مطالعه مشخصات ژئوتکنیکی خاک لس سیلتی استان گلستان

خلاصه
لسها نوعي از مصالح خاکي هستند که مناطق وسيعي از چندين قاره جهان را پوشاندهاند. بيش از 32 درصد سطح استان گلستان را سه نوع خاک لس باويژگيهای رسوبشناسي و مشخصات ژئوتکنيکي متفاوت پوشانيده است. در اين ميان حدود 07 درصد از خاکهای لسي استان، از نوع لس سيلتي بوده کهمناطق روستايي بسياری نيز بر روی آن قرار گرفتهاند. در لسهای سيلتي استان مخاطرات ژئوتکنيکي بسياری که گاهي صدمات جاني نيز در برداشته گزارششده است. بنابراين با توجه به وسعت لسهای سيلتي در استان، بررسي بيشتر مشخصات ژئوتکنيکي و راهکارهای مقابله با مخاطرات آن و نحوه بهسازی ايننوع خاک از اهميت ويژهای برخوردار ميباشد. در اين مقاله سعي شده است که با انجام نمونهبرداریهای صحرايي از نقاط دارای اين نوع خاک و انجامآزمايشهايي از قبيل تراکمپذيری، دانهبندی، اتربرگ، هيدرومتری، وزن مخصوص، مقاومتبرشي و تکمحوری نسبت به بررسي مشخصات ژئوتکنيکيبيشتری از اين خاک پرداخته شود. براساس آزمايشهای دانهبندی انجام شده، عمده لس سيلتي استان دارای طبقهبندی ML,CL-ML ميباشند. همچنيننتايج آزمايشها نشان ميدهد که عليرغم جنس مشابه اين رسوبات، پارامترهای ژئوتکنيکي آنها شامل چسبندگي و زاويهاصطکاک داخلي اين خاکها دارای تغييرات قابل توجهي ميباشد که احتمالاً ناشي از تفاوت محيط رسوبي و همچنين تاثير عمق مختلف سربار ميباشد.

کلمات کليدی :

خاک لس . لس سيلتی . مقاومت برشی . مخاطرات ژئوتکنيکی . تک محوری

دومین کنفرانس ملی مکانیک خاک و مهندسی پی  (1394)

برای دانلود به ادامه مطلب بروید

ارزیابی خصوصیات ژئوتکنیکی خا کهای رس دار تثبیت شده با تثبیت کننده یونی مایع

قسمت عمدهای از خاک های موجود در طبيعت را خاک های رسدار تشکيل م يدهند. با توجه به خصوصيات خاص ژئوتکنيکي، به منظور بهبود خواص مهندسي از این نوع خاک ها و جهت تثبيت آن ها از مواد افزودني بهره گرفته مي شود. همچنين با توجه به گسترش روز افزون تکنولوژی، مصالح متنوع جدیدی كه عموماً توليدات شيميایي مایع هستند و به تثبيت كننده های نامتعارف معروفند، برای تثبيت بستر و اساس و زیر اساس راه پيشنهاد مي شوند. اغلب این توليدات فاقد اطلاعات آزمایشگاهي و ميداني قابل اطميناني هستند كه ادعاهای سازندگانشان، مبني بر تأثير قابل ملاحظه آن ها را بر بهبود خصوصيات خاک نشان دهد. سي بي ار سوپر + 4 محصولي تركيبي از مشتقات سنتزی بوده كه همچون یک لایه روغني روی ذرات خاک رس را مي پوشاند. در این تحقيق سه تركيب مختلف خاک ریزدانه رس دار (تهيه شده از محدوده شهر رشت) با خاک درشت دانه (ماسه انزلي) مورد مطالعه قرار گرفته است. پس از تهيه نمونه ها و تعيين مشخصات خاک شاهد، با افزودن محصول سي بي ار سوپر به آن ها، تغييرات حدود اتربرگ، آزمایش تک محوری و آزمایش نسبت باربری كاليفرنيا در حالت خشک مورد بررسي قرار گرفت. نتایج این مطالعه نشان ميدهد كه افزودن این محصول به خاک های رس دار سبب بهبود خواص مهندسي آن ها مي شود. تا جایيکه افزودن آن سبب كاهش 20 تا 30 درصدی شاخص خميری خاک ها ميگردد. در آزمایش تک محوری افزایش مقاومت فشاری در بعضي نمونه ها تا 80 درصد نيز مشاهده ميگردد. نتایج آزمایشات نشان ميدهد كه ظرفيت باربری خاک ها تا 3 برابر در نمونه های 7 روزه و تا 6 برابر در نمونه های 28 روزه افزایش مقاومت نشان دادهاند.

