مقاله درمورد مدل ساختاری، قانون حاکم، دینامیکی

دانلود پایان نامه ارشد

برای تعیین مشخصات خزش برشی خاکهای متورم شونده، تحت شرایط چگالی و درصد رطوبت مختلف، کافی است تنها یک گروه از منحنیها در هر یک از این حالتها به‌طور تجربی تعیین گردد. علاوه بر این، نیاز است تا با آزمایش، تغییرپذیری مقاومت برشی وابسته به عوامل مختلف مدنظر (فشار تحکیمی، نحوهی آزمایش، شرایط خیساندن و غیره) تعیین گردد. درنتیجه، تأثیر تغییرپذیری شرایط خاک بر مشخصات خزش برشی آن، از طریق تغییرپذیری شاخصهای مقاومتی آن محاسبه میگردد.
مسچیان (1996) سادهترین مدلها و روشهای سادهشده برای تعیین خزش برشی غیرخطی خاکهای رسی را ارزیابی نموده است. نمودار دراکر-پراگر یک جسم الاستوپلاستیک (دراکر45 و پراگر46، 1952) برای توصیف تبعیت و وابستگی تنش برشی () به کرنش برشی یک خاک رسی () با امکان تغییرپذیری شرایط چگالی-رطوبت، تحت تنشهای قائم مورد استفاده قرار میگیرد. در این نمودار تأثیر بر وابستگی برحسب تغییر تنش برشی نهایی (نقطهی تسلیم) بیان میشود درحالیکه در نمودار یالو (یالو47 و شابان48، 1994)، برحسب تغییر مدول الاستیسیته (تغییرشکل خطی) و نیز کمیت بیان میشود.

خاکهای رسی واقعی توسط مشخصات خزش برشی وابسته به () و رابطهی غیرخطی توصیف میشوند. برای ثابت رابطه از یک گروه منحنی تجربی خزش برشی، شکل 2-5، در زمانهای مختلف معین تعیین میشود. تأثیر روی و نیز میتواند با استفاده از چندین گروه منحنی تجربی خزش برشی که در تنشهای قائم ثابت مختلف ( های ثابت) به‌دست‌آمدهاند، مدنظر قرار گیرد. در این مقاله دو مدل ساده و روشهای تجربی سادهشده برای تعیین مشخصات خزش برشی غیرخطی خاکهای رسی با در نظر گرفتن تغییرپذیری حالت خاک تحت تنشهای قائم مدنظر قرار گرفته شده است.

شکل 2-5: گروه منحنی تجربی خزش برشی در های ثابت (مسچیان، 1996)

دو روش ارائه شده در این مقایسه به‌صورت روابط 2-12 و 2-13 آمده است:
(2-12)
(2-13)
نهایتاً نتیجه گرفته شده است که سادهترین مدلهای خزش برشی غیرخطی خاک رس 2-12 و 2-13 بهصورت تجربی با یکدیگر تفاوتی ندارند، هم ازنظر پیچیدگی و هم ازنظر نتایج تقریب دادههای تجربی. درعین‌حال، رابطه 2-13 دارای برخی مزایا نسبت به رابطه 2-12 است: تعداد آزمایشهای خزش برشی حداقل است، تعیین پارامترهای مقاومت برشی و از اهمیت زیادی برای استفاده در آزمایشگاه برخوردار است. مدلهای پیشنهاد شده برای یک رویکرد واضح برای حل مسئله، حالتها و روشهای ساده، برای تعیین تعداد کمی از پارامترها و نیز برای یک تقریب دقیق از دادههای آزمایشگاهی اراده شده است.
مسچیان (2005) در پژوهشی با عنوان خزش برشی خاکهای رسی، مسائل شامل خزش برشی خاکهای رسی مانند مواد ویسکوپلاستیک را مورد بررسی قرار داده است. نرخ خزش خاک توسط یک معادلهی تغییرشکل تعمیم یافته دوجمله‌ای ارائه شده است و مسئله‌ی سرعت حرکت خاک روی یک سطح شیبدار با استفاده از این معادله حل شده است.
اعوجاج یکی از حالتهای پایهای تغییرشکل خاکهای رسی است، درحالی‌که در طبیعت، برش، حالت همه‌جانبه‌تری دارد (مسچیان، 2005). نمونههای رسی آزمایشهای برش ساده، پس از تراکم تحت فشار، با روشهای برشکاری و پیچش آماده میشود؛ مانند تغییرشکلهای بالک (تغییرشکلهای ناشی از تراکم)، تغییرشکلهای برشی خاکهای رسی تحت تنشهای مماسی ثابت () در طول زمان به حالت خزش برشی توسعه مییابد (شکل 2-6). درحالی‌که تغییرشکلهای بالک خزش، تنها میرایی در طبیعت هستند، تغییرشکل () های در طول خزش برشی در طبقه خزش میرایی ()، جریان خزش در یک نرخ واقعاً ثابت () و خزش در یک نرخ افزایشی بالارونده تا گسیختگی مواد () به‌عنوان تابعی از سطح تنش مماسی () (که در آن مقاومت برشی یا استحکام برشی خاک است)، قرار میگیرد. برای مشاهده این حالتها به شکل 2-6 مراجعه نمایید.

شکل 2-6: منحنیهای گروهی خاک تحت برش ساده: a) b) که در آن نرخ کرنش برش ساده برای زمانهای مختلف ، و اولین و دومین تنش برشی محدودکننده و نقطه تسلیم (حد کرنش) در نرخ برشی ثابت یا افزایشی است (مسچیان، 2005)

بسته به موقعیت، چگالی- درصد رطوبت و مقاومت سازهای خاک رسی، خستگی مقاومتی آن ممکن است با رخ دادن همزمان یک انفصال در پیوستگی آن با تشکیل یک سطح لغزش بعد از رسیدن به یک کرنش برشی بحرانی مشخص () و یا بدون تشکیل آن، اتفاق افتد. در این پژوهش نویسنده مطابق ماسلو49 (1955)، در رابطه با خاکهای رسی پلاستیک پنهان در مورد اول و در رابطه با خاکهای رسی در مورد دوم که خاک همانند یک سیال ویسکوز جریان می‌یابد، مواجه گشته است.
منحنیهای تشکیل شده در مرحلهی خزش میرایی مطابق با رفتار یک سیال ویسکوز نیوتونی است، درحالی‌که منحنیهای تشکیل شده در مرحلهی جریان AB مطابق رفتار یک مادهی ویسکوپلاستیک بینگهام-شودو است که در محور ، منحنی بخش را قطع می‌نماید که مطابق گذار از مرحلهی خزش میرایی به مرحلهی جریان (تنش مماسی محدودکنندهی اول، ) است. این مقدار حد واقعی است و کمی با ای که ماسلو آن را آستانهی خزش () مینامد و گذار از مرحلهی جریان به مرحلهی گسیختگی در یک نرخ افزایشی را توصیف میکند، تفاوت دارد و همان تنش مماسی محدودکننده دوم یا مقاومت بلندمدت نهایی () است.
مسچیان (2006) قانون حاکم بر خزش ناشی از برش خاکهای رسی را مورد بررسی قرار داده است. در این پژوهش مدلهای تغییرشکل خاکها تحت فشارهای تحکیمی بحث شده است. نتایج بررسیهای تجربی خزش خاکهای رسی، تحت برش ساده، قانون عمومی خزش ناشی از برش و تطبیق تجربی کاربرد آن برای خاکهای عادی و تورمی و خاکهای مستعد نشست ریزشی ارائه شده است. مسچیان با در نظر داشتن تنوع و ویژگیهای مشخصه خاص خاکهای رسی و نیز متعدد بودن عوامل مؤثر در مشخصات ریختشناسی آنها، پژوهشی آزمایشگاهی را دربارهی خزش تحت تراکم تکمحوری-کرنش صفحهای (تحکیم) و برش انجام داده است.
در این پژوهش از رابطه 2-14، برای توصیف گروه منحنیهای تجربی خزش برشی خاکهای رسی تحت تنشهای ثابت، استفاده شده است:

(2-14)
که در آن:
(2-15)
مقدار خزش برشی و تابعی برای تنش مماسی که به بستگی دارد.
نمونههای رس کیو، با روش پیچشی نمونههای متراکم با قطر 101 میلیمتر و ضخامت 24 میلیمتر در دستگاههای M-5 و در رژیم کنترل تغییرشکل برای چهار حالت، آزمایش شدند. برای هر یک از ها، نمونههای جفتی تحت تنش مماسی تقریباً مساوی آزمایش شدهاند که در آنها همان مقاومت استاندارد است.
منحنیهای خزش برشی توسط رابطهی توانی 2-16 تخمین زده میشوند:
(2-16)
از نتایج آزمایشها مشخص است که شاخصهای خزش، در حالتهای مختلف خاک که خاک در معرض های مختلف است، برای مقادیر یکسان واقعاً برابر است.
نتایج نشان میدهد که همانند سایر پژوهشهای مشابه، یک کمیت ثابت نیست، اما به بستگی دارد. این امر، یکی از دلایل مشابه نبودن نمودارهای خزش میباشد.
مطابق فوق، معادلهی خزش برای خاک رسی در معرض برش صفحهای، درهرحالتی از خاک، میتواند بهصورت رابطهی 2-17 نوشته شود:
(2-17)
که در آن لحظه اعمال تنش مماسی است.
از معادلهی 2-17 مشخص است که یک گروه منحنی تجربی خزش و یک نمودار مقاومت برشی، برای تعیین تغییرشکل خزشی خاک در طول زمان با تأثیر ، کافی است. مقدار خزش و تابع سطح تنش مماسی میتواند از گروه منحنی خزش و پارامترهای و از نمودار مقاومت برشی، تعیین شوند.
به‌عنوان یک نتیجه از بررسیهای انجام شده، مشخص شد که رابطهی 2-17 علاوه بر در نظر داشتن تأثیر مقاومت برشی خاکها بر خزش آنها در برش ساده، برای ارزیابی تغییرات مقاومت برشی تحت تأثیرات دمایی و دینامیکی و تغییرات درصد رطوبت خاکهای مستعد نشست ریزشی و خاکهای تورمی تحت فشارهای تحکیمی و نیز در طول آسایش تنشهای مماسی معتبر است.
مطالعات متعددی توسط سایر پژوهشگران دراین‌باره انجام شده است. متأسفانه زمان کافی برای توصیف همهی آنها در این پایاننامه وجود ندارد. به‌صورت مختصر میتوان به پژوهشهای مسچیان و گالستیان50 (1972) درباره بررسی خزش تراکمی خاکهای رسی با در نظر گرفتن تأثیرات دما، بررسی فشار زمین ناشی از خاکهای رسی توسط مسچیان و مالاکیان51 (1974)، بررسی پارامترهای خزش لرزشی-تراکمی خاکهای رسی اشباع توسط بادالیان و مسچیان (1976)، تنظیم تغییرشکلهای خاکهای تورمی در زمان توسط مسچیان و مالاکیان (1979)، مشخصات ریختشناسی مواد رسی در سدهای خاکی توسط مسچیان (1979)، مقاومت برشی خاکهای متورمشونده تحکیم یافته با درصد رطوبت طبیعی و بعد از اشباع کامل توسط مسچیان و آیرویان (1987)، محاسبه جابجاییهای تودهی خاک ویسکوز در یک سطح شیبدار توسط مسچیان (1993)، روش تعیین مشخصات تورمی خاکهای رسی توسط مسچیان و آیرویان (1995)، دو روش برای تعیین مقاومت برشی بلندمدت نهایی خاکهای رسی توسط مسچیان (1996)، اتساع و انقباض خاکهای رسی تحت برش ساده توسط مسچیان (1998)، مدلی برای محاسبه خزش خاک نرم توسط ورمیر52 و نهر53 (1999)، روشهای سادهی تعیین خزش تراکمی حرارتی در اسکلت یک خاک رسی اشباع شده با آب توسط مسچیان (1999)، مقاومت خاکهای رسی تحت کرنشهای برشی بزرگ توسط مسچیان (2003)، خزش در خاکهای نرم توسط فرانتیسک هاول54 (2004)، پارامترهای تورمی خاکهای رسی توسط مسچیان (2006)، ویژگیهای خاص خزش خاکهای رسی توسط ژاکولین55، ژاکولینا56 و ارازالی57 (2013) و مدل ساختاری وابسته به آهنگ برای کرنشهای بزرگ خزشی خاک نرم با مدول برشی متغیر توسط اوریا و استفان وان بارس58 (2013) اشاره نمود.

