مقاله درمورد نفوذپذیری، ضریب نفوذپذیری

دانلود پایان نامه ارشد

……………………………… 127
شکل 4-36: گروه منحنیهای خزش برشی در برابر لگاریتم زمان سری دوم برای های مختلف ………………….. 128
شکل 4-37: دایرهی مور و معیار گسیختگی کلمب برای سری دوم در های مختلف …………………………………… 129
شکل 4-38: گروه منحنیهای خزش برشی در برابر زمان سری سوم برای های مختلف …………………………….. 130
شکل 4-39: گروه منحنیهای خزش برشی در برابر لگاریتم زمان سری سوم برای های مختلف …………………. 131
شکل 4-40: دایرهی مور و معیار گسیختگی کلمب برای سری سوم در های مختلف ………………………………….. 132

فهرست علائم اختصاری
علامت اختصاری
مفهوم

ضریب تحکیم

چسبندگی ظاهری

شاخص فشردگی

شاخص تورم

شاخص تحکیم ثانویه

چسبندگی سیمانی

کشش خاک

چسبندگی بین‌مولکولی

نسبت تخلخل

نسبت تخلخل اولیه

تابع تنش برشی

درجهی اشباع خاک

چگالی دانههای جامد خاک

ارتفاع نمونه

نفوذپذیری

ضریب ارتجاعی فنر

ضریب فشار جانبی

ضریب تراکمپذیری حجمی

نسبت پیش تحکیمی

فشار پیشتحکیم

فشار سربار

فشار مؤثر

مقاومت برشی زهکشینشده

زمان

عامل زمان

مدت‌زمان تحکیم اولیه

فشار آب منفذی

فشار منفذی اولیه

درجهی تحکیم

درصد رطوبت

درصد رطوبت اولیه

حد خمیری

حد روانی

عمق

تغییرشکل خزش برشی

آهنگ کرنش خزش برشی

کرنش برشی بحرانی

کرنش آنی

کرنش محو شونده (الاستیک)

افزایش بار

کرنش

کرنش فنر

ضریب ویسکوزیته

تنش قائم

فشار تورم آزاد

تنش مؤثر

تنش تسلیم لغزنده

تنش فنر

تنش میراگر

تنش برشی

مقاومت برشی استاندارد

تنش تسلیم

مقاومت بلندمدت نهایی

تنش برشی حداکثر

تنش برشی باقیمانده

حد اول تنش برشی

حد دوم تنش برشی

زاویهی اصطکاک داخلی

زاویهی اصطکاک مؤثر

زاویهی اصطکاک حالت بحرانی

زاویهی اصطکاک باقیمانده

درجهی خزش

فصل اول:
کلیات

1-1- مقدمه
با توجه به توسعهی چشمگير اقدامات سازهای و ساختمان‌سازی در ايجاد فرودگاهها، تونلهاي زيرزميني، احداث اسكلههاي عظيم، بزرگراهها، احداث سدها و سازههاي مربوط به آنها، شبكههاي عظيم آبياري و زهكشي و …، نياز به مصالح ساختماني تا حد زيادي افزايش پيدا كرده است.
ازجمله مهمترين مصالحي كه در پروژههاي مختلف عمراني مانند احداث كانالهاي خاكي، سدهاي خاكي و غیره مورد استفاده قرار ميگيرد، خاك است. خاکهای رسی1 مواد طبیعی شدیداً پیچیدهای شامل مقدار زیادی از دانههای رسی پراکنده با قطر کوچکتر از 0/002 میلیمتر هستند که تأثیر زیادی را در فرایندهای فیزیکی، مکانیکی و شیمی-فیزیک واقع در درون این مواد دارند. خاکهای رسی تمام خواص رئولوژیکی را دارا میباشند که خزش2 خاکهای رسی یکی از متداولترین، آشکارترین و قابل‌لمس‌ترین این خواص است. به دلیل طبیعت پیچیده خاک رسی، جنبههای زیادی بر روی رفتار خزشی آنها تأثیر می‌گذارد، مانند ترکیب (مثلاً حجم دانههای رسی)، تاریخچه تنش، تغییرات دما، محیط بیوشیمیایی و دگرگونی‌های خاک. در مقایسه با مواد ماسهای، خاکهای رسی معمولاً تغییرشکلهای خرشی بالایی را از خود نشان میدهند. به‌عنوان‌مثال میتوان به نشستهای بلندمدت، تغییرمکانهای شیبدار و افقی ساختمانها و سازههای ژئوتکنیکی، یا لغزش آرام شیب‌های طبیعی و توده‌های خاک اشاره نمود.
ازجمله عواملی که باعث رفتار غیرخطی مصالح میشود، وابستگی رفتار آنها به زمان است که گونه نظریهپردازی شده آن به‌صورت شناخته شده پدیده خزش یا تحکیم ثانویه3 میباشد.
خزش یا وارفتگی عبارت است از افزایش تدریجی تغییرشکل یک ماده در طول زمان که در حالت ساده تحت اثر بار ثابت قرار دارد. بسیاری از مصالح مانند فولاد، بتن، خاک، سنگ و… در رفتارشان خزش نشان میدهند.
بر اساس مشاهدات واقعی سازههای قدیمی و شیبهای طبیعی، وجود خزش در خاک‌های رسی از زمانهای قدیم شناخته شده است. بااین‌حال، بررسی جدی این پدیده در اواسط قرن 19 ام و به دلیل فعالیتهای ساختمان‌سازی شدید، شروع شده است. میتوانیم بگوییم که در طول قرن اخیر و بهطور عمده در طول سالهای اخیر، تغییرشکلهای خزشی و خزشهای برشی در خاکهای رسی به یکی از مهمترین مسائل مکانیک خاک تبدیل شده است.
مثالهای مستند متعددی از رفتار خزشی میتوان بیان نمود که برخی از آنها درنهایت منجر به گسیخته شدن و تخریب سازه شدهاند؛ مانند برج کج پیزا و فاجعه مخزن Vayount در ایتالیا.
میتوان دریافت که مطالعه رفتار خزشی خاکها به‌طورکلی و رفتار خزشی خاکهای رسی به‌طور خاص برای پیشبینی بهتر رفتار صحرایی سازهها و دامنهها خیلی مهم است. این کار همچنین برای اجتناب از مسائل تغییرشکل بلندمدت قابل‌توجه که میتواند منجر به شکست سازهها شود، ضروری است.

1-2- اهداف
هدف کلی این پژوهش، بررسی آزمایشگاهی رفتار خزشی خاکها تحت تنش برشی ثابت است. استفاده از دستگاه آزمایش تحکیم یک‌بعدی از دیرباز در تعیین تحکیم ثانویه خاکها مورد استفاده بوده است. واقعیت این است که اثرات خزش در خاکها در تنش انحرافی (خزش برشی4) از اولویت بالایی نسبت به تنشهای همسان و حالت تنش ادئومتری برخوردار است. اگر تنش انحرافی اعمال شده در حد زیادی باشد، اثرات خزش ممکن است منجر به گسیختگی خاک گردد و از سوی دیگر محدودیتهای این آزمایش ازلحاظ شرایط مرزی در تنش و تغییرشکل موجب شده است که از تجهیزات دیگری مانند دستگاه برش مستقیم5 با نیروی برشی ثابت جهت تخمین خزش استفاده کنیم.
دانهبندی خاک مورد استفاده در این تحقیق خاک رسی رد شده از الک شماره 40 است. با استفاده از آزمايشهای تحكيم و برش مستقیم با نیروی برشی ثابت، نمودارهای کرنش- زمان6 استخراج و بررسیهایی در مورد تغییرات پارامترها و مؤلفه‌های تحکیمی و خزشی خاک رسی در طول تحکیم ثانویه و خزش انجام شده است؛ و نهایتاً آستانهی گسیختگی خاک تحت تنشهای برشی ثابت، برحسب آستانهی تنش برشی ثابت وارد بر نمونه و به‌صورت درصدی از مقاومت برشی حداکثر خاک بیان گردیده است.

1-3- ترتیب پایاننامه
در فصل دوم پیشینه تحقیق درباره تحکیم، برش، خزش، پارامترها و مؤلفه‌های خزشی خاکهای رسی در طول فرایند تحکیم ثانویه و خزش برشی مورد بررسی قرار میگیرد.
فصل سوم ابتدا به بررسی مفاهیم اولیه مربوط به تغییرات حجم و عوامل مؤثر بر آن و در ادامه به بررسی روابط تنش-کرنش خاک میپردازد. در ادامه فرایند تحکیم و برش تشریح میگردد. در پایان نیز مفاهیم خزش و الگوهای خزش و رفتار خزشی خاکها تحت برش مورد بررسی قرار میگیرد.
در فصل چهارم نتایج آزمایشهای تجربی صورت گرفته در حوزههای تحکیم، برش و خزش تحلیل و بررسی شده است. نمودارهای بیان‌کننده رفتار تنش-کرنش-زمان خاک موردنظر نیز رسم شده و خصوصیات آنها تشریح گردیده است.
در فصل پنجم نیز نتایج پایاننامه حاضر به‌صورت اجمالی اراده گردیده است.

فصل دوم:
پیشینه تحقیق

2-1- تحکیم7
اولین پژوهشها دربارهی رفتار تنش-کرنش در طول تحکیم یک‌بعدی توسط کارل ترزاقی8 انجام گرفت. او در سال 1923 نظریهی خود دربارهی تحکیم یک‌بعدی را منتشر کرد که اساس مطالعات بعدی دراین‌باره گشت. این نظریه امروزه به‌عنوان نظریهی کلاسیک یا نظریهی تحکیم نشت شناخته میشود. نظریهی ترزاقی برای پیشبینی نشست طولانی‌مدت سازهها توسعه یافت و بر این باور است که تغییرشکل یک لایهی خاک اشباع تنها با آهنگ نشت آب منفذی، تحت اعمال یک بار خارجی، تعیین میشود. اسکلت خاک یک جسم شکلپذیر خطی با مشخصهی تغییرشکل آنی در نظر گرفته میشود (مسچیان9، 1995). نظریهی ترزاقی بر فرضیات زیر استوار است:
• خاک به‌صورت کامل اشباع است.
• سیستم خاک – آب همگن10 و همسان11 (ایزوتروپ) است.
• آب غیرقابل تراکم فرض میشود.
• تراکمپذیری دانهها نادیده گرفته میشود.
• رابطهای خطی بین تنش مؤثر قائم و نسبت تخلخل12 وجود دارد.
• جریان آب تنها در یک راستا است.
• قانون نشت خطی دارسی13 معتبر است.
• ضریب نفوذپذیری در طول تحکیم ثابت فرض شده است.
بر اساس این فرضیات و با استفاده از یک قیاس بین نظریهی تحکیم و نظریهی انتقال حرارت، ترزاقی معادلهی دیفرانسیل مبتنی بر فشار منفذی را پیشنهاد داد:
(2-1)
که در آن فشار آب منفذی، زمان، عمق و ضریب تحکیم است که با نفوذپذیری به‌صورت رابطهی 2-2 رابطه دارد:
(2-2)
که در آن ضریب تراکمپذیری حجمی بوده و به‌صورت تغییر حجم بر حجم واحد بر افزایش تنش مؤثر واحد تعریف میشود، یعنی:
(3-2)
حل معادلهی 2-1 برای دو شرط زهکشی دوطرفه، یعنی شرایط مرزی زیر منجر به معادلهی 2-4 میشود:

(2-4)
که در آن:
یک عدد صحیح است،
به‌صورت رابطهی 2-5 تعریف میشود:
(2-5)
ارتفاع نمونه،
فشار منفذی اولیه
عامل زمان است که به‌صورت رابطهی 2-6 تعریف میشود:
(2-6)
نهایتاً درجه تحکیم میانگین () برای تمام عمق لایهی رسی در هر زمان میتواند به‌صورت رابطهی 2-7 تعریف شود:
(2-7)
اطلاعات بیشتر در مورد نظریهی کلاسیک تحکیم را میتوان در کتابهای داس14 (2000)، ترزاقی و پک (1967) و پژوهشی که توسط استپانیان (1975) انجام گرفته است، یافت. هرچند نظریهی تحکیم نشست دارای چندین فرض غیرواقعی است و تحکیم ثانویه را شامل نمیشود، اما هنوز هم به‌طور گسترده در کارهای مهندسی برای پیشبینی آهنگ تراکم و فشار آب منفذی در رسها کاربرد دارد. مطابق با نظریهی کلاسیک ترزاقی، نظریهی تحکیم مبتنی بر کرنش توسط جانبو15 در سال 1960 توسعه یافته است.
نظریهی عمومی تحکیم سهمحوری توسط بایوت16 (1941) پیشنهاد شده است. بایوت فرض کرده است که خاک، یک اسکلت متخلخل با سیال درون این حفرات است و این اسکلت متخلخل ایزوتروپ و الاستیک و سیال درون آن نیز غیرقابل تراکم است. معادلات تعادل زیر تنشهای قائم و برشی کل را ارضا مینماید:
(2-8)
که در آن ، و مؤلفه‌ی نیروی جسم بر واحد حجم هستند. این معادلات باید با معادلهی پیوستگی جریان بایوت، رابطه 2-9 که بر اساس قانون دارسی است، ترکیب شود:
(2-9)
که در آن کرنش حجمی، وزن مخصوص آب، ، فشار منفذی و عمق است. اطلاعات کاملی دربارهی این نظریه در کتاب «نظریهی کلی تحکیم سهبعدی» بایوت قابل دسترسی و مطالعه است. فرمولبندی المان محدود تحکیم برای مسائل ترکیبی بر اساس نظریهی بایوت نیز در کتاب «کاربرد تحلیل المان محدود در مهندسی ژئوتکنیک» نوشته شده توسط پاتس17، قابل مطالعه است.
در سال 1938 پوکروسکی18 آزمایشهای تحکیم مختلفی بر روی نمونههای خاک اشباع با ارتفاع (ضخامت) های مختلف، 1 و 4 سانتیمتر، انجام داد. بر اساس این آزمایشها، او دریافت که مدت‌زمان تغییرشکل در این دو ضخامت، چندان تغییر نمیکند؛ یعنی ارتفاع نمونه تأثیر زیادی در زمان تحکیم ندارد (مسچیان،

پایان نامه
Previous Entries مقاله درمورد خزش، ..............................................................، پاسکال Next Entries مقاله درمورد خزش، خزشی، (مسچیان،