تعیین عامل مقاوم (نشریه روانگرایی 525)

3-5- تعیین عامل مقاوم (نسبت مقاومت تناوبی)

گام دوم در روند ارزیابی پتانسیل روانگرایی بر مبنای روش تنش، تعیین عامل ظرفیت یا همان نسبت مقاومت تناوبی است. دو روش کلی به منظور تعیین مقاومت روانگرایی در دسترس می باشد:

1- استفاده از آزمون های آزمایشگاهی بر روی نمونه های دست نخورده؛

2- استفاده از روابط تجربی به دست آمده بر مبنای همبستگی رفتار محلی مشاهده شده با انواع مختلف آزمون های شاخص برجا. از لحاظ پیشینه ی تاریخی، تعیین مقاومت خاک در برابر روانگرایی نخستین بار با استفاده از آزمون های آزمایشگاهی از قبیل برش ساده ی تناوبی و همچنین سه محوری تناوبی صورت پذیرفت. وجود برخی مشکلات مرتبط با دستخوردگی نمونه در طی نمونه گیری و بازتحکیم، استفاده از آزمون های آزمایشگاهی را پیچیده نموده است. به علاوه از یک سو، انجام آزمون برش ساده ی تناوبی با کیفیت بالا بسیار پر هزینه و مشکل است و از سوی دیگر آزمون سه محوری تناوبی شرایط بارگذاری مربوط به عامل اصلی خرابی در بیشتر مسایل لرزه ای را به طور ناقص مدل می کند. البته با استفاده از روش های مناسب نمونه گیری از جمله روش نمونه گیری انجمادی و سپس انجام آزمون در دستگاه های برش ساده و برش پیچشی تناوبی با کیفیت بالا، می توان این مشکلات را تا حدی بر طرف نمود. در این شرایط نوع خاک، شرایط در محل، تاریخچه ی زمین شناسی و لرزه ای نهشته ی خاکی و شرایط تنش موثر اولیه به طور مناسبی در نظر گرفته می شود. اگرچه، سختی ها و هزینه های مرتبط با این روش های حساس، کاربرد آن ها را فراتر از بودجه و هدف بسیاری از مطالعات مهندسی قرار داده است. از اینرو دستورالعمل های تجربی بر اساس ایجاد همبستگی میان بارگذاری لرز های، شاخص مقاومتی خاک در برابر روانگرایی از قبیل نتایج آزمایش های نفوذی در محل و همچنین موارد تاریخی مشاهده شده از وقوع یا عدم وقوع روانگرایی شکل گرفتند. در دو بخش زیر ابتدا به بررسی مطالعات آزمایشگاهی و سپس به تفصیل به روش های شبه تجربی بر مبنای مطالعات در محل پرداخته خواهد شد.

نسبت مقاومت تناوبی بر مبنای آزمون های آزمایشگاهی همان گونه که پیش از این نیز ذکر شد، در ابتدای ارائه ی روش تنش تناوبی، به منظور مشخص نمودن مقاومت روانگرایی از آزمون های آزمایشگاهی استفاده می شد. برای ایجاد شرایط اولیه ی تنش محرک صفر (به منظور شبیه سازی شرایط تنش روی صفحات افقی زیر سطح زمین) بیشتر آزمون های آزمایشگاهی بر روی نمونه های سه محوری تحکیم یافته به صورت همسان یا نمونه های برش ساده ی تحکیم یافته تحت شرایط  ( K فشار جانبی حالت سکون) انجام شده است. در این آزمایش ها، معمولا گسیختگی روانگرایی به عنوان نقطه ای که در آن روانگرایی اولیه رخ داده و یا دامنه ی محدودی از کرنش تناوبی (معمولا 5 درصد برای نمونه های متراکم) حاصل شده باشد، تعریف می شود. آزمون های آزمایشگاهی نشان می دهد که تعداد سیکل های بارگذاری لازم برای وقوع گسیختگی روانگرایی NL با افزایش دامنه ی تنش برشی و کاهش تراکم کاهش مییابد (شکل 5-8).

در حالی که در یک نمونه ی سست تحت اثر تنش های برشی تناوبی با دامنه ی بالا، گسیختگی روانگرایی می تواند تنها در تعداد کمی دور بارگذاری رخ دهد، برای ایجاد گسیختگی روانگرایی در نمونه ی متراکم، ممکن است هزاران دور تنش برشی با دامنه ی پایین مورد نیاز باشد. رابطه ی میان تراکمی، دامنه تنش تناوبی و تعداد سیکل هایی که سبب وقوع روانگرایی می شوند را می توان به صورت هندسی با “منحنی های مقاومت تناوبی” آزمایشگاهی، همانند منحنی های (شکل 5-9) نشان داد. همانطور که پیشتر نیز به آن اشاره شد، در بیشتر موارد منحنی های مقاومت تناوبی با فشار سربار موثر اولیه همپایه شده تا نسبت تنش تناوبی CSR را ایجاد نمایند. نسبت تنش تناوبی برای انواع مختلف آزمایش ها به صورت متفاوتی تعریف می شود. در آزمایش برش ساده ی تناوبی، CSR به صورت نسبت تنش برشی تناوبی به تنش موثر قایم اولیه (رابطه 5-9) در نظر گرفته می شود. برای آزمایش سه محوری تناوبی نسبت تنش برشی تناوبی بیشینه به فشار همه جانبه ی موثر اولیه (رابطه 5-9) به عنوان CSR تعریف می گردد. در توضیح این اختلاف می توان گفت که آزمون های برش ساده و سه محوری تناوبی بارگذاری کاملا متفاوتی را اعمال می کنند و منطقی است که نسبت تنش تناوبی آن ها یکسان نباشد. برای آزمایش های روانگرایی معمولا (رابطه 5-9) بین نسبت تنش تناوبی حاصل از این دو آزمایش برقرار است:

که در آن Cr ضریب اصلاح است و از جدول (5-1) به دست می آید.

برخلاف آزمون های آزمایشگاهی برش ساده و سه محوری تناوبی، زلزله تنش های برشی در جهت های مختلف ایجاد مینماید. Pyke et al 1975نشان دادند که لرزش های چند سویه سبب افزایش سریع تر فشار منفذی نسبت به لرزش های یک سویه می شوند. بر این اساسSeed et al.  1975پیشنهاد نمودند که نسبت تنش تناوبی لازم برای ایجاد روانگرایی اولیه در محل حدود 10 درصد کمتر از مقدار متناظر برای آزمایش های برش ساده تناوبی می باشد. بنابراین مقاومت روانگرایی یک جزء خاک در محل در قالب نسبت تنش تناوبی به صورت (رابطه 5-10) بیان می شود.

آزمون های آزمایشگاهی همچنین میتوانند نحوه ی تولید اضافه فشار آب منفذی را نشان دهند. Lee and  Albaisa  1974و DeAlba et al. 1975دریافتند که در آزمایش های تناوبی تحت شرایط کنترل تنش، نسبت فشار منفذی  ruمطابق (رابطه 5-11) با تعداد سیکل های بارگذاری ارتباط دارد.

 که در آن NL تعداد سیکل های لازم برای ایجاد روانگرایی اولیه 1ru=؛

α تابعی از خصوصیات خاک در شرایط آزمایش.

همانگونه که در شکل 5-10 نشان داده شده است، اضافه فشار منفذی در سیکل های ابتدایی و انت هایی بارگذاری به سرعت افزایش می یابد. رابطه ی 5-11 را می توان برای تخمین اضافه فشار منفذی تولید شده هنگامی که روانگرایی اولیه اتفاق نیفتاده باشد، به کار برد. Martin et al.  1975طی روشی که قادر به اعمال بارگذاری نامنظم بود، یک مدل اساسی را که داده های مربوط به نرخ نشست ماسه ی خشک تحت بارگذاری تناوبی را با داده های مربوط به مشخصات ارتجاعی و تنش-تغییرشکل خاک ترکیب می نمود، برای پیشبینی تولید فشار منفذی ارائه نمودند. با به کار بردن این مدل در تحلیل های پاسخ غیرخطی زمین، روش تحلیل روانگرایی بر مبنای تنش موثر به دست آمد. در طی چندین سال، روش متداول برای تعیین مقاومت روانگرایی استفاده از تنش های تناوبی حاصل از آزمون های آزمایشگاهی بود. اما تحقیقات بعدی نشان داد که روش های اندازه گیری مقاومت روانگرایی بر مبنای تنش تناوبی، تحت تاثیر عوامل دیگری غیر از تراکم و شرایط تنش اولیه قرار دارند. به عنوان نمونه تفاوت های به وجود آمده در اسکلت (یا بافت) خاک در اثر روش های مختلف آماده سازی نمونه بر روی مقاومت روانگرایی اثر میگذارد;Ladd, 1974; Mulilis et al., 1975; Toki et al., 1986 Tatsuoka et al., 1986.

تاریخچه ی کرنش های حاصل از لرزش های قبلی نیز مقاومت روانگرایی را تحت تاثیر قرار می دهد. به عبارت دیگر مقاومت روانگرایی نمونه ای که در معرض کرنش ناشی از لرزش های قبلی بوده از مقاومت نمونه ای با همان تراکم که تحت تاثیر لرزش نبوده است بزرگتر می باشد.Finn et al., 1970; Seed et al., 1975 همچنین مقاومت روانگرایی با افزایش ضرایب بیش تحکیمی و فشار جانبی خاک افزایش می یابد. Seed and Peacock, 1971در نهایت ثابت شده است که طول مدت 120راهنمای ارزیابی پتانسیل روانگرایی خاک، پیامد ها و روش های کاهش مخاطرات آن تحت فشار بودن نمونه نیز سبب افزایش مقاومت روانگرایی می شود Ohsaki 1969; Seed, 1979; Yoshimi et al., 1989 این عوامل اضافی، همگی توابعی از شرایط تاریخی و شکل گیری یک نهشته ی خاک بوده و رفتار خاک را به خصوص در کرنش های کوچک متناظر با لحظه ی شروع وانگرایی تحت تاثیر قرار می دهند. این اثرات کرنش پایین به سادگی با دستخوردگی نمونه گیری از بین میروند و شبیهسازی آن ها طی بازسازی نمونه کار بسیار مشکلی است. این عوامل سبب شده است تعیین مقاومت روانگرایی با استفاده ازآزمون های آزمایشگاهی فوق العاده مشکل بوده و در بسیاری از پروژه ها روش های مبتنی بر نتایج آزمون های محلی جایگزین آن ها شوند. در واقع برای این که آزمون های آزمایشگاهی بتوانند تخمین قابل اعتمادی از مقاومت روانگرایی بدهند، نمونه گیری دستنخورده (مانند روش انجماد) مورد نیاز است.

همچنین غیریکنواختی نمونه در آزمایش های سه محوری تناوبی مقاومت روانگرایی، ممکن است پیچیدگی هایی را به وجود آورد. با افزایش فشار منفذی در نمونه ی سه محوری تناوبی، دانه های خاک تمایل به نشست و متراکم شدن در بخش پایینی و شل شدن در بخش بالایی نمونه خواهند داشت. تراکم غیریکنواخت منجر به کرنش غیریکنواخت شده و نهایتا سبب نازکشدن یا باریکشدگی بخش بالایی نمونه می شود. این غیریکنواختی می تواند عدم قطعیت زیادی در کاربرد نتایج آزمایش سه محوری تناوبی برای شرایط موجود در محل به وجود آورد.

آخرین پروژه ها

مطالب بیشتر