زاویه­ی اصطکاک باقی­مانده

درجه­ خزش

فصل اول:
کلیات
۱-۱- مقدمه
با توجه به توسعه چشمگیر اقدامات سازه­ای و ساختمان‌سازی در ایجاد فرودگاه­ها، تونل­های زیرزمینی، احداث اسکله­های عظیم، بزرگراه­ها، احداث سدها و سازه­های مربوط به آن­ها، شبکه ­های عظیم آبیاری و زهکشی و …، نیاز به مصالح ساختمانی تا حد زیادی افزایش پیدا کرده است.
ازجمله مهم­ترین مصالحی که در پروژه­ های مختلف عمرانی مانند احداث کانال­های خاکی، سدهای خاکی و غیره مورد استفاده قرار می­گیرد، خاک است. خاک­های رسی^[۱] مواد طبیعی شدیداً پیچیده­ای شامل مقدار زیادی از دانه­ های رسی پراکنده با قطر کوچک­تر از ۰/۰۰۲ 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 خزش^[۲] خاک­های رسی یکی از متداول­ترین، آشکار­ترین و قابل‌لمس‌ترین این خواص است. به دلیل طبیعت پیچیده خاک رسی، جنبه­ های زیادی بر روی رفتار خزشی آن­ها تأثیر می‌گذارد، مانند ترکیب (مثلاً حجم دانه­ های 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 می­ دهند. 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 می­ شود، وابستگی رفتار آن­ها به زمان است که گونه نظریه­پردازی شده آن به‌صورت شناخته شده پدیده خزش یا تحکیم ثانویه^[۳] 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 می­ دهند.
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 ۱۹ ام و به دلیل فعالیت­های ساختمان‌سازی شدید، شروع شده است. می­توانیم بگوییم که در طول قرن اخیر و به­ طور 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 شده ­اند؛ 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 پیش ­بینی بهتر رفتار صحرایی سازه­ها و دامنه­ها خیلی مهم است. این کار همچنین برای اجتناب از مسائل تغییرشکل بلندمدت قابل‌توجه که می ­تواند منجر به شکست سازه­ها شود، ضروری است.

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

۱-۲- 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 برشی^[۴]) 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 مستقیم^[۵] با نیروی برشی ثابت جهت تخمین خزش استفاده کنیم.
دانه­بندی خاک مورد استفاده در این تحقیق خاک رسی رد شده از الک شماره ۴۰ است. با بهره گرفتن از آزمایش­های تحکیم و برش مستقیم با نیروی برشی ثابت، نمودارهای کرنش- زمان^[۶] 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 آستانه­ گسیختگی خاک تحت تنش­های برشی ثابت، برحسب آستانه­ تنش برشی ثابت وارد بر نمونه و به‌صورت درصدی از مقاومت برشی حداکثر خاک بیان گردیده است.
۱-۳- ترتیب پایان نامه
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 می ­پردازد. 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 حوزه ­های 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 پایان نامه حاضر به‌صورت اجمالی اراده گردیده است.
فصل دوم:
پیشینه­ تحقیق
۲-۱- تحکیم^[۷]
اولین پژوهش­ها درباره رفتار تنش-کرنش در طول تحکیم یک‌بعدی توسط کارل ترزاقی^[۸] انجام گرفت. او در سال ۱۹۲۳ نظریه­ خود درباره تحکیم یک‌بعدی را منتشر کرد که اساس مطالعات بعدی دراین‌باره گشت. این نظریه امروزه به‌عنوان نظریه­ کلاسیک یا نظریه­ تحکیم نشت شناخته می­ شود. نظریه­ ترزاقی برای پیش ­بینی 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 می­ شود. اسکلت خاک یک جسم شکل­پذیر خطی با مشخصه­ی تغییرشکل آنی در نظر گرفته می­ شود (مسچیان^[۹]، ۱۹۹۵). نظریه­ ترزاقی بر فرضیات زیر استوار است:

• خاک به‌صورت کامل اشباع است.

• سیستم خاک – آب همگن^[۱۰] و همسان^[۱۱] (ایزوتروپ) است.

• آب غیرقابل تراکم فرض می­ شود.

• تراکم­پذیری دانه­ها نادیده گرفته می­ شود.

• رابطه­ای خطی بین تنش مؤثر قائم و نسبت تخلخل^[۱۲] وجود دارد.

• جریان آب تنها در یک راستا است.

• قانون نشت خطی دارسی^[۱۳] معتبر است.

• ضریب نفوذپذیری در طول تحکیم ثابت فرض شده است.

بر اساس این فرضیات و با بهره گرفتن از یک قیاس بین نظریه­ تحکیم و نظریه­ انتقال حرارت، ترزاقی معادله­ دیفرانسیل مبتنی بر فشار منفذی را پیشنهاد داد:
(۲-۱)
که در آن فشار آب منفذی، زمان، عمق و ضریب تحکیم است که با نفوذپذیری به‌صورت رابطه­ ۲-۲ رابطه دارد:
(۲-۲)
که در آن ضریب تراکم­پذیری حجمی بوده و به‌صورت تغییر حجم بر حجم واحد بر افزایش تنش مؤثر واحد تعریف می­ شود، یعنی:
(۳-۲)
حل معادله­ ۲-۱ برای دو شرط زهکشی دوطرفه، یعنی شرایط مرزی زیر منجر به معادله­ ۲-۴ می­­شود:

(۲-۴)
که در آن: