دوم ندارد.
برای رفع محدودیتهای دستگاه یا سادهسازی روند آزمایش، اغلب یک تنش و فشار منفذی تقریبی ولی نابرابر با شرایط درجا در مرحلهی اول تحمیل میشود. در دستگاه سهمحوری، تنش درجا تقریباً با تنش میانه تقریب میشود و نمونهی خاک تحت یک فشار همه‌جانبه‌ی برابر با قرار میگیرد. در آزمایش برش مستقیم، نمونههای ماسهی یک سد خاکی اغلب تحت یک تنش نرمال قرار میگیرند و تنشهای برشی موجود در خاکریز قبل از لرزش لرزهای صرف‌نظر میشوند. در یک سادهسازی مشابه، در مرحلهی اول آزمایش برش مستقیم، یک نمونه از خاک خشک از ناحیهی برشی در یک دامنهی طبیعی تنها تحت یک تنش قائم قرار میگیرد و تنشهای برشی موجود در شیب نادیده گرفته میشود، حتی قبل از حفاری یا شکست در پای دیوار، تنشهای برشی اضافی تحمیل میشود که منجر به زمینلغزش میشوند.
در طول مرحلهی اول اغلب آزمایشها، زهکشی مجاز است و قرار دادن نمونه در آب یا خارج از آن اختیاری است. چنین آزمایشی تحکیمشده نامیده میشود.
بااین‌حال، این اصطلاحات گاهیاوقات گمراهکننده است. برای مثال، وقتی تنش درجا دوباره روی یک خاک دستنخوردهی ایدهآل اعمال میشود، حتی در حالت زهکشی شده، نمونه نباید تغییر حجم دهد. بااین‌وجود، مقداری تحکیم ممکن است در طول مرحلهی اول چنین آزمایشی اتفاق بیفتد؛ این امر بازتاب تأثیرات ناخواستهی دستخوردگی نمونه یا عدم مطابقت مقادیر و اعمالی با شرایط واقعی درجا و یا هر دو آنها میباشد؛ بنابراین، در این استفادهی بخصوص، شرایط تحکیمشده اشاره به بازگشت حالت تحکیم خاک موجود در محل قبل از نمونهگیری دارد نه به تغییرات حجم ناخواسته که ممکن است در طول مرحلهی اول آزمایش اتفاق بیفتد.
در بعضی از آزمایشها، زهکشی در مرحلهی اول انجام نمیشود و تست تحکیم نشده نامیده میشود. این اصطلاح هم گمراهکننده است، زیرا تمام نمونههای خاک، چه دستنخورده و چه دوباره ساختهشده، برای رسیدن به ثبات، قبل از آنکه در دستگاه برش قرار بگیرند، تحکیم را به‌نوعی تجربه کردهاند؛ بنابراین، اصطلاح تحکیمنشده فقط به شرایط زهکشی در طول مرحلهی اول آزمایش اشاره دارد نه به شرایط واقعی تحکیم نمونهی خاک (ترزاقی، 1967).
برای تحلیل برخی مشکلات عملی، مشخصات تنش-کرنش و مقاومت خاک در تنشهای تحکیمی متفاوت از تنشهای موجود در شرایط درجا قبل از ساخت، مورد نیاز است. به‌عنوان‌مثال، زمانی که یک خاکریز در مراحلی روی یک تودهی خاک نرم ساخته میشود، تحلیل تغییرشکل و پایداری مرحلهی دوم به اطلاعاتی دربارهی مشخصات تنش-کرنش و مقاومت خاک، بعد از تحکیم تحت مرحلهی اول، نیاز دارد. برای ارزیابی رفتار یک سد خاکی، مشخصات تنش-کرنش و مقاومت هر لایهی متراکم شده، بعدازاینکه لایه تحت نیروهای سربار ثانویه قرار گرفت، مورد نیاز است. اطلاعات مقاومت برشی ممکن است یا در شرایط تنشهای مؤثر قبل از برش (تنشهای تحکیم) و یا در شرایط تنشهای مؤثر در یک شرایط گسیختگی مورد نیاز باشد. برای به دست آوردن این اطلاعات، چندین نمونهی خاک در مرحلهی اول تحت فشارهای تحکیمی مختلف قرار میگیرد. محدودهی فشارهای تحکیمی یا تنش مؤثر در گسیختگی باید تا حد ممکن به شرایط آنها در واقعیت نزدیک باشد. بعد از هر افزایش فشار، تحکیم اولیه و حداقل نیمی از تحکیم ثانویه باید انجام شود. مقادیر بالای تراکم در خاکهای نرم، سیلت و ماسههای ضعیف باید صرف‌نظر شود، بخصوص زمانی که روابط بین فشار تحکیمی و مدول زهکشینشدهی کرنش کوچک مدنظر باشد، زیرا تحکیم ثانویه تأثیر افزایش فشار تحکیمی را دارد. این افزایش میتواند توسط رابطهی تجربی 3-6 بیان شود (مصری و چوی، 1979):
(3-6)
که در آن: فشار تحکیمی است که مدول زهکشینشده و مقاومت زهکشینشدهای که در مرحلهی دوم اندازهگیری میشود را تعیین میکند، فشار تحکیمی وارد بر نمونه، مدت‌زمان تحکیم اولیه، کل مدت‌زمان اعمال افزایش فشار و نیز نسبت شاخص تحکیم ثانویه به شاخص فشردگی است.
