مقاله درمورد عوامل محیطی

دانلود پایان نامه ارشد

پاسکال)، طیف گستردهای از نسبتهای تخلخل را در برمی‌گیرد. تغییرات مکانیکی و شیمیایی در روند تغییر چگالی تأثیر بسزایی دارد. به‌طورکلی، رابطهی بین تخلخل و تنش مؤثر وابسته اندازهی دانهها و حالت انعطافپذیر (پلاستیسته) میباشد (لامبه و ویتمن59، 1969).

شکل 3-1: منحنی تراکم برای چند خاک (لامبه و ویتمن، 1969)

اندازه و شکل دانهها علاوه بر تأثیر در مقدار سطح مخصوص، جزء عوامل مؤثر در تخلخل در هر تنش مؤثر و اثرات عوامل وابسته به خواص فيزيکى، شيميايى و مکانیکی در تحکیم و تورم میباشند (مید60، 1964). مقدار شاخص فشردگی () که در شکل 3-2 نشان داده شده است، مقداری بین 2/0 تا 17 دارد. مقدار 17 برای مونت موریلونیت سدیمی در فشارهای پایین میباشد. درصورتی‌که مقدار شاخص فشردگی برای اکثر خاکها کمتر از 2 میباشد. شاخص تورم همواره کمتر از شاخص تراکم میباشد (میشل و سوگا61، 2005).

شکل 3-2: رابطهی ایدهآل نسبت تخلخل- تنش مؤثر برای یک خاک تراکم پذیر (مصری، 1967)

بعد از باربرداری و بارگذاری مجدد، مقداری از کرنش حجمی، غیرقابل‌برگشت خواهد بود. در این حالت شاخص تورم و باربرداری باهم برابر هستند.
میزان رشد بارگذاری و زمان، در تعادل بین تخلخل و تنش مؤثر، مخصوصاً برای رسهای حساس اثر بسزایی دارد (شکل 3-3). این اثر باعث افزایش فشار پیشتحکیمی و تغییرشکل خاک میگردد (لرویل و همکاران62، 1990). مقدار بالای پیشتحکیمی نیز باعث افزایش نرخ بارگذاری میگردد. درواقع این اثرات توأم و دوطرفه است.

شکل 3-3: منحنیهای تراکم مربوط به زمانهای متفاوت بعد از اتمام تحکیم اولیه (مصری، 1967)

3-3- عوامل مؤثر در تغییر حجم خاک
عوامل محیطی و پیرامونی در تغییرات حجم خاک بسیار مؤثر است. با شناخت این عوامل میتوان رفتار تغییر حجم خاک را به شکل کیفی پیشبینی کرد. البته به شرطی که نمونههای مورد آزمایش، دستنخورده باشد (میشل و سوگا، 2005).

3-3-1- عکسالعمل فیزیکی بین ذرات
عکسالعملها شامل: خمش63، لغزش64، غلطش65 و خردگی66 میباشد. این عکسالعملها از عکسالعملهای فیزیکوشیمیایی67 در فشارهای بالا و تخلخل پایین، مهمتر میباشد. در خاکهای با ذرات پهن موضوع خمش اهمیت پیدا میکند (میشل و سوگا، 2005).
3-3-2- عکس‌العمل فیزیکیوشیمیایی بین ذرات
این عکس‌العملها مربوط به نیروهای سطح ذرات که خود شامل دو لایهی سطحی68 و جذبی یونهای آب و نیروهای جاذبه و دافعهی درون‌ذره‌ای میباشند. عوامل فیزیکوشیمیایی در طبقهبندی خاکهای خوب دانهبندی شده در زمانی که تحت فشار پایین و تخلخل بالا قرار دارند، بسیار مهم میباشد (میشل و سوگا، 2005).

3-3-3- محیط شیمیایی و دارای مواد آلی
این محیطها تأثیر مستقیم بر روی سطوح نیرو و خواص لایهی جذبی آب پیرامونی ذرات خاک دارد. خواص خمیری و تراکمپذیری را افزایش میدهد. افزایش اکسید آهن در سنگها و خاکها باعث اکسیده شدن و در معرض قرار گرفتن سنگها و خاکها در برابر هوا، آب و درنهایت تخریب ساختار خاک و سنگ میگردد. تغییرات دما سبب تغییر در سطح و حالت آب و در صورت وجود نمک در نحوهی تغییرات حجم خاک دارد (میشل و سوگا، 2005).

3-3-4- خواص معدنی
یک تغییر کوچک در خواص معدنی باعث اثر زیادی روی رفتار خاک میشود. برای مثال، تغییر ناچیز در خواص رس فعال، تغییر بسزایی روی تورم آن دارد (میشل و سوگا، 2005).

3-3-5- بافت و ساختار
تراکم در خاکهای دارای ساختار لانه‌زنبوری69 (مجوف) و فلوکولیت با سرعت بیشتری نسبت به خاک دارای ساختار پراکنده انجام میگردد (شکل 3-4). در فشارهای پایینتر از فشار پیشتحکیمی، خاکهای دارای ساختار فلوکولیت نسبت به خاکهای دارای ساختار پراکنده، تراکمپذیری کمتری دارد. البته تراکمپذیری در فشار بالاتر از فشار پیشتحکیمی برعکس است (سید و همکاران70، 1962).

شکل 3-4: اثر بافت و غلظت الکترولیت بر تورم رس متراکم (سید و همکاران، 1962)

3-3-6- تاریخچهی تنش
در ابتدای فرآیند تحکیم، خاکهای پیشتحکیم یافته71 تراکمپذیری کمتر و تخلخل بیشتری نسبت به خاکهای عادی تحکیم72 یافته دارند (شکل 3-5).

شکل 3-5: مقایسهی پارامترهای تراکم‌پذیری و تورمی خاک عادی تحکیم یافته و پیش تحکیم یافته (داس، 2000)

قسمت فوقانی نمودار نسبت تخلخل در مقابل در شکل 3-6، یک منحنی با شیب ملایم است که با یک قسمت تقریباً خطی و شیب تند دنبال میشود. این موضوع را این‌طور میتوان توجیه نمود:

شکل 3-6: نسبت تخلخل در مقابل فشار (داس، 2005)
ازنقطه‌نظر تاریخچهی زمینشناسی، نمونهی به‌دست‌آمده از عمق، تحت تأثیر فشار سربار مؤثری قرار داشته و تحت آن تحکیم یافته است. حداکثر فشار سربار مؤثر ممکن است مساوی و یا بزرگتر از فشار سربار موجود در هنگام نمونهگیری باشد. کاهش سربار ممکن است دارای فرآیند طبیعی (مثل فرسایش) و یا فرآیند انسانی باشد. درهرصورت پس از نمونهگیری، نمونه از فشار سربار موجود نیز آزاد شده و درنتیجه مقداری منبسط میشود. وقتی‌که این نمونه تحت آزمایش تحکیم قرار گیرد تا جایی که فشار وارده مساوی فشار سربار مؤثر صحرایی در گذشته باشد، مقدار فشردگی (و یا تغییر در نسبت تخلخل) کوچک خواهد بود و درواقع فقط انبساط ایجاد شده به علت آزاد شدن فشار سربار در هنگام نمونهگیری جبران میشود. وقتی‌که فشار کل مؤثر بر نمونه در هنگام آزمایش بزرگتر از فشار سربار مؤثر در گذشته باشد، تغییرات تخلخل بزرگتر شده و نمودار در مقابل ، خطی با شیب تندتر خواهد شد (داس، 2005).
موضوع فوق را میتوان در آزمایشگاه با انجام باربرداری در فشاری بزرگتر از فشار سربار مؤثر، اثبات کرد. نمودار تخلخل- لگاریتم فشار برای چنین تحقیقی مشابه شکل 3-7 خواهد شد که در آن شاخهی نشان‌دهنده‌ی باربرداری و شاخهی نشان‌دهنده‌ی فرآیند بارگذاری مجدد است.
بر پایهی مطالب ارائه شده، ازنقطه‌نظر تاریخچهی سربار مؤثر، رسها به دو گروه طبقهبندی میشوند:

شکل 3-7: تأثیر بارگذاری و باربرداری و بارگذاری مجدد در نمودار تخلخل در مقابل لگاریتم فشار (داس، 2000)
1- رسهای عادی تحکیم یافته که برای آنها فشار سربار موجود، حداکثر فشار سربار مؤثری است که نمونه تاکنون تحت تأثیر آن بوده است.
2- رسهای پیشتحکیم یافته که فشار سربار موجود بر روی آنها، کمتر از فشار سربار حداکثری است که در گذشته، نمونه آن را تجربه کرده است. حداکثر فشار سربار مؤثر در گذشته، فشار پیش تحکیم نامیده میشود.
کاساگرانده73 (1936) یک روش ترسیمی ساده برای تعیین فشار پیش تحکیم در روی نمودار آزمایشگاهی در مقابل ارائه داده که با توجه به شکل 3-8، مطابق زیر است:
1- با بررسی چشمی، در روی نمودار در مقابل، نقطهای مثل a تعیین نمایید که دارای حداقل شعاع انحنا باشد.
2- خط افقی را رسم کنید.
3- مماس را در نقطه بر منحنی رسم کنید.
4- خط یعنی نیمساز زاویهی را رسم کنید.
5- قسمت خطی نمودار در مقابل را به سمت عقب ادامه دهید تارا در قطع کند. طول نقطه فشار پیش تحکیم است.
نسبت پیش تحکیم () برای یک خاک به‌صورت زیر تعریف میشود:
(3-1)
که در آن:
= فشار پیش تحکیم در روی نمونه
= فشار سربار موجود در روی نمونه

شکل 3-8: روش ترسیمی برای تعیین فشار پیش تحکیمی (داس، 2000)

3-3-7- دما
در خاکهای زهکشیشده، افزایش دما سبب کاهش در حجم میگردد، ولی اگر از زهکشی جلوگیری شود، افزایش دما سبب کاهش تنش مؤثر میگردد (میشل و سوگا، 2005).

3-3-8- تغییرات شیمیایی آب حفره‌ای
هر تغییری در محلول شیمیایی آب حفرهای باعث کاهش نیروی آب جذبی با سطح ذرات و درنهایت در تورم و نیروهای ناشی از آن کاهش مییابد (شکل 3-4). این کار با شدت الکترولیت در آب جذبی رس متراکم باعث تغییر تورم میگردد. در رسهای غیرمتراکم، تغییرات محلول شیمیایی آب حفرهای به نسبت، اثر کمتری بر روی رفتار تراکمی دارد (کازی و موم74، 1973; ترانس75، 1974).

3-3-9- دستخوردگی
دستخوردگی نمونه در روی نمودار تخلخل- فشار تأثیر میگذارد. برای یک خاک رس عادی تحکیمیافته با حساسیت کم تا متوسط (شکل 3-9) تحت فشار سربار مؤثر با نسبت تخلخل ، تغییرات نسبت تخلخل با افزایش فشار در صحرا تقریباً به‌صورت منحنی 1 خواهد بود که منحنی تحکیم بکر نامیده میشود و تقریباً در روی مقیاس نیمهلگاریتمی، به‌صورت خط مستقیم است.

شکل 3-9: خصوصیات رس عادی تحکیم یافته با حساسیت کم تا متوسط (داس، 2000)

لیکن منحنی تحکیم آزمایشگاهی برای یک نمونهی نسبتاً دستنخورده از همان خاک، مطابق منحنی 2 خواهد بود که در سمت چپ منحنی 1 قرار دارد. اگر نمونه کاملاً به هم خورده و آزمایش تحکیم روی آن انجام شود، منحنی تحکیم مطابق منحنی شمارهی 3 خواهد بود. منحنیهای 1، 2 و 3 یکدیگر را تقریباً در نسبت تخلخل قطع میکنند (ترزاقی و پک76 1967).
برای یک خاک رسی پیش تحکیم یافته با حساسیت کم تا متوسط که تحت فشار پیش تحکیم قرار داشته است (شکل 2-9) و فشار سربار موجود و نسبت تخلخل نظیر به ترتیب مساوی و میباشد، منحنی تحکیم صحرایی تقریباً دارای مسیر خواهد بود. توجه شود که قسمتی از منحنی تحکیم بکر است. نتیجه آزمایش تحکیم بر روی نمونهای با دستخوردگی متوسط مطابق منحنی 2 خواهد بود. اشمرتمن77 (1953) چنین نتیجهگیری کرد که شیب خط که مسیر تحکیم مجدد صحرایی است، تقریباً مشابه شیب منحنی باربرداری است.
رسهای حساس دارای ساختاری فولکوله بوده و در صحرا، معمولاً مقداری پیش تحکیم یافته هستند. مشخصهی تحکیم برای چنین خاکهایی در شکل 3-10 نشان داده شده است.

شکل 3-10: خصوصیات تحکیم رس پیش تحکیم یافته با حساسیت کم تا متوسط (داس،2000)

3-3-10- تأثیر دوام بار
در آزمایش تحکیم مرسوم، هر بارگذاری روی نمونه به مدت 24 ساعت حفظ میشود. بعدازآن بار روی نمونه دو برابر میشود. این سؤال پیش میآید که چه تغییری در روی نمودار در مقابل پیش میآید، اگر (الف) زمان حفظ بار روی نمونه غیر از 24 ساعت باشد، (ب) با ثابت بودن تمام عوامل، نسبت افزایش بار غیر از 1 انتخاب شود (= افزایش بار بر واحد سطح نمونه، = بار موجود در روی نمونه بر واحد سطح).
کرافورد78 (1964) آزمایشهای متعددی روی خاک رس لدا79 انجام داد که در آنها میزان بار در دو مرحلهی پیدرپی دو برابر میشد ()، لیکن مدت حفظ بار در روی نمونهها متغیر بود. در شکل 3-11 نمودارهای در مقابل حاصل از این آزمایشها نشان داده شده است.

شکل 3-11: تأثیر دوام بار در روی نمودار نسبت تخلخل- فشار (داس، 2000)

از این منحنیها مشاهده میشود که با افزایش زمان حفظ بار در روی نمونه، نمودار در مقابل به‌تدریج به سمت چپ حرکت میکند. بدین معنی که برای هر شدت بار وارد بر روی نمونه ()، نسبت تخلخل در انتهای تحکیم، با افزایش ، کاهش مییابد. برای مثال در شکل 3-11، در ، برای 24 ساعت و برای 7 روز است که در آن میباشد.
علت چنین تغییراتی در روی منحنی در مقابل این است که با افزایش زمان ، مقدار تحکیم ثانویهی نمونه افزایش مییابد که این موضوع باعث کاهش نسبت تخلخل میشود. توجه شود که در منحنیهای شکل 3-11، مقادیر نسبتاً مختلفی برای فشار پیش تحکیم به دست میآید. با کاهش زمان ، مقدار افزایش مییابد.

3-3-11- نسبت افزایش بار
نسبت افزایش بار نیز در روی منحنی در مقابل تأثیر میگذارد. این موضوع توسط لئونارد و اتشافل80 دقیقاً مورد بحث قرار گرفته است (1964). شکل 3-12 تغییرات منحنی در مقابل را برای مقادیر مختلف نشان میدهد. با افزایش تدریجی ، منحنیهای در مقابل به‌تدریج به سمت چپ حرکت میکنند.

شکل 3 – 12: تأثیر نسبت افزایش بار بر روی نمودار نسبت تخلخل- فشار
3-4- بررسی روابط تنش-کرنش

پایان نامه
Previous Entries مقاله درمورد مدل ساختاری، قانون حاکم، دینامیکی Next Entries مقاله درمورد اکسیداسیون