فصل سوم:
مبانی نظری پژوهش

3-1- تحکیم
با تأثیر سربار، تنشهای فشاری در لایههای خاک به وجود آمده و باعث فشرده شدن آن میشود. فشردگی خاک، ناشی از تغییر شکل فشاری و جابهجایی ذرات خاک، رانده شدن هوا و آب از حفرات خاک و عوامل دیگر میباشد. در یک خاک بخصوص، یک و یا تعدادی از عوامل فوق ممکن است مشارکت داشته باشند. ازآنجایی‌که فشرده شدن خاک باعث نشست سازهی واقع بر روی آن میشود، ازنقطهنظر مهندسی به این پدیده، نشست خاک میگویند. در حالت کلی نشستهای خاک به دو گروه زیر تقسیم میشوند (داس، 2000):
1. نشست تحکیم که ناشی از تغییر حجم خاک اشباع به علت رانده شدن آبهای موجود در حفرات است.
2. نشست آنی که ناشی از تغییر شکل الاستیک خاک خشک و یا خاکهای مرطوب و اشباع بدون هرگونه تغییری در میزان آب میباشد. محاسبات نشست آنی معمولاً بر پایهی روابط به‌دست‌آمده از تئوری الاستیسیته قرار دارد.

3-2- تغییرات حجم خاک
تغییرات حجم خاک یکی از مباحث مهم در مکانیک خاک میباشد و به‌وسیله‌ی نتایج حاصل از آن میتوان تغییرمکان ناشی از تراکم، بالا زدگی در اثر انبساط و تغییرشکلهای به وجود آمده در اثر تنشهای برشی را تعیین کرد. این تغییرات باعث تغییر خواص تغییرشکلی و مقاومتی شده و حتی در پایداری خاک تأثیر میگذارد. تغییرات حجمی خاک اغلب توسط تنشهای وارده، تغییرات رطوبتی و شیمیایی محیط اطراف و تغییرات دما به وجود میآید. در این بخش عوامل مؤثر بر تغییر حجم خاک و روابط مهم حاکم بر آن مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به اینکه تحلیل ریاضی و عددی مورد نیاز در حالت دو و سه‌بعدی بسیار پیچیده میباشد، مباحث مربوط به رفتار تغییرشکل خاک در شرایط یک‌بعدی مطرح شده است.
نسبت تخلخل خاکها معمولاً در محدودهای بین 5/0 تا 4 قرار دارد (شکل 3-1). همانطور که در شکل 3-1 معلوم است، در اکثر موارد محدودهی نسبتاً کمفشار در مقیاس زمینشناسی (تا چند صد کیلو

پایان نامه
Previous Entries مقاله درمورد خزش، خزشی، (مسچیان، Next Entries مقاله درمورد عوامل محیطی