امکان اینکه مرحلهی اول را در اغلب آزمایشهای درجا، برای تعیین مشخصات تنش- کرنش و مقاومتی خاکها انجام دهیم، وجود ندارد. وضعیت تنش مؤثر اولیه برقرار شده است و جایگزین کردن وضعیت تنش تحکیمی در صحرا مشکل است. تغییرات حجم و فشار حفرهای که ممکن است مقدم بر مرحلهی اصلی آزمایشهای درجا باشد، پیامدهای نامطلوب دستخوردگی خاک، هنگام قرار دادن قاشقک، فشارسنج یا دیگر وسایل میباشد.
مرحلهی دوم فرایند آزمایش، روند طبیعی یا مربوط به ساختاری است که خاک را در معرض تغییر تنشهای برشی قرار میدهد. حالتهای مختلف برش که ممکن است در شرایط صحرایی با آن روبرو شویم، با استفاده از انواع مختلف دستگاهها و روشهای اعمال تنش برشی تقریب زده میشود. هر دو حالت افزایش یا کاهش تنش تحمیل‌شده به نمونه و اندازهگیری تغییرشکلها، یا تغییرشکل تحمیلی به نمونه (غالباً با یک آهنگ ثابت) و اندازهگیری تغییرات تنش در نمونه، استفاده میشود. آزمایش نوع اول که تحت کنترل تنش انجام میشود، واقعگرایانهتر است، اما نوع دوم که تحت کنترل کرنش انجام میشود، راحتتر است.
همهی خاکها وقتی‌که در معرض تغییر تنش برشی قرار میگیرند، تمایل به تغییر حجم دارند. اگر در طول مرحلهی دوم، نمونهی خاک قادر به تغییر حجم در خلال فرایند برشی باشد، زهکشیشده نامیده میشود. مرحلهی زهکشیشدهی دوم باید بعد از مرحلهی تحکیم شده اول باشد. به‌عبارت‌دیگر، اگر از تغییر حجم در طول مرحلهی دوم جلوگیری شود، آزمایش، زهکشینشده نامیده میشود. مرحلهی زهکشیشدهی دوم میتواند بعد از مرحلهی تحکیمشده یا نشدهی اول باشد. وقتی‌که از زهکشی ممانعت شود، تمایل به تغییر حجم منجر به فشارهای حفرهای ناشی از برش میشود.
آزمایش کاملاً زهکشیشده، آزمایشی است که در آن هیچ‌گونه فشار حفرهای ناشی از برش در نمونه ایجاد نشود. این وضعیت وقتی به دست میآید که آهنگ تنشهای اعمالی به حدی باشد که فرصت تغییرحجمهای ناشی از برش به نمونه داده شود. به این صورت که تنشهای برشی به حد کافی آرام باشد تا آب قادر به جریان در داخل یا بیرون از نمونه در واکنش به گرایشهای تورمی یا انقباضی باشد. فشار آب حفرهای به‌ندرت در آزمایشهای زهکشیشده اندازهگیری میشود؛ با انتخاب یک آهنگ برشی مناسب، به‌طوری‌که فشارهای آب حفرهای در داخل نمونه ایجاد نشود، از برقراری شرط زهکشی اطمینان حاصل

پایان نامه
Previous Entries مقاله درمورد عوامل محیطی Next Entries مقاله درمورد نفوذپذیری، هیدرولیک، دینامیکی