2-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………..8

2-2- تعریف خزش ……………………………………………………………………………….9

2-3- تعریف ژئوسنتتیک ………………………………………………………………………10

2-3-1- تاریخچه ژئوسنتتیک …………………………………………………………………11

2-4- هدف از بررسی تغییرشکل‌های خزشی …………………………………………….11

2-5- بررسی های آزمایشگاهی و نظریه های مربوط به رفتار وابسته به زمان در خاک‌ها…13

2-6- تغییرشکل های خزشی در خاک‌های رسی …………………………………………19

2-6-1- آزمایش خزشی یک بعدی ………………………………………………………….19

2-6-2- آزمایش خزشی سه محوری ……………………………………………………….20

2-7- تغییرشکل های خزشی در خاک‌های ماسه ای……………………………………..22

2-7-1- آزمایش خزشی یک بعدی…………………………………………………………..22

2-7-2- آزمایش خزشی سه محوری…………………………………………………………23

2-8- فاکتورهای تاثیرگذار بر ضریب تراکم ثانویه ……………………………………………..25

2-8-1- ارتباط شاخص تراکم و ضریب تراکم ثانویه ……………………………………….25

2-8-2- ارتباط تراکم ثانویه و سطوح تنش ………………………………………………..25

2-8-3- ارتباط تراکم ثانویه و فشار پیش تحکیمی ……………………………………….25

2-8-4- ضریب تراکم ثانویه رس های معدنی ایلیت، کائولونیت و اسمکتیت…………28

2-8-5- تغییرات ضریب فشار در حالت سکون K0 طی تراکم ثانویه ……………………29

2-8-6- ارتباط کرنش و زمان ………………………………………………………………30

2-9- رفتار خزشی خاک در سطح میکروسکوپیک…………………………………..32

2-9-1- خاک‌های رسی ………………………………………………………………….32

2-9-2- خاک‌های ماسه ای …………………………………………………………33

2-9-3- رفتار غیرخطی در تغییر شکل ماسه ……………………………………….33

2-9-4- رفتار خزشی ماسه در تنش های پایین …………………………………….34

2-9-5- رفتار خزشی و شکست ذرات ماسه در تنش‌های بالا …………………..35

2-10- تغییرات وابسته به زمان ساختار خاک …………………………………..37

2-11- خزش در ژئوسنتتیک ……………………………………………………..38

فصل سوم: مواد و روش پژوهش

3-1- مقدمه ………………………………………………………………………….42

3-2- مصالح استفاده شده …………………………………………………………44

3-2-1- خاک ماسه (ماسه اوتاوا) …………………………………………………….44

3-2-2- خاک رس (رس کائولونیتی) ………………………………………………44

3-3- ژئوسنتتیک ………………………………………………………………….45

3-3-1- ژئوتکستایل‌ها …………………………………………………………..45

3-3-1-1- ژئوتکستایل‌های بافنه نشده ………………………………………….46

3-4- بررسی های آزمایشگاهی …………………………………………………47

3-4-1- آزمایش دانه بندی …………………………………………………………..47

3-4-2- آزمایش چگالی نسبی …………………………………………………………48

3-4-3- آزمایش حدخمیری …………………………………………………………….49

3-4-4- آزمایش حدروانی ………………………………………………………………50

3-5- آماده سازی نمونه ها …………………………………………………………….51

3-6- استاندارد دستگاه تحکیم ………………………………………………………..52

3-6-1- استاندارد بارگذاری آزمایش تحکیم یک بعدی………………………………55

3-6-2- آزمایش‌های تک مرحله‌ای، چندمرحله‌ای و بارگذاری-باربرداری بر نمونه های ماسه رس‌دار مسلح نشده…57

3-6-2-1- آزمایش خزشی تک مرحله‌ای ……………………………………….58

3-6-2-2- آزمایش خزشی چندمرحله‌ای …………………………………………..58

3-6- 2-3- آزمایش خزشی بارگذاری-باربرداری ……………………………………58

3-6- 2-4- آزمایش‌های خزشی تک مرحله‌ای بر نمونه های ماسه ای مسلح شده با الیاف ژئوتکستایل…59

فصل چهارم: نتایج و یافته های پژوهش

4-1- مقدمه ………………………………………………………………………….61

4-2- نتایج آزمایش‌های تک مرحله‌ای، چندمرحله‌ای و بارگذاری – باربرداری بر نمونه های ماسه رس‌دار….61

4-3- نتایج آزمایش‌های تک مرحله‌ای بر نمونه های ماسه رس‌دار مسلح شده با الیاف ژئوتکستایل….69

4-4-  تاثیر آب منفذی بر شاخص تراکم (Cc) …………………………………….75

4-5- تاثیر سطوح تنش بر ضریب تراکم ثانویه (Cα)……………………………..75

4-6- تاثیرمسلح کردن خاک با الیاف ژئوتکستایل بر تراکم ثانویه……………..76

4-7- تاثیر تاریخچه تنش بر تراکم ثانویه……………………………………………76

این مطلب را هم بخوانید :

فصل پنجم: نتیجه گیری و بحث

5-1- نتیجه گیری …………………………………………………………………….79

پیشنهادات…………………………………………………………………………….81

فهرست منابع و مآخذ………………………………………………………………..82

چکیده:

رفتار تراکم‌پذیری خاک‌ها به نگرانی مهمی در مهندسی ژئوتکنیک تبدیل شده است. با اجرای ساختمان‌ها، خاکریزها و جاده‌ها، اغلب نشست‌های قابل توجهی رخ می‌دهد. از آنجائیکه نشست‌های دراز مدت در اثر خزش اتفاق می‌افتد، بنابراین محاسبه و پیش‌بینی نشست‌های خزشی اهمیت زیادی دارد. زمانی که خاک تحت بارگذاری ثابتی قرار می‌گیرد، با زایل شدن کامل فشار آب حفره‌ای، تغییرشکل‌هایی با گذشت زمان رخ می‌دهد که با عنوان تراکم ثانویه و یا خزش شناخته می‌شود. مکانیسم‌ها و فاکتورهای تأثیرگذار بر رفتار خزشی خاک‌های ماسه‌ای هنوز به طور کامل شناخته نشده است. در این مطالعه، آزمایش تحکیم یک بعدی تک‌مرحله‌ای، چندمرحله‌ای و بارگذاری-باربرداری بر روی نمونه‌های خاک ماسه‌ای رس‌دار مسلح نشده و مسلح شده باالیاف ژئوتکستایل انجام شده و تأثیر مسلح شدن خاک با الیاف ژئوتکستایل، تاثیر سطوح تنش، تاریخچه تنش و آب حفره‌ای بر تغییرشکل‌های خزشی مورد مطالعه قرار گرفته و مکانیسم خزشی با در نظر گرفتن لغزش‌، برخورد و تغییرشکل ذرات بیان شده است. نتایج به دست آمده براساس ارتباط تخلخل  و ضریب تراکم ثانویه شرح داده شده است. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد که در تنش‌های پایین تغییرشکل‌های خزشی در نمونه‌های اشباع بزرگتر از نمونه‌های خشک می‌باشد ولی با افزایش تنش، تغییرشکل‌های خزشی در نمونه‌های اشباع‌ کاهش و در نمونه‌های خشک افزایش می‌یابد. علاوه بر این در آزمایش بارگذاری-باربرداری، سرعت خزش بیشتر از آزمایش تک مرحله‌ای می‌باشد و این آزمایش در تسریع خزش موثر است. در نمونه‌های مسلح شده، با افزایش درصد ژئوتکستایل در تنش‌های یکسان، در نمونه‌های اشباع تغییرشکل‌های خزشی کاهش و در نمونه‌های خشک تغییرشکل‌های خزشی افزایش می‌یابد.

فصل اول: کلیات پژوهش

1-1- مقدمه

رفتار تراکم پذیری خاک‌ها به نگرانی مهمی در مهندسی ژئوتکنیک تبدیل شده است. با اجرای ساختمان‌ها، خاکریزها، جاده‌ها و … اغلب نشست‌های قابل توجهی ایجاد می‌شود. این نشست‌ها را مخصوصاً زمانی می‌توان خیلی مهم تلقی نمود که فونداسیون سازه متشکل از لایه‌های عمیق رسی باشد. پیش‌بینی رفتار خاک بعد از ماه‌ها و یا سال‌ها با استفاده از دانش امروزی، چالش مهمی در مهندسی ژئوتکنیک می‌باشد. زمانی که خاک تحت بارگذاری ثابتی قرار می‌گیرد، باگذشت زمان تغییرشکل‌هایی را تجربه می‌کند که خزش نامیده می‌شود. تغییرشکل‌های وابسته به زمان، به خصوص زمانی که تغییرشکل‌های دراز‌مدت مطرح می‌شود، در مهندسی ژئوتکنیک اهمیت زیادی دارند. این تغییرشکل‌ها، شامل نشست سازه بر روی زمین‌های تراکم پذیر، حرکات شیب‌های طبیعی و یا گودبرداری شده، فشرده شدن زمین‌های نرم اطراف تونل و… می‌باشد.

استفاده از مصالح ژئوسنتتیک، از اواسط دهه هفتاد میلادی در دنیا اوج گرفته است. در بین این مصالح ژئوتکستایل‌ها و پس از آن ژئوممبرین‌ها بیشترین کاربرد را در بین مصارف گوناگون یافته‌اند. ژئوسنتتیک‌ها از مواد پلیمری تشکیل شده‌اند که همراه با مصالح طبیعی مثل خاک و سنگ در سازه‌های مهندسی بکار می‌روند. ژئوتکستایل‌ها عملکرد بسیار خوبی در رابطه با پخش و یکنواخت کردن تنش‌ها یا نیروها در یک سطح بیشتری داشته و به نحو مطلوبی مانع گسیختگی‌های نقطه‌ای و موضعی می‌شود. مصالح بنایی و خاکریزها تنش‌های فشاری را به نحو مطلوبی می‌توانند تحمل کنند در حالیکه درکشش ضعیف هستند. در حقیقت عملکرد الیاف در عمق معینی از خاک را می‌توان مشابه رفتار میلگردهای فولادی در بتن دانست. یک خصوصیات دیگر ژئوتکستایل‌ها، خاصیت ارتجاعی آن‌هاست و این امر موجب می شود که خاکی که با الیاف تقویت شده و تحت اثر بار خارجی دچار نشست شده است، بعد از حذف بار به حالت اولیه بر می‌گردد. مطالعات تئوری نشان می‌دهد که استفاده از الیاف ژئوتکستایل در خاک‌ها  باعث افزایش مقاومت و ضریب ارتجاعی خاک می‌شود ( محمد بلوچی، زینب قناد. 1389). با توجه به کاربرد ژئوسنتتیک‌ها، مطالعه تاثیرات آن‌ها بر رفتار خزشی ضروری بنظر می‌رسد.

2-1- پیشینه تحقیق

خاك به عنوان مصالح ساختمانی در مهندسی عمران در طرح‌های مهمی به كار گرفته می‌شود. انسان روی خاك زندگی می‌كند و انواع مختلف سازه همانند خانه‌ها، راه‌ها، پل‌ها و … را احداث می‌نماید. بنابراین مهندسان عمران باید به خوبی خواص خاك از قبیل مبداء پیدایش، دانه‌بندی، قابلیت زهكشی آب، نشست، مقاومت برشی، ظرفیت باربری و غیره را مطالعه نموده و رفتار خاك را در نتیجه فعالیت انسان پیش‌بینی نمایند. تاریخچه فهم رفتار خزشی خاک‌های رسی به قرن 19 بر می‌گردد. از جمله مثال‌های کلاسیکی می‌توان به نشست برج پیزا در ایتالیا اشاره کرد، به‌طوری که بر اثر خزش، برج حدود 5/1 متر نشست کرده و به یک سمت کج شده است و هم‌اکنون نیز برج مستعد نشست کردن می‌باشد. انحراف برج حدود 5/5 درجه می‌باشد. شرایط ژئولوژیکی سازه و نشست متغیر با زمان در شکل‌1-1 آورده شده است.

زمانی که خاک اشباع تحت بارگذاری ثابتی قرار می‌گیرد، با زایل شدن فشار آب حفره‌ای تنش‌های موثر با گذشت زمان افزایش می‌یابند، به عبارتی تحکیم اولیه اتفاق می‌افتد. مقدار قابل توجهی از نشست‌ها طی تحکیم اولیه اتفاق می‌افتد و نسبت تحکیم اولیه را می‌توان با استفاده از ضریب تحکیم Cv بیان نمود. بعد از زایل شدن کامل فشار آب حفره‌ای اگر بارگذاری برروی خاک حفظ شود، یک سری تغییرشکل‌های با گذشت زمان اتفاق می‌افتد که تراکم ثانویه یا خزش نامیده می‌شود. نسبت تراکم ثانویه را می‌توان با ضریب Cα بیان نمود. بنابراین محاسبه و پیش بینی این نشست‌های دراز مدت اهمیت زیادی دارد.

یک سری تحقیقاتی در زمینه ضریب تراکم ثانویه حدود یک دهه بعد از تئوری ترزاقی[1] (1925) به عمل آمد که بیانگر تراکم خاک‌های رسی در اثر زایل شدن فشار آب منفذی بود. مطالعات آزمایشگاهی انجام شده توسط تیلور[2] (1942) و بیوسمن[3] (1936) به طور واضح، تاثیر زمان بر تراکم پذیری رس را بیان می‌نمود. بیوسمن (1936) رابطه نشست-لگاریتم زمان را تحت تنش ثابت برای خاک‌های رسی به صورت خطی بیان نمود. تیلور (1942) برای اولین بار مدل وابسته به زمان را به منظور شرح رفتار خزشی خاک‌های رسی که در آن تحکیم اولیه و تراکم ثانویه به عنوان دو فرایند مجزا در نظر گرفته می‌شود را ارائه نمود. بجروم[4] (1967) به منظور شرح رفتار خزشی و فشار بیش تحکیمی ناشی از تاثیرات خزش، مدلی را که در آن تحکیم اولیه و تراکم ثانویه به صورت کوپل عمل می‌کنند، ارائه داد. اگرچه تحکیم اولیه و تراکم ثانویه از آغاز بارگذاری به صورت کوپل عمل می‌کنند، اما تراکم ثانویه در پایان تحکیم اولیه اتفاق می‌افتد. چون سرعت خزش پایین‌تر از تحکیم اولیه می‌باشد بنابراین تغییرشکل‌های خزشی را طی تحکیم اولیه نمی‌توان لحاظ نمود. زمانی که تحکیم اولیه زمان زیادی طول بکشد (به عنوان مثال برای لایه‌های ضخیم رسی) می‌توان تاثیر همزمان خزش و تحکیم اولیه را در نظر گرفت. بررسی‌های آزمایشگاهی انجام شده بر لایه‌های نازک رسی نشان می‌دهد که تحکیم اولیه در مدت زمان کوتاهی اتفاق می‌افتد، بنابراین خزش در مرحله تحکیم اولیه را می‌توان نادیده گرفت. ژانگ و همکاران[5] (2006)، مجیا و همکاران[6] (1988) با انجام آزمایش‌های خزشی تحکیم یک بعدی بر روی نمونه‌های ماسه‌ای در تنش‌های پایین به این نتیجه رسیدند که مقادیر تغییرشکل های خزشی در ماسه با افزایش سطوح تنش، افزایش می‌یابد.

مطالعات صورت گرفته در زمینه تغییرشکل‌های خزشی نشان می‌دهد، ترکیبات معدنی (مواد معدنی موجود در خاک)، سطوح تنش، تاریخچه تنش، مایع منفذی، شرایط زهکشی و ساختار خاک به عنوان پارامترهای مهم تأثیرگذار بر رفتار خزشی می‌باشند (سواجان وارادارجان[7]. 2011). اگرچه تأثیر این پارامترها بطور کامل مشخص نشده است، بنابراین در این مطالعه با استفاده از نتایج آزمایشگاهی تأثیر مسلح شدن خاک با الیاف ژئوتکستایل بر تغییرشکل‌های خزشی، تاثیر سطوح تنش، تاریخچه تنش و فشار آب حفره‌ای مورد مطالعه قرار گرفته و مکانیسم خزشی با در نظر گرفتن لغزش‌، برخورد و تغییرشکل ذرات شرح داده شده است.