دانشگاه آزاد اسلامي
واحد اهـر
دانشکدهي علوم پايه-گروه زمين شناسي
پايان نامه براي دريافت درجهي کارشناسي ارشد “M.S.”
گرايش: زمين شناسي مهندسي
عنوان:
بررسي ميزان اعتبار پارامترهاي ژئوتكنيكي مسير خط 2 قطار شهري تبريز
استاد راهنما:
دکتـر قدرت برزگري
نگارش:
مصطفي صاحب خواجه
تابستان 1393
تقديم به :
پدر و مادر عزيزم
و به تمام آزاد مرداني که نيک مي انديشند و عقل و منطق را پيشه خود نموده و جز رضاي الهي و پيشرفت و سعادت جامعه، هدفي ندارند.
تشکر و قدرداني
اي خداي آسمان برافراشته و فضاي نگاه داشته! که آن را زمين? پيدايش شب و روز، و جريان گردش ماه و خورشيد، و مسير آمد شد ستارگان سيار قرار داده اي، و جايگاه گروهي از فرشتگانت ساخته اي که از عبادت تو خسته نمي گردند. و اي پروردگار اين زمين! که آن را جايگاه سکونت انسان ها، و پديده هاي ديدني و ناديدني غيرقابل شمارش قرار داده اي، و اي پروردگار کوه هاي بلند و پابرجا! که آن را براي زمين چونان ميخ هاي محکم، و براي مخلوقات تکيه گاهي مطمئن ساخته اي، همانا ستايش مخصوص ذات توست.
بدون شک جايگاه و منزلت معلم، اجّل از آن است که در مقام قدرداني از زحمات بي شائبه ي او، با زبان قاصر و دست ناتوان، چيزي بنگاريم.
اما از آنجايي که تجليل از معلم، سپاس از انساني است که هدف و غايت آفرينش را تامين مي کند و سلامت امانت هايي را که به دستش سپرده اند، تضمين؛ بر حسب وظيفه و از باب ” من لم يشکر المنعم من المخلوقين لم يشکر اللَّه عزّ و جلّ” :
ازپدر و مادر عزيزم اين دو معلم بزرگوارم که همواره بر کوتاهي و درشتي من، قلم عفو کشيده و کريمانه از کنار غفلت هايم گذشته اند و در تمام عرصه هاي زندگي يار و ياوري بي چشم داشت براي من بوده اند؛
از استاد با کمالات و شايسته؛ جناب آقاي دکتر برزگري که در کمال سعه صدر، با حسن خلق و فروتني، از هيچ کمکي در اين عرصه بر من دريغ ننمودند و زحمت راهنمايي اين رساله را بر عهده گرفتند؛
از استاد صبور جناب آقاي دکترعبدي ، مديريت محترم گروه زمين شناسي، که مساعدت ايشان، همواره راهگشاي اينجانب بود؛
و از استاد فرزانه؛ جناب آقاي مهندس عزيز رنجبري که زحمت مطالعه اين رساله را متقبل شدند؛ کمال تشکر و قدرداني را دارم.
از اساتيد ارجمند گروه زمين شناسي، معاونت پژوهشي و تحصيلات تکميلي دانشگاه آزاد اسلامي اهر همچنين مدير گروه ارجمند جناب آقاي مهندس بلوکي نهايت تشکر را دارم و همچنين از مدير عامل وقت سازمان قطار شهري تبريز جناب آقاي مهندس انصاري که در ارائه اطلاعات مساعدت نموده صميمانه سپاسگذاري مي گردد.
باشد که اين خردترين، بخشي از زحمات آنان را سپاس گويد.
چکيده
در برنامه مطالعات ژئوتکنيک، شناسايي خصوصيات مهندسي خاک در اعماق مختلف با استفاده از آزمايش‌هاي صحرايي (برجا) و آزمايشگاهي انجام مي‌گردد. در خاک‌هاي درشت‌دانه به دليل دست‌خوردگي خاک در هنگام تهيه نمونه و ارسال آن به آزمايشگاه، از آزمايش‌هاي صحرايي استفاده مي‌گردد. مطالعه ارتباط بين نتايج آزمايش‌هاي آزمايشگاهي و صحرايي و اعتبارسنجي آن‌ها مي‌تواند ميزان خطاهاي موجود در روش‌هاي مختلف انجام آزمايش را مشخص ساخته و استفاده بهينه از نتايج به‌دست‌آمده براي شناسايي خواص مهندسي خاک و پارامترهاي مختلف آن را فراهم سازد.
در اين تحقيق، نتايج آزمايش‌هاي مطالعات ژئوتکنيکي خط 2 متروي تبريز موردبررسي قرارگرفته است. از نتايج آزمايش سه محوري و همچنين آزمايش نفوذ استاندارد استفاده‌شده و رابطه تجربي براي برآورد مقاومت برشي زهکشي نشده خاک‌هاي ريزدانه بر اساس عدد نفوذ استاندارد ارائه گرديده است. در مرحله بعد از نتايج آزمايش تعيين سرعت موج برشي (Downhole) و عدد نفوذ استاندارد براي بررسي همبستگي بين اين دو پارامتر استفاده‌شده و رابطه‌اي تجربي براي سرعت موج برشي بر پايه عدد نفوذ استاندارد براي خاک‌هاي ريزدانه و درشت‌دانه به‌صورت جداگانه ارائه‌شده است. همچنين با استفاده از داده‌هاي آزمايش مقاومت فشاري تک‌محوري و نفوذ استاندارد رابطه تجربي براي ارزيابي مدول الاستيسيته بر پايه نتايج آزمايش نفوذ استاندارد ارائه‌شده است. درنهايت رابطه بين نتايج آزمايش نفوذ استاندارد و برش مستقيم روي خاک‌هاي ماسه‌اي مسير خط 2 متروي تبريز مورد ارزيابي قرارگرفته است.
نتايج بررسي‌ها نشان مي‌دهد که رابطه پيشنهادشده در اين تحقيق براي مقاومت برشي زهکشي نشده بر اساس عدد نفوذ استاندارد تطابق خوبي با روابط ارائه‌شده توسط آقايان Fazeli، Bowels، Terzaghi & Peck دارد؛ و خط بهينه ترسيم‌شده براي مدول الاستيسيته در برابر عدد نفوذ استاندارد برازش نسبتاً خوبي را نمايش مي‌دهد و از بين روابط مرجع، رابطه ارائه‌شده توسط Das و Behpoor & Ghanbari ازلحاظ قياس‌هاي آماري قرابت بيشتري را نشان مي‌دهد. رابطه پيشنهادشده در اين تحقيق براي زاويه اصطکاک داخلي بر اساس عدد نفوذ استاندارد تطابق خوبي با روابط ارائه‌شده توسط آقايان Peck دارد. درنهايت روابط ارائه‌شده براي خاک‌هاي ريزدانه (سرعت موج برشي بر اساس عدد نفوذ استاندارد) تطابق خوبي با روابط ارائه‌شده توسط آقايان Lee, S. H. (1990) و Dikmen, U. (2009) دارد.
کليدواژه‌ها: روابط تجربي، آزمايش نفوذ استاندارد، آزمايش سه محوري، برش مستقيم، آزمايش (Downhole)، مسير خط 2 متروي تبريز
فصل اول : كليات تحقيق1
1-1-بيان مسئله2
1-2- فرضيات تحقيق4
1-3- اهداف تحقيق4
1-4 – تعريف متغيرها5
1-5 – روش تحقيق5
1-6 – ساختار پايان نامه6
1-7 – تعريف واژه‌ها و اصطلاحات فني و تخصصي6
فصل دوم:‌‌ مباني نظري و پيشينه تحقيق11
2-1- اهميت برآورد پارامترهاي ژئوتکنيکي در پروژه هاي عمراني11
2-2- مقاومت برشي زهکشي نشده (Su)12
2-3-برآورد مقاومت برشي از آزمايش هاي آزمايشگاهي13
2-3-1- آزمايش تک محوري13
2-3-2- آزمايش سه محوري15
2-3-4- خطا در اندازه گيري19
2-4- برآورد مقاومت برشي زهکشي نشده از آزمايشهاي برجا20
2-4-1- آزمايش نفوذ استاندارد (SPT)21
2-4-1-1 ضرايب اصلاحي در آزمون نفوذ استاندارد25
2-5- مروري بر مطالعات پژوهشگران پيشين پيرامون رابطه ميان مقاومت برشي زهکشي نشده (Su) و N27
2-6- مدول الاستيک خاک (Es)29
2-7- تعيين مدول الاستيک (Es)29
2-8- مروري بر مطالعات پژوهشگران پيشين پيرامون رابطه ميان (Es) و N30
2-9- زاويه اصطکاک داخلي ماسه32
2-9-1- ارزيابي زاويه اصطکاک ماسه از آزمايش هاي برجا و آزمايش هاي آزمايشگاهي32
2-9-2 مروري بر مطالعات پژوهشگران پيشين پيرامون رابطه ميان ?? و N33
2-10- سرعت موج برشي ((Vs35
2-11- اندازه گيري سرعت موج برشي از طريق آزمايش درون گمانه اي (DHT)35
2-12- مروري بر مطالعات پژوهشگران پيشين پيرامون رابطه ميان Vsو N37
2-13- پيشينه مطالعات در مورد زمين شناسي مهندسي مترو تبريز40
فصل سوم:‌ مواد و روش ها41
3-1- مقدمه42
3-2- محدوده مورد مطالعه43
3-3- مواد مورد استفاده47
3-4- روشهاي مورد استفاده48
3-5- موقعيت جغرافيايي و شرايط آب و هوايي50
3-6- زمين شناسي عمومي منطقه51
3-7- زمين شناسي شهر تبريز53
3-8- وضعيت سايزموتکتونيکي تبريز58
3-9- زمين شناسي مهندسي منطقه مورد مطالعه60
3-9-1 وضعيت آب زيرزميني و تغييرات نفوذپذيري محدوده مورد مطالعه67
3-11- جامعه و نمونه آماري، روش نمونه‌گيري و حجم نمونه70
3-12- ابزار گرد آوري اطلاعات71
3-12-1- نقشه ها71
3-12-2- دستگاه هاي مورد استفاده در پژوهش71
3-12-3- نرم افزارهاي استفاده شده71
3-13- محدوديت هاي مطالعه71
فصل چهارم:‌ نتايج72
4-1- مقدمه73
4-2- بررسي تغييرات پارامترهاي ژئوتکنيکي در محدوده مورد مطالعه74
4-2-1 عدد نفوذ استاندارد (NSPT)74
4-2-2- دانه بندي خاک82
4-2-3- ميزان چسبندگي (C) و زاويه اصطکاک داخلي (?)82
4-2-4- مدول الاستيسيته (E)92
4-2-5 مقاومت برشي زهکشي نشده (Su)94
4-3- بررسي ميزان اعتبار آزمايش SPT براي مقاومت برشي زهکشي نشده98
4-3- بررسي ميزان اعتبار آزمايش SPT براي مدول الاستيسيته104
4-4- بررسي ميزان اعتبار آزمايش SPT براي زاويه اصطکاک داخلي109
4-5- بررسي ميزان اعتبار آزمايش SPT براي سرعت موج برشي114
4-6- تجزيه و تحليل آماري داده ها119
فصل پنجم:‌ بحث و نتيجه گيري124
5-1- جمع بندي125
5-2- نتيجه گيري128
5-3- پيشنهادات129
مراجع فارسي131
مراجع غير فارسي132
فهرست جداول
جدول صفحه
جدول (2-1): خطاهاي موجود در اندازه گيري خواص مکانيکي خاک ها به روش آزمايشگاهي (look, 2007)20
جدول (2-2): روشهاي مرسوم در تفسير Su بر مبناي داده هاي آزمايش هاي برجا (FHWA, 2002)21
جدول (2-3): مزايا و معايب آزمايش (lunne et al, 1994) SPT22
جدول(2-4): برخي از موارد تاثير گذار بر نتايج SPT (CFEM, 2006)23
جدول(2-5): ضرايب اصلاح براي اعداد نفوذ استاندارد (NCEER, 1996-1998)26
جدول (2-6): رابطه بين qu-N(SPT) (ترازقي و پک 1967)27
جدول (2-7): همبستگي بين NSPT و Su28
جدول (2-8): روابط مدول الاستيک از آزمونهاي SPT & CPT (Bowles, 1996)30
جدول (2-9): روابط رايج همبستگي بين E و N (قضاوي و لطيفي، 1389)31
جدول(2-10): مدول الاستيک از آزمونهاي متعدد32
جدول (2-11): همبستگي ميان زاويه اصطكاك داخلي و عدد نفوذ استاندارد35
جدول (2-12): همبستگي بين SPT-N و Vs ( Bellana, 2009)39
جدول (3-1) مشخصات گمانه‌هاي حفاري شده در طول مسير خط 2 قطار شهري تبريز47
جدول (3-2): حجم داده هاي مورد مطالعه در گزارش ژئوتکنيکي خط 2 متروي تبريز70
جدول (4-1) تغييرات چسبندگي و زاويه اصطکاک داخلي براساس نوع خاک (بر پايه نتايج آزمايشهاي برش مستقيم )85
جدول (4-2): تغييرات پارامترهاي مدول الاستيسيته بر اساس آزمايش تک محوري در طول خط 2 متروي تبريز82
جدول (4-3): نتايج آزمايش‌هاي سه محوري94
جدول (4-5): مدول الاستيسيته و عدد نفوذ استاندارد متناظر104
جدول (4-6): زاويه اصطکاک داخلي و عدد نفوذ استاندارد متناظر109
جدول (4-7): سرعت موج برشي براي خاکهاي ريز دانه و درشت دانه و عدد نفوذ استاندارد متناظر114
جدول (4-8): مشخصات روابط بررسي شده در شکل (4-36)117
جدول (4-9): نتايج پارامترهاي توصيفي آماري مربوط به پارامترهاي ژئوتکنيکي خط 2 متروي تبريز119
فهرست اشكال
شكل صفحه
شکل (2-1) : تنش-کرنش اندازه گيري شده براي آزمايش فشاري محدود نشده (Mayne, 2001)14
شکل(2-2): نمونه اي از دستگاه تک محوري (Mayne, 2001)15
شکل(2-4): دواير تنش موهر – کولمب براي آزمايش هاي تحکيم يافته زهکشي نشده (Mayne, 2001)17
شکل(2-5): دستگاه هاي آزمايش برش مستقيم: (a) دستگاه مکانيکي ;Wykeham Farrance (b) دستگاه برش الکترومکانيکي ;(GeoComp crop) (c) مقطع جعبه برش; (d) برش مستقيم ساده NGI (Mayne, 2001)19
شکل(2-6): توالي نفوذ نمونه گير اسپيلت بارل طي آزمايش نفوذ استاندارد (ADSC,1995)25
شکل (2-7): برآورد زاويه اصطکاک داخلي بر اساس عدد نفوذ استاندارد نرماليزه شده (Mayne, 2001)33
شکل (2-8): روشهاي نصب و کاهش داده ها براي بررسي هاي لرزه اي درون گمانه اي (Mayne, 2001)36
شکل (3-1) : نمايش موقعيت منطقه مورد مطالعه44
شکل (3-2): نمايش گمانه هاي مورد مطالعه در طول خط 2 متروي تبريز بروي تصوير ماهواره اي45
شکل (3-3): روند عمومي خط 2 متروي تبريز و پروفيل طولي آن46
شکل (3-4): تصاويري از عمليات حفاري توسط دستگاه OGB (تصوير سمت راست) و دستگاه حفاري SKB449
شکل (3-5): حفر چاهک دستي توسط مقني50
شکل (3-6): مغزه هاي حفاري گمانه هاي مطالعاتي در جعبه هاير چوبي جهت انتقال به آزمايشگاه50
شکل (3-7): موقعيت منطقه در زون ساختاري ايران (درويش زاده، 1370)52
شکل (3-8): موقعيت منطقه مورد مطالعه بروي نقشه پراکندگي نوع سنگ (سازمان زمين شناسي و اکتشافات معدني،1380)53
شکل (3-9): ستون چينه شناسي محدوده شهر تبريز (عمران راهور، 1388)54
شکل (3-10): مسير تونل خط 2 متروي تبريز و موقعيت گمانه هاي حفاري شده بروي نقشه زمين شناسي منطقه طرح55
(قسمتي از نقشه زمين شناسي تبريز به مقياس 000/100: 1 – سازمان زمين شناسي كشور)55
شکل (3-11): نقشه گسلهاي اصلي موجود در گستره 150 کيلومتري محدوده طرح (تهران پادير، 1374)59
شكل (3-12) مقطع زمين شناسي محدوده مورد مطالعه ناحيه1 (عمران راهور، 1388)61
شكل 3-13) مقطع زمين شناسي محدوده مورد مطالعه ناحيه2 (عمران راهور، 1388)62
شكل (3-14) مقطع زمين شناسي محدوده مورد مطالعه ناحيه3 (عمران راهور، 1388)64
شكل (3-15) مقطع زمين شناسي محدوده مورد مطالعه ناحيه4 (عمران راهور، 1388)65
شكل (3-16) مقطع زمين شناسي محدوده مورد مطالعه ناحيه5 (عمران راهور، 1388)66
شکل (3-17): تغييرات سطح آب زيرزميني و نفوذپذيري در طول مسير خط 2 متروي تبريز68
شکل(3-18): مقطع زمين شناسي مسير خط 2 متروي تبريز (عمران راهور، 1388)69
شکل (4-1): تغييرات عدد نفوذ استاندارد در طول خط 2 متروي تبريز75
شکل(4-2): پروفيل تغييرات عدد نفوذ استاندارد در طول خط 2 متروي تبريز76
شكل (4-3) تغييرات عدد SPTاصلاح شده با عمق در گمانه‌هاي ناحيه اول77
شكل (4-4) تغييرات عدد SPTاصلاح شده با عمق در گمانه‌هاي ناحيه دوم78
شكل (4-5) تغييرات عدد SPTاصلاح شده با عمق در گمانه‌هاي ناحيه سوم79
شكل (4-6) تغييرات عدد SPTاصلاح شده با عمق در گمانه‌هاي ناحيه چهارم80
شكل (4-7) تغييرات عدد SPTاصلاح شده با عمق در گمانه‌هاي ناحيه پنجم81
شکل(4-8) : طبقه بندي تغييرات دانه بندي در طول خط 2 متروي تبريز83
شکل(4-9): تغييرات دانه بندي خاکها در طول خط 2 متروي تبريز84
شکل (4-10): تغييرات چسبندگي در طول خط 2 متروي تبريز 90
شکل (4-11): تغييرات زاويه اصطکاک در طول خط 2 متروي تبريز91
شکل (4-12):پروفيل تغييرات مدول الاستيسيته در طول خط 2 متروي تبريز93
شکل (4-13): ميزان تغييرات مقاومت برشي زهکشي نشده در طول خط 2 متروي تبريز97
شکل (4-14): نمودار همبستگي بين عدد نفوذ استاندارد و مقاومت برشي زهکشي نشده در طول خط 2 متروي تبريز99
شکل(4-15): (الف) مقاومت برشي زهکشي نشده بدست آمده براساس آزمايش سه محوره (ب) مقاومت برشي زهکشي نشده بدست آمده از رابطه تجربي براساس عدد نفوذ استاندارد100
شکل (4-16): نمودار تغييرات بين مقاومت برشي زهکشي نشده و عمق در طول خط 2 متروي تبريز101
شکل (4-17): نمودار همبستگي بين درصد رطوبت طبيعي و مقاومت برشي زهکشي نشده در طول خط 2 متروي تبريز101
شکل (4-18): نمودار همبستگي بين شاخص رواني و مقاومت برشي زهکشي نشده در طول خط 2 متروي تبريز102
شکل (4-19): مقايسه رابطه پيشنهادي براي خاکهاي ريز دانه با تعدادي از روابط تجربي ديگر103
شکل (4-20): شماي کلي از پارامترهاي ژئوتکنيکي تاثيرگذار بررسي شده بر مقاومت برشي زهکشي نشده103
شکل (4-21): نمودار همبستگي بين عدد نفوذ استاندارد و مدول الاستيسيته در طول خط 2 متروي تبريز105
شکل(4-22): (الف) مدول الاستيسيته بدست آمده براساس آزمايش تک محوره (ب) مدول الاستيسيته بدست آمده از رابطه تجربي براساس عدد نفوذ استاندارد106
شکل (4-23): نمودار تغييرات بين عمق و مدول الاستيسيته در طول خط 2 متروي تبريز107
شکل (4-24): نمودار همبستگي بين درصد رطوبت طبيعي و مدول الاستيسيته در طول خط 2 متروي تبريز107
شکل (4-25): مقايسه رابطه پيشنهادي براي خاکهاي مورد مطالعه با تعدادي از روابط تجربي ديگر108
شکل (4-26): شماي کلي از پارامترهاي ژئوتکنيکي تاثيرگذار بررسي شده بر مقاومت برشي زهکشي نشده109
شکل (4-27): نمودار همبستگي بين عدد نفوذ استاندارد و زاويه اصکاک داخلي در طول خط 2 متروي تبريز110
شکل(4-28): (الف) زاويه اصطکاک داخلي بدست آمده براساس آزمايش برش مستقيم(ب) زاويه اصطکاک بدست آمده از رابطه تجربي براساس عدد نفوذ استاندارد111
شکل (4-29): نمودار همبستگي بين عمق و زاويه اصکاک داخلي در طول خط 2 متروي تبريز112
شکل (4-30): نمودار تغييرات بين ميزان رطوبت و زاويه اصکاک داخلي در طول خط 2 متروي تبريز112
شکل (4-31): مقايسه رابطه پيشنهادي براي خاکهاي مورد مطالعه با تعدادي از روابط تجربي ديگر113
شکل (4-32): شماي کلي از پارامترهاي ژئوتکنيکي تاثيرگذار بررسي شده بر زاويه اصطکاک داخلي113
شکل (4-33): نمودار همبستگي بين SPT-N و Vs براي خاکهاي درشت دانه115
شکل (4-34): نمودار همبستگي بين SPT-N و Vs براي خاکهاي دانه ريز115
شکل (4-35): نمودار همبستگي بين Vs محاسبه شده از روابط تجربي و Vs بدست آمده از آزمايش لرزه اي116
شکل(4-36): (الف) سرعت موج برشي بدست آمده براساس آزمايش درون گمانه اي(ب) سرعت موج برشي بدست آمده از رابطه تجربي براساس عدد نفوذ استاندارد117
شکل (4-37): هيستوگرام داده هاي مربوط به مقاومت برشي زهکشي نشده در طول خط دو متروي تبريز (بر حسب کيلوگرم بر سانتي متر مربع)120
شکل (4-38): هيستوگرام داده هاي مربوط به عدد نفوذ استاندارد در طول خط دو متروي تبريز120
شکل (4-39): هيستوگرام داده هاي مربوط به مدول الاستيسيته در طول خط دو متروي تبريز (بر حسب کيلوگرم بر سانتي متر مربع)121
شکل (4-40): هيستوگرام داده هاي مربوط به زاويه اصطکاک داخلي در طول خط دو متروي تبريز (بر حسب کيلوگرم بر سانتي متر مربع)122
شکل (4-41): هيستوگرام داده هاي مربوط به سرعت موج برشي در طول خط دو متروي تبريز (بر حسب متر بر ثانيه)123
فصل اول :
كليات
1-1-بيان مسئله
خط 2 متروي تبريز، با طول کلي حدود 22 کيلومتر، از منطقه قراملک در غرب تبريز آغاز شده و بعد از گذشتن از خيابان هاي قدس، قره آغاج، جمهوري، ميدان دانشسرا، خيابان عباسي به شهرک باغميشه تبريز مي رسد. در ادامه به سمت شرق ادامه يافته و بعد از عبور از شهرک مرزداران در حوالي نمايشگاه بين المللي تبريز خاتمه مي يابد. اين خط به عنوان طولاني ترين مسير قطار زيرزميني شهر تبريز به صورت شرقي- غربي امتداد دارد و چون تمام مسير اين خط به صورت تونل طراحي گرديده است و با انواع پديده هاي زمين شناسي روبرو است داراي اهميت فراوان مي باشد(عمران راهور، 1378).
علاوه بر امکان ارزيابي و تفسير مستقيم پارامترهاي ژئوتکنيکي از آزمايش هاي آزمايشگاهي و درجاي انجام شده همچنين به منظور تخمين و اعتبار سنجي برخي از پارامترهايي که در برنامه مطالعاتي پروژه گنجانده نشده، مي توان از روابط تحليلي يا تجربي استفاده نمود که اين پارامترها را به همديگر مرتبط مي سازند (اسلامي و سخاوتيان، 1392). در برنامه مطالعات ژئوتکنيک، شناسائي خصوصيات مهندسي خاک در اعماق مختلف امري ضروري است که دستيابي به خواص مهندسي خاک را با استفاده از آزمايش هاي صحرايي، آزمايشگاهي و روش هاي ژئوفيزيک امکان پذير مي سازد. به منظور اجتناب از برخي مشکلات در طي نمونه برداري در خاکهاي درشت دانه و به هم خوردگي ناشي از نمونه برداري در خاکهاي ريزدانه، از آزمايشهاي برجا استفاده مي شود. با توجه به نتايج بدست آمده از اين آزمايشهاي برجا، و با استفاده از روابط تجربي بين پارامترهاي ژئوتکنيکي مي توان اعتبار و همخواني داده هاي حاصل از آزمايشهاي درجا و آزمايشگاهي را انجام داد (McGeorg, and Duncan, 1989).