کلمات کلیدی:

خاک رس، سی بی ار سوپر + 4، حدود اتربرگ، تک محوری، نسبت باربری کالیفرنیا

نویسندگان :

محسن کرمی (کارشناس ارشد عمران – خاک و پی از دانشگاه گیلان)

مهیار عربانی (استاد گروه عمران دانشگاه گیلان)

علی هاشمی (استاد گروه کامپوزیت پژوهشگاه پلیمر و پتروشم یی ایران)

اولین کنفرانس ملی مهندسی ژئوتکنیک ایران (1392)

آزمایش فشاری ساده (تک محوری)  Unconfined Compression

هدف از آزمایش:

هدف از این آزمایش،اندازه گیری تقریبی مقاومت برشی یک خاک چسبنده می باشد.

وسايل آزمايش :

گريس + قوطي درصد رطوبت + چكش لاستيكي+ قالب وادوات تهيه نمونه تك محوري + الك نمره40 + خاك خشك به ميزان لازم ريزدانه چسبنده + آبفشان + گرمخانه + ترازو با دقت 0.1 + ويسكاتور

تئوری آزمایش:

مقاومت برشی خاکهای چسبنده از دو نوع مقاومت اصطکاکی ومقاومت چسبندگی ناشی می شود. مقاومت اصطکاکی تابع نیروهای وزنی است که بیشتر در خاکهای دانه ای به چشم می خورد و مقاومت چسبندگی تابع نیروهای سطحی است، باید توجه داشت که چسبندگی خاک یک پارامتر ثابت نبوده، تابعی از بارمنتقل شده توسط سازه خاک است، همچنین بستگی به بارهای بین دانه ای وچگونگی انجام آزمایش دارد. درحالی که هیچ بار جانبی به نمونه وارد نشود، چسبندگی به عنوان مقاومت برشی خاک مطرح می گردد.

آزمایش فشار تک محوری نوع ویژه ای از آزمایش برش سه محوری است. این آزمایش تعیین مقاومت فشاری یک استوانه خاک بدون هیچ بار جانبی است و مشابه آزمایش سه محوری تحکیم یافته زهکشی نشده و از آن میتوان برای تعیین چسبندگی  درخاکهای رسی استفاده کرد.

 مقاومت فشار تک محوری                                           

درنمونه های رسی اشباع، مقاومت نهایی با افزایش درصد رطوبت خاک کاهش می یابد. درخاکهای غیر اشباع نیز در صورتی که وزن مخصوص خشک خاک ثابت بماند، این مقاومت با افزایش درجه اشباع اندکی کاهش می یابد.

آزمایش فشاری تک محوری این مزیت را نسبت به آزمایش برش مستقیم دارد که تنش وکرنش ها به شکل یکنواخت درآن ایجاد می شود. همچنین سطح شکست، درضعیفترین قسمت رسی اتفاق می افتد.

تهیه نمونه :

شرایط تهیه نمونه باید منطبق بر واقعیت باشد،بدین مفهوم که درصورتی که شرایط واقعی اعمال بار بر نمونه دست نخورده باشد (نظیر پی یک سازه ) باید حتی المقدور نمونه دست نخورده تحت آزمایش واقع باشد ودر صورتی که نمونه ای از یک خاکریز تحت آزمایش است ،باید نمونه دست خورده با همان شرایط رطوبت وتراکم تهیه وآزمایش شود.این آزمایش بیشتر در مورد نمونه های دست نخورده کاربرد داردو محدود به خاکهایCL-ML,MH,ML,CH,CL می باشد.

تهیه نمونه دست خورده:

در این مورد می توان از نمونه های دست نخورده شکسته شده یاازخاک دست خورده استفاده کرد.درحالت اول نمونه در یک غشاء لاستیکی پیچیده شده، آنقدر ورز داده می شود تا کاملاً همگن گردد، به طوری که ازمحبوس شدن هوا در بین دانه های خاک جلوگیری شده ،درصد رطوبت طبیعی نمونه حفظ شود . درحالت دوم خاک در قالب مخصوص استوانه ای متراکم می شود. سپس دو انتهای نمونه کاملاً صاف می شود به طوری که به محور نمونه عمود باشد.بعد از آن قالب باز شده نمونه خارج می شود.

روش آزمایش:

همانند سایر آزمایشهای مقاومت برشی ،دراینجا نیز از هردو روش کرنش کنترل شده وتنش کنترل شده به کار می روند. روش ارائه شده برای حالت کرنش کنترل شده است.

1. نمونه را در جایگاه مخصوص خود در دستگاه آزمایش قرار می دهیم ،به طوری که محور عمودی آن نزدیک مرکز بارگذاری درصفحه بارگذاری باشد.اگر راستای نمونه بر صفحه های دستگاه عمود نباشد،خیلی زود منحنی تنش – کرنش به حالت افقی خود نزدیک می شود. برای تماس مطمئن تر می توان بار 5/0 کیلوگرم بر نمونه وارد کرد . این بار اولیه در نمونه یک تغییر مکان اولیه ایجاد می کند که باید در ابتدای آزمایش تصحیح شود.
2. گیج اندازه گیری بار وتغییر مکان را روی صفر تنظیم می کنیم .سپس بارگذاری را با آهنگ کرنش 5/0 تا 2 درصد در دقیقه اعمال می کنیم.
3. قرائتهای بارگذاری را دردرصد کرنشهای زیر اندازه گیری نمایید.

 20,18,16,14,12,10,8,6,5,4,3,2,1,0.5,0.2,0.1,0

  4. فشار همچنان بر نمونه اعمال می شود تا آنکه ترک در نمونه ظاهر شود یا آنکه منحنی تنش –کرنش از مقدار بیشینه خود عبور کند. در واقع قرائتها تا جایی که یکی از سه حالت زیر اتفاق افتد ادامه می یابد:

• بار در نمونه کاهش یابد.
• بار برای 4 قرائت یکسان شود.
• تغییر مکان تا 15 درصد (یا 20 تا 25 درصد) ادامه پیدا کرده باشد.

5. نمونه گسیخته شده را در اتاق مرطوب برده ،زاویه ترک را باافق اندازه می گیریم (باید توجه داشت که این زاویه بلافاصله پس از ایجاد ترک خوانده شود). نمونه گسیخته شده را به دقت بررسی می نماییم. این مشاهده در تهیه اطلاعات وارائه بهتر نتایج به ماکمک کی کند. نمونه را وزن کرده ،بعد از خشک کردن کامل آن در گرمخانه ،درصد رطوبت آن را به دست           می آوریم.

محاسبات:

محاسبات را بر اساس کرنش وتنشهای محوری انجام می دهیم ومقدار تنش نهایی () از روی منحنی های تنش – کرنش به دست می آید.

کرنش محوری از رابطه زیر به دست می آید:                

: تغییر طول نمونه خوانده شده از کرنش سنج

: طول اولیه نمونه

تنش لحظه ای را می توان از رابطه زیر به دست آورد:               

P: بار روی نمونه در لحظه قرائت

A: سطح مقطع نمونه در لحظه قرائت P

تعیین مقدار دقیق سطح مقطع در هر لحظه مهم است . سطح مقطع در هر لحظه را می توان با ثابت در نظر گرفتن حجم نمونه به دست آورد. در لحظه شروع آزمایش حجم نمونه عبارت است از:

بعد از تغییر طول نمونه ،حجم نمونه عبارت است از:                     

با تساوی این دو رابطه مساحت سطح مقطع واقعی در هر لحظه عبارت است از :

تنش برشی بیشینه  نصف تنش فشاری  است واز رابطه زیر به دست می آید:

(P ) نیروی فشاری = فاکتور کالیبراسیون نیروسنج * (قرائت اولیه نیروسنج – قرائت فعلی نیروسنج )

درصورتی که مقاومت اوجی وجود نداشته باشد ،مقاومت درکرنش حدود15% تا20% به عنوان مقاومت اوج فرض می شود وشیب قسمت اول منحنی تنش – کرنش به عنوان مدول الاستیسیته اولیه تغییر شکل محایبه می گردد.می توان از مدول سکانت که شیب خط راستی است که از مبداء به هر نقطه ازمنحنی وصل می شود استفاده کرد.