روش CPT-همپایه سازی مقاومت نفوذ مخروط برای تنش سربار (نشریه روانگرایی 525)

روش CPT (همپایه سازی مقاومت نفوذ مخروط برای تنش سربار)

در صورتی که اثرات تنش سربار به طور مناسب در نظر گرفته نشود، اندازه گیری های خام آزمایش نفوذ مخروط می تواند گمراه کننده باشد. تنش های سربار کم مربوط به اعماق سطحی خاک مقاومت نوک و جدار کاهش یافته را به دنبال خواهد داشت؛ در حالی که تنش های سربار زیاد که در اعماق بیشتر خاک یافت می شوند، منجر به افزایش لگاریتمی اندازه ی مقاومت نوک و جدار خواهند شد.

تنش سربار تمایل به اعمال اثرات متفاوت بر روی خاک های مختلف دارد. پاسخ خاک های چسبنده به تنش سربار بیشتر به صورت تابعی از نسبت پیش تحکیمی OCR و مقاومت زهکشی نشده Su می باشد. در صورتی که پاسخ خاک های غیرچسبنده به تنش سربار تابعی از تراکم نسبی ، Dr ضریب فشار جانبی خاک K0 و تا حد کمتری قابلیت فشردگی، گوشه داری و مقاومت شکست دانه ها می باشد.

اثرات تنش سربار بر مقادیر CPT غیرخطی بوده و یک کاهش منحنی-خطی شکل را با افزایش خطی تنش نشان می دهد. برای در نظر گرفتن اثرات تنش سربار، مقادیر مقاومت نوک و جدار نسبت به یک مقدار تنش مرجع همپایه می شوند. مقدار مناسب تنش مرجع که به طور معمول در عمل استفاده می شود، برابر با 1.058 tsf, 14.696 Psi, 1.033 kg/cm², 101.325 kPa 1 atm است. همچنین می توان گفت 1 atmیک مقدار مرجع منطقی و قابل قبول است چرا که نشان دهنده ی عمق میانگین در بیشتر مسایل مهندسی ژئوتکنیک می باشد. همپایه سازی تنش در کلیه ی روش های تخمین نسبت مقاومت تناوبی روانگرایی بر مبنای CPT مورد نیاز می باشد. همانطور که در بالا نیز ذکر شد همپایه سازی تنش در تنش های همه جانبه ی کم اعماق کمتر از 2 متر و تنش های همه جانبه ی زیاد اعماق بیشتر از 25 متر بسیار حایز اهمیت است. روش های زیادی به منظور همپایه سازی تنش در سنجشهای SPT و CPTو مقاومت روانگرایی ارائه شده است. بیشتر روش های موجود برای تخمین مقاومت روانگرایی، شرایط تنش موثر قائمِ 1اتمسفر را برای همپایه سازی به کار میبرند. به این ترتیب روند تعیین مقاومت روانگرایی تا حد زیادی ساده شده است چرا که مقاومت روانگرایی تنها برای یک سطح تنش قائم تخمین زده شده و برای دیگر سطوح تنش با استفاده ی معکوس از روش همپایهکردن تنش، محاسبه می شود. استفاده از بهترین روش موجود برای همپایه سازی تنش، باعث افزایش دقت در محاسبه می شود.

روش های همپایه سازی تنش را می توان به چهار گروه زیر، به ترتیب از ساده ترین روش با دقت پایین تا پیچیدهترین آن ها با دقت بیشتر تقسیم کرد:

 ؛Robertson and Campanella 1983 وRobertson 1982 ،Douglas and Olsen 1981 روابط خطی1-

– 2روش توان ثابت 0/ 5یا Olsen 1994 0/7؛

– 3روش توان متغیرِ تنش بین 0/1تا Olsen 1984, 1988 a,b 1؛

– 4روش تمرکز تنش توان متغیرِ تنش براساس نوع خاک و مقاومت نسبی Olsen 1994و Olsen and Mitchell

 . 1995اگرچه توصیه های مختلفی برای انتخاب روش همپایه سازی براساس محدوده ی تنش سربار، اهمیت سازه و غیره موجود است، اما استفاده از روش توان متغیر وابسته به نوع خاک به منظور ارزیابی پتانسیل روانگرایی بر مبنای CPT دارای اهمیت بیشتری در این بخشYoud and Idriss, 1997; Youd et al. 2001; Moss et al. 2006 بوده و در مراجع مختلف توصیه شده است روشِ پیشنهادی Youd et al. 2001به منظور همپایه سازی مقاومت نفوذ مخروط و استفاده از آن در تعیین نسبت مقاومت تناوبی بر مبنای CPT ارائه می شود. همچنین در بخش بعدی روش Moss et al. 2006 که از جمله پیشرفته ترین روش های همپایه سازی با توان متغیر می باشد به عنوان بخشی از روند پیشنهادی این محققان در تعیین نسبت مقاومت تناوبی معرفی میشود.

دستورالعمل تعیین مقاومت تناوبی بر مبنای CPT نیاز به مقاومت نوک همپایه شده دارد. برای این منظور مقاومت نفوذ مخروط با استفاده از معادله ی 5-22 ابتدا نسبت به تنش سربار همپایه می شود q_1c و سپس نسبت به تنش مرجع بی بعد می شود : q N1c

که در آن:

: Cqضریب همپایه سازی برای مقاومت نفوذ مخروط؛

: Paفشار مرجع برابر 1اتمسفر و هم واحد با تنش موثر؛

: cتوانی متغیر بر حسب نوع خاک؛

: qcمقاومت نفوذ نوک مخروط اندازه گیری شده در محل.

در عمق های سطحی مقدار Cqبه علت فشار کم سربار افزایش می یابد، اما بیشینه ی این مقدار به توصیهی .Youd et al 2001 به 1/7 محدود شده است. مقدار توان c بسته به مشخصه های ذرات خاک از 0/5 تا 1تغییر میکند. در سال های اخیر به منظور تعیین مقدار واقعی این توان نمودارهایی برای تخمین دست بالای نوع خاک از روی مقادیر ،CPTارائه شده است ؛Robertson, 1990; Olsen and Koester, 1995; Olsen and Malone, 1988; Robertson and Companella, 1988 در این راستا از نسبت اصطکاک Rf CPTکه به صورت مقاومت جدار fsبخش بر مقاومت نوک مخروط  qcتعریف شده و در حالت کلی با افزایش مقدار ریزدانه و خاصیت خمیری خاک افزایش می یابد، استفاده می شود. Robertson and Wride 1998

برای تخمین نوع خاک و مقدار ریزدانه، نمودار نشان داده شده در شکل 5-17 را ارائه دادند. مرزهای موجود بین مناطق 2تا 7را که برای در نظر گرفتن اثرات مشخصه های خاک بر روی q N1c و CRRمورد استفاده قرار می گیرند، می توان با مجموعه ای از دوایر. Jefferies and Davies, 1993 هم مرکز تقریب زد شعاع این دایره هاکه تحت عنوان شاخص نوع رفتار خاک Ic شناخته می شود، از رابطه ی زیر محاسبه می گردد.

نمودار رفتار خاک نشان داده شده در شکل 16-5 با استفاده از توان C=1 که برای انواع خاک های رسی مناسب است، ایجاد شد. این موضوع در حالی است که توان 0/5 برای ماسه های تمیز و مقداری بین 0/5و 1برای لای ها و لایه ای ماسه دار مناسبتر است   Robertsonو Wride دستورالعمل زیر را برای محاسبه ی شاخص نوع رفتار خاک Ic پیشنهاد نمودند. گام نخست، جداسازی انواع خاک هایرسی از ماسه ها و لای ها می باشد. این جداسازی با فرض توان   1 (مشخصه رس ها) و محاسبه مقاومت نوک بی بعد Q CPT از رابطه 5-24 زیر انجام می شود.

اگر Ic محاسبه شده با توان 1از 2/6 بزرگتر بود، خاک به عنوان رسی طبقه بندی می شود و به سبب خاصیت رسی زیاد مستعد روانگرایی نمی باشد و تحلیل در همین مرحله پایین می پذیرد. البته همانطور که پیش از این نیز ذکر شد، باید نمونه هایی از خاک گرفته شده و برای تایید نوع خاک و مقاومت روانگرایی مورد آزمایش قرار گیرند. ضوابطی از قبیل ضوابط چینی ها می تواند برای تایید عدم روانگرایی خاک ها مورد استفاده قرار گیرد.

برای بررسی بیشتر این رابطه و همچنین روابط مشابه از این نوع به فصل 3 مراجعه شود.

اگر مقدار Ic کوچکتر از 2/6 باشد، خاک به احتمال زیاد دانه ای هدوب و بنابراین لازم است تا Cqو Q مجددا با قرار دادن توان 0/5در رابطه ی 23-5 محاسبه شوند. اگر Ic محاسبه شده در این مرحله کوچکتر از 2/6 باشد، خاک به عنوان غیرخمیری و دانه ای طبقه بندی می شود. این مقدار Ic همانطور که در بخش بعدی توضیح داده خواهد شد، برای تخمین مقاومت روانگرایی، مورد استفاده قرار می گیرد. اما اگر مقدار Ic دوباره محاسبه شده از 2/6 بیشتر شود، مکن است خاک مورد نظر بسیار لای دار و احتمالا خمیری باشد. در این حالت، q N1c دوباره از معادله ی 5-22  با استفاده از مقدار متوسط توان n=0.7 محاسبه می گردد . سپس Ic از معادله ی 22-5 با استفاده از مقدار q_N1c محاسبه شده در قسمت قبلی به دست می آید. این مقدار میانی Ic برای محاسبه ی  مقاومت روانگرایی مورد استفاده قرار می گیرد. در این حالت، باید از خاک نمونه گیری شده و برای تایید نوع خاک و بررسی قابلیت روانگرایی با دیگر ضوابط از جمله معیار چینی ها آزمایش شود.

از آنجا که رابط یه میان Ic و نوع خاک تقریبی می باشد، شرکت کنندگان در کارگروه NCEER بر این موضوع توافق کردند که، تمام خاک های با c = 4.2I و بیشتر باید نمونه گیری و برای تایید نوع خاک و بررسی قابلیت روانگرایی با ضوابط دیگر آزمایش شوند. همچنین، لایه های خاکی که با Ic>6.2 مشخص شده اند، ولی دارای نسبت اصطکاک همپایه شده F کوچکتر از  1درصد می باشند، ناحیه  1در شکل 5-16 ممکن است بسیار حساس باشند و باید نمونه گیری شده و مورد آزمایش قرار گیرند. این نوع خاک های حساس حتی اگر مطابق معیار چینی ها و به لحاظ فنی، مستعد روانگرایی نباشند، ممکن است متحمل نرم شوندگی و از دست دادن مقاومت در طی تکانه های زلزله شوند.

آخرین پروژه ها

مطالب بیشتر