از پارامترهايي که در اين تحقيق مورد بررسي قرار گرفته است مقاومت برشي زهکشي نشده (Su) مي باشد به طوري که در ابتدا نتايج مقاومت برشي زهکشي نشده با استفاده از آزمايش هاي آزمايشگاهي با نتايج حاصل از روابط تجربي SPT مقايسه گرديده است. پارامترهاي Su به دست آمده براي خاک هاي ريز دانه در آزمايشگاه با استفاده از آزمايش سه محوري تحکيم يافته زهکشي نشده ) Cu) و برش ساده مستقيم زهکشي نشده و تحکيم نشده (UU) تعيين شده است. پارامتر ديگر زاويه اصطکاک داخلي در حالت تنش موثر ماسه ها مي باشد که با استفاده از نتايج آزمايش SPT مورد ارزيابي قرار گرفته است سپس با زاويه اصطکاک داخلي در حالت تنش موثر بدست آمده از آزمايش برش مستقيم مقايسه گرديده است. مدول الاستيسيته اي که در آزمايش تک محوري بدست آمده ازپارامترهاي ژئوتکنيکي ديگري است که با استفاده از نتايج آزمايش SPT قابل ارزيابي و اعتبارسنجي است ( Bowles, 1996).
در فعاليت هاي ژئوتكنيكي به ويژه تحليل هاي ديناميكي، تعيين مدول برشي ديناميكي خاك، پيش بيني پاسخ حركات زمين در ساختگاه هاي خاكي و غيره، نيازمند آگاهي از مشخصات خاك مي باشد. اين دانش عموماً در غالب سرعت موج برشي، به عنوان يكي از اساسي ترين پارامترهاي مشخصه خاك، بيان مي شود. غالباً ترجيح بر اين است كه اين پارامتر ديناميكي خاك به صورت درجا يا در آزمايشگاه اندازه گيري شود، اما اين روش ها همواره در تمام موقعيت ها مقرون به صرفه نمي باشند Jafari et al., 1996)). درتحقيق حاضر برآورد سرعت موج برشي به روشي غير مستقيم است. بدين منظور، با استفاده از داده هاي جمع آوري شده از مطالعات ژئوتكنيكي خط 2 مترو تبريز، همبستگي بين سرعت موج برشي اندازه گيري شده از طريق آزمايش درون گمانه اي1 با آنچه از نتايج عدد نفوذ استاندارد بدست آمد مورد بررسي قرار گرفته است.
1-2- فرضيات تحقيق
1- مقاومت برشي زهکشي نشده حاصل از روابط تجربي بر اساس عدد SPT همبستگي خوبي با مقاومت برشي حاصل از آزمايش سه محور ي ندارد.
2- برازش نسبتا خوب بين زاويه اصطکاک حاصل از روابط تجربي بر اساس عدد SPT و زاويه اصطکاک بدست آمده از آزمايش برش مستقيم وجود دارد.
3- مدول الاستيسيته حاصل از روابط تجربي بر اساس عدد SPT و مدول الاستيسيته بدست آمده از آزمايش تک محوري داراي برازش قابل قبول مي باشند.
4- همبستگي ضعيفي بين سرعت موج برشي بدست آمده از آزمايش هاي ژئوفيزيکي و سرعت موج برشي بدست آمده از روابط تجربي بر اساس عدد SPT برقرار است.
1-3- اهداف تحقيق
در مواردي موسسات تحقيقاتي ممکن است براي به حداقل رساندن هزينه آزمايش هاي آزمايشگاهي و يا به دلايل ديگر، تمايل به استفاده از روابط تجربي بين پارامترهاي ژئوتکنيکي داشته باشند. در اينجا نيز هدف از ارائه چنين تحقيقي، کاهش هزينه ي انجام مطالعات ژئوتکنيکي و همچنين ارزيابي نتايج آزمايشهاي آزمايشگاهي و ميداني و ارائه روابط جديد به منظور استفاده بهينه از نتايج آزمايش ها و کاهش ميزان خطاي ممکن از نتايج آزمايش هاي مختلف باشد. هدف اين تحقيق ارائه رابطه تجربي بين عدد نفوذ استاندارد با سرعت موج برشي، زاويه اصطکاک داخلي، مدول الاستيسيته و مقاومت برشي زهکشي نشده مي باشد.
1-4 – تعريف متغيرها
متغير ها هاي مورد مطالعه شامل مواردي است که در جدول (1-1) به آنها اشاره گرديده است.
جدول (1-1): متغيرهاي مورد مطالعه در طول پروژه خط 2 متروي تبريز
پارامتر ژئوتکنيکي هدف (عنوان متغيير)اعتبار سنجي بر اساس آزمايش مورد نظرنقش متغير
(مستقل-وابسته)روش اندازه گيرينوع متغير
کمّي(گسسته-پيوسته)-کيفي(اسمي-رتبه اي)زاويه اصطکاکآزمايشگاهي(آزمايش برش مستقيم)وابستهبر اساس عدد N آزمايش SPTکمّي – پيوستهسرعت موج برشيصحرايي(آزمايش درون گمانه اي)وابستهبر اساس عدد N آزمايش SPTکمّي – پيوستهمقاومت برشي زهکشي نشدهآزمايشگاهي (آزمايش سه محوري زهکشي نشده)وابستهبر اساس عدد N آزمايش SPTکمّي – پيوستهمدول الاستيسيتهآزمايشگاهي(آزمايش تک محوري)وابستهبر اساس عدد N آزمايش SPTکمّي – پيوسته
1-5 – روش تحقيق
بصورت کلي مطالعات کتابخانه اي اين تحقيق با بهره گيري از منابع مختلف در دسترس در زمينه روابط تجربي حاکم بين پارامترهاي ژئوتکنيکي انجام شد. مطالعات دفتري براي طبقه بندي داده ها و مقالات جمع آوري شده و انتخاب مناسب ترين روابط تجربي قابل مقايسه براي پارامترهاي ژئوتکنيکي حاصل از آزمايشهاي انجام يافته در مطالعه موردي (خط 2 متروي تبريز) ادامه يافت و پس از بدست آوردن روابط تجربي بين پارامترهاي ژئوتکنيکي و در دست داشتن نتايج آزمايشها ژئوتکنيکي به تحليل روابط و بررسي همبستگي بين متغيرهاي مختلف حاصل از نتايج آزمايشگاهي و آزمايش هاي درجا و تدوين پايان نامه پرداخته شد. مراحل انجام تحقيق حاضر بطور کلي بصورت زير مي باشد:
– جمع آوري اطلاعات با استفاده از مقالات، پايان نامه ها، مراجع و …
– انجام مطالعات دفتري
– طبقه بندي اطلاعات موجود از مطالعه موردي
– تجزيه و تحليل اطلاعات
– تدوين پايان نامه
1-6 – ساختار پايان نامه
در فصل اول کلياتي در مورد ضرورت اعتبارسنجي پارامترهاي ژئوتکنيکي، بيان مسئله، ضرورت انجام تحقيق، اهداف و فرضيه هاي پژوهش، تعريف متغير ها و تعريف اصطلاحات ذکر شده است. در فصل دوم مروري بر مباني نظري موضوع تحقيق و پيشينه کارهاي انجام شده به منظور دستيابي به جنبه هاي مختلف پژوهش، ارائه شده است. در فصل سوم محيط پژوهش شامل زمين شناسي و زمين شناسي مهندسي شهر تبريز ، نمونه پژوهش، روش نمونهگيري، حجم نمونه و روش محاسبه آن، ، توضيح ابزار گردآوري اطلاعات و روش گردآوري اطلاعات، روش تجزيه و تحليل دادهها، محدوديتهاي پژوهش ارائه شده است. در فصل چهارم تفسير و تحليل نتايج حاصل از تحقيق، جداول و نمودارهاي بدست آمده از مطالعات پارامترهاي ژئوتکنيکي، تفسير داده ها و نتايج مطالعات آماري و روابط تجربي بدست آمده، نشان داده شده است و در فصل پنجم جمع بندي، نتيجه گيري و پيشنهادات لازم ارائه شده است.
1-7 – تعريف واژه‌ها و اصطلاحات فني و تخصصي
آزمايش ضربه نفوذ استاندارد (SPT)2: قديمي ترين و معمول ترين آزمايش برجاست که در سال 1920 ابداع شده و از آن زمان تا کنون به طور گسترده در سراسر دنيا به کار مي رود. اين آزمايش در گمانه به منظور فرو بردن يک نمونه گير دو کفه اي استاندارد با استفاده از سقوط ضربات مکرر چکش 63 کيلوگرمي از ارتفاع 763 ميلي متري انجام مي شود. نمونه گيري قاشقي شکاف دار در پايين ترين عمق گمانه قرار دارد، و به اندازه 450 ميلي متر در خاک رانده مي شود. مقاومت نفوذ (N) برابر تعداد ضربات مورد نياز براي راندن قاشق شکاف دار براي 300 ميلي متر انتهايي مي باشد. از کاربردهاي مهم آزمايش SPT در مهندسي ژئوتکنيک طبقه بندي و ارزيابي خاکهاي دانه درشت، تعيين مقاومت تک محوري خاکهاي رسي و چگونگي پيش تحکيمي آنها، ارزيابي قوام خاکهاي ريزدانه، ارزيابي پتانسيل روانگرايي خاکهاي ماسه اي و نيز تعيين توان باربري پي هاي سطحي و عميق مي باشد. نتايج حاصل از آزمايش SPT هنگامي که قطر ذرات به قطر نمونه گير نزديک مي شود، غير قابل اعتماد مي گردد. روش انجام اين آزمايش درASTM-D1586 به صورت استاندارد بيان شده است.
آزمايش پرسيومتري (PMT)3: اين آزمايش توسط برخي از پژوهشگران ايراني به فشارسنجي ترجمه شده است، در ابتدا توسط لوئس منارد در سال 1954 در فرانسه ابداع گرديد آزمايش پرسيومتري حاوي يک غشاء استوانه اي است که در درون گمانه کنده شده در خاک منبسط مي گردد. با ثبت ميزان حجم سيال و فشار به کار رفته در منبسط نمودن غشاء مي توان براي تهيه منحني تنش- کرنش و ساير پارامترهاي مرتبط استفاده نمود. روش استاندارد انجام دادن اين آزمايش در ASTM-D4719 بيان شده است.
مدول الاستيسيته (E): مدول الاستيسيته به نسبت تنش به کرنش مواد جامد، در پايين‌تر از حد تسليم گفته مي‌شود. در اين حالت قانون هوک صادق بوده و مدول الاستيک ثابت است.
نسبت پواسون (?): نسبت کرنش جانبي (عرضي) به کرنش محوري (طولي) را نسبت يا ضريب پواسون گويند. اين نام به افتخار رياضيدان فرانسوي سيمون دنيس پواسون (????-???? م) انتخاب شده است. ضريب پواسون را با حرف يوناني ?نمايش داده مي شود.
مقاومت برشي زهکشي نشده (Su): اصطلاحي است که براي تعريف مقاومت يک جسم يا عضوي از سازه در برابر تسليم يا شکست سازه‌اي هنگام اعمال نيروي برشي به کار مي‌رود. نيروي برشي، نيرويي است که تمايل به ايجاد برش در سطح مقطع جسم دارد. اين برش، موازي با جهت نيرويي است که اعمال مي‌شود. براي مثال، هنگامي که يک قيچي، کاغذي را برش مي‌دهد، در کاغذ، شکست برشي رخ مي‌دهد. اين پارمتر از آزمايش مقاومت فشاري تک محوري که مطابق دستور العمل ASTM-D2166 استاندارد شده قابل استحصال است و در اين آزمايش مقاومت برشي بصورت نصف مقاومت فشاري محصور نشده تعريف شده است.
مقاومت فشاري (qu): مقاومت فشاري محدود نشده با اعمال تنش محوري به نمونه خاک استوانه اي بدون وجود فشار محدود کننده و مشاهده ي کرنش هاي محوري متناظر با مقادير مختلف تنش تعيين مي شود. تنشي که در آن نمونه خاک دچاره گسيختگي مي شود، مقاومت فشاري محدود نشده نام دارد. مقاومت فشاري خاک تابع پارامترهاي زيادي است و علاوه بر نوع خاک (ضريب اصطکاک و چسبندگي ) به پارامترهاي ديگري از قبيل عمق مدفون پي و از همه مهمتر نوع و ابعاد پي هم بستگي دارد. اين پارمتر از آزمايش مقاومت فشاري تک محوري که مطابق دستور العمل ASTM-D2166 استاندارد شده قابل استحصال است.
زاويه اصطکاک داخلي (?): اصطكاك بين خاکدانه ها هنگام حركت نسبي در توده خاك‌ است و پس از گسيختگي برشي خاک در جعبه تست بدست مي آيد، اصطكاك داخلي موقعي عمل مي كند كه گسيختگي در اثر اعمال نيروي برشي اتفاق افتد. اين پارامتر توسط آزمايش سه محوري که مطابق دستورالعمل ASTM-D 2850 استاندارد شده است قابل حصول است. هدف اين آزمايش نيز تعيين پارامترهاي مقاومت برشي خاک است آزمايش سه محوري نسبت به آزمايشهاي ديگر روش پيچيده تر و قابل اعتمادتري براي تعيين مقاومت برشي خاکها مي باشد . دليل آن اينست که در آزمايش برش مستقيم خاک به اجبار از محل درزبين دو قسمت جعبه گسيخته مي شود ولي در آزمايش سه محوري خاک از محل ضعيفترين صفحه خود گسيخته مي شود.
چسبندگي (C): نيروي جذبي بين دو جسم ناهمسان در خاك در اثر لايه نازك رطوبت ايجاد مي شود نيروي جذبي بستگي به كشش سطحي آب دارد در كاربرد هاي مكانيكي نمي توان چسبندگي و اصطكاك را از هم منفك كرد اثر توام اين دو اصطكاك ظاهري ناميده مي شود. اين پارامتر توسط آزمايش سه محوري که مطابق دستورالعمل ASTM-D 2850 استاندارد شده است قابل حصول است.
هدايت هيدروليکي (K): نوعي ويژگي در خاک و سنگ است که ميزان آساني گذر آب را در فضاهاي خالي خاک و شکاف‌هاي سنگ را نشان مي‌دهد. مقدار آن به نفوذپذيري ماده و ميزان اشباعيت آن بستگي دارد. نحوه اندازه گيري هدايت هيدروليکي در آزمايشگاه در استاندار ASTM-D2434 آورده شده است. همچنين اندازه‌گيري هدايت هيدروليکي خاک به روشهاي بار ثابت و افتان هدايت هيدروليکي عبارت است از مقدار آبي که تحت شيب هيدروليکي يک از واحد سطح مقطع خاک در واحد زمان عبور مي‌کند. دارسي در آزمايشهايي که در مورد حرکت آب در خاک انجام داد چنين نتيجه گرفت که مقدار آبي که در واحد زمان از يک نمونه خاک عبور مي‌کند با اختلاف پتانسيل موجود بين دو مقطع ورودي و خروجي ستون خاک (پتانسيل‌هاي ثقل و فشاري) نسبت مستقيم و با طول ستون خاک يا به عبارت بهتر با طول مسير جريان در خاک نسبت معکوس دارد.
فصل دوم:‌
مباني نظري و پيشينه تحقيق
2-1- اهميت برآورد پارامترهاي ژئوتکنيکي در پروژه هاي عمراني
يکي از مراحل اصلي و اوليه در مطالعات و طراحي هاي پروژه هاي عمراني، بررسي و ارزيابي شرايط خاک و سنگ بستر است که اصطلاحاً مطالعات ژئوتکنيک ناميده4 مي شود و از طريق تجزيه و تحليل و کسب اطلاعات به دست آمده از پيمايش هاي سطحي در محل، تجارب محلي و مشاهدات عيني، بررسي هاي زمين شناسي و جغرافيايي، تجزيه و تحليل عکس هاي هوايي، آزمايشهاي درجا، آزمايشهاي آزمايشگاهي، اطلاعات مورد نياز جمع آوري شده و مورد تجزيه و تحليل قرار مي گيرد تا پارامترهاي مختلف خاک جهت طراحي سازه هاي گوناگون انجام گيرد. آزمايشهاي آزمايشگاهي خاک و سنگ بعنوان منبع اساسي اطلاعات و داده ها در مهندسي ژئوتکنيک محسوب مي شود. پيچيدگي آزمايش هاي مورد نياز براي يک پروژه خاص از تعيين ساده ميزان رطوبت تا انجام آزمايش هاي خاص مقاومت و سختي در تغيير مي باشد. سرويس دهي مناسب، تعادل، پايداري و اقتصادي بودن از اهداف اساسي در طرح هاي عمراني مي باشد .(Das, 2006)
بطور کلي دو روش براي جمع آوري داده هاي ژئوتکنيکي موجود مي باشد: (Das, 2006)
– پذيرش شرايط زمين به عنوان الماني از طراحي، يعني بر پايه محل سازه و مشخصات پروژه، سپس حصول شرايط زمين مرتبط جهت طراحي. اين روش، روش متداول و مرسوم است
– ورودي هاي ژئوتکنيکي يک پروژه توسط طرح ريزي سازه با ورودي هاي شرايط زمين بدست مي آيد. به اين معنا که طراحي و طرح5 تحت تاثير شرايط زمين قرار دارند. اين روش، روش پيشنهادي جهت به حداقل رساندن هزينه کل پروژه مي باشد.
اهم مطالعات براي پروژه هاي ژئوتکنيکي شامل بررسي هاي اوليه در محل، حفاري و نمونه گيري، آزمايش هاي صحرايي و آزمايش هاي آزمايشگاهي مي شود که اين مطالعات نيازمند بکارگيري صحيح قواعد مکانيک خاک، تجارب اندوخته شده و قضاوت مهندسي است. در تحليل و طراحي هاي ژئوتکنيکي مانند تعيين ظرفيت باربري شالوده هاي سطحي و عميق، بررسي پايداري شيرواني ها، تحليل سازه هاي زيرزميني، ديوارهاي حائل،و ساير سازه هاي خاکي، نياز به اطلاع از پارامترهاي خاک مي باشد (Peck & Hanson, 1974).
از آنجايي که آزمايش هاي صحرايي در شرايط واقعي و طبيعي زمين هم از نظر بزرگي، جهت و توزيع تنش هاي موجود و هم از نظر ناهمگني هاي ساختي و بافتي خاکها و سنگها انجام مي شوند، اهميت زيادي دارند. از طرف ديگر آزمايش هاي آزمايشگاهي به دليل صرفه اقتصادي و امکان کنترل شرايط آزمايش، بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرند البته از مشکلات آزمايش هاي آزمايشگاهي نمونه برداري دست نخورده در خاکهاي ريزدانه، حفظ شرايط نمونه مشابه با شرايط صحرايي و ديگر خطاهاي بوجود آمده در آزمايشگاه تلاش محققان بر آن بوده است که برخي از پارامترها بصورت غير مستقيم از همبستگي حاصل از نتايج آزمايش هاي برجا تعيين گردد .(FHWA, 2002)
2-2- مقاومت برشي زهکشي نشده (Su)
مقاومت برشي زهکشي نشده (Su) ويژگي منحصر به فردي از خاک نبوده و واکنش رفتاري خاک نسبت به بارگذاري مي باشد و به جهت اعمال تنش، شرايط مرزي، نرخ کرنش، درجه بيش تحکيم يافتگي، ميزان ترک دار بودن و ساير عوامل بستگي دارد. بنابراين، در اغلب موارد مقايسه مستقيم مقاومتهاي برشي زهکشي نشده اندازه گيري شده توسط گستره اي از آزمايش هاي متنوع آزمايشگاهي و درجا، امري مشکل است .(Das, 2006)مقاومت برشي زهکشي نشده خاک با انجام آزمايش هاي نظير آزمايش سه محوري، تک محوري يا برش مستقيم بر روي نمونه هاي دست نخورده خاک در آزمايشگاه و يا با انجام آزمايش برش مستقيم درجا، برش صفحه، نفوذ سنجي و غيره بصورت مستقيم بدست مي آيد .(Chandler, 1988)از مشکلات نمونه برداري دست نخورده در خاکهاي درشت دانه، حفظ شرايط نمونه، مشابه با شرايط صحرايي علاوه بر صرف زمان و هزينه قابل توجه مي باشد. لذا تلاش بر اين است که مقاومت برشي زهکشي نشده به صورت غير مستقيم با استفاده از همبستگي بين آزمايش نفوذ استاندارد (NSPT)، آزمايش فشارسنجي، نفوذ مخروط و غيره تعيين شود .(Terzaghi & Peck, 1997)
2-3-برآورد مقاومت برشي از آزمايش هاي آزمايشگاهي
با استفاده از آزمايشهاي تک محوري، سه محوري و برش مستقيم شاخص هاي مقاومت برشي خاک در حالتهاي مختلف اعم از زهکشي شده و زهکشي نشده، بارگذاري تند و کند، اعمال تنش ها به صورت مختلف و ساير حالت ها اندازه گيري مي شوند .(Kulhwy et al, 1991)
2-3-1- آزمايش تک محوري
نمونه خاک در اين آزمايش بدون هرگونه تکيه گاه جانبي يا محدود کننده جانبي گسيخته مي شود بار محوري به سرعت تا رسيدن به لحظه گسيختگي به نمونه اعمال مي گردد، در هنگام گسيختگي تنش اصلي کوچکتر صفر بوده و تنش اصلي بزرگتر حداکثر مي باشد. ماکزيمم نيروي اندازه گيري شده تقسيم بر سطح نمونه، qu بوده و همان مقاومت فشاري محدود نشده مي باشد. اين در حالي است که مقاومت برشي زهکشي نشده مستقل از فشار محدود کننده بوده و به صورتSu=qu/2 بدست مي آيد. اين آزمايش ارزان بوده و تنها نيازمند مدت زمان کوتاهي جهت اتمام آن مي باشد.(ASTM D2166) اگرچه، به علت نبود فشارهاي جانبي و همچنين عدم کنترل بر فشارهاي منفذي، اين آزمايش داراي نادرستي هايي مي باشد. تعيين مقاومت فشاري خاکهاي دست نخورده، دست خورده يا متراکم، به خاکهاي چسبنده يا سيماني شده بصورت طبيعي يا مصنوعي محدود مي شود. به کارگيري اين آزمايش در خاکهاي غير چسبنده ممکن است منجر به تخمين کمتري از مقاومت برشي گردد. منحني هاي تنش کرنش و مدهاي گسيختگي مشاهده شده در حين آزمايش، علاوه بر مقاومت مقدار شاخصي از خصوصيات خاک را ارائه مي دهد. به عنوان مثال، يک نوع گسيختگي يا جاري شدن نمونه بيانگر خاک از نوع رس چاق و نسبتاً نرم مي باشد. در حالي که گسيختگي ترد بيانگر يک خاک خشک شده يا مصالح سيماني شده مي باشد. منحني هاي تنش کرنش بدست آمده از اين آزمايش ها را مي بايست هنگام تعديل مدول خاک جهت ورود به تحليل هاي عددي مثل تحليل هاي مربوط به اجزاء محدود که بسيار به تغييرات کوچک مدول حساس مي باشند، با دقت بسياري انجام داد (Bowles, 1996) . در شکل(2-1) نمونه اي از تنش-کرنش اندازه گيري شده براي آزمايش فشاري محدود نشده نشان داده شده است همچنين در(2-2) شکل دستگاه آزمايش تک محوري نشان داده شده است.
شکل (2-1) : تنش-کرنش اندازه گيري شده براي آزمايش فشاري محدود نشده (Mayne, 2001)
شکل(2-2): نمونه اي از دستگاه تک محوري (Mayne, 2001)
2-3-2- آزمايش سه محوري
هدف از انجام آزمايش سه محوري تعيين خصوصيات مقاومتي خاک شامل اطلاعات دقيق در ارتباط با اثرات محدود شدگي جانبي، فشار منفذي، زهکشي و تحکيم مي باشد. نمونه آزمايشگاهي به وسيله غشاء نازک محافظت شده و درون محفظه استوانه اي پلاستکي که معمولا با آب يا يا گلسيرين پر مي گردد، قرار مي گيرد. نمونه توسط فشار حاصل از سيال داخل محفظه بر غشا، تحت فشار محدود کننده قرار مي گيرد. فشار برگشتي بطور مستقيم در پايه تحتاني بر نمونه اعمال مي گردد و آن را اشباع مي کند و سپس نمونه ابتدا تحت تاثير فشار همه جانبه تحکيم مي يابد. به منظور ايجاد گسيختگي برشي در نمونه، تنش محوري را مي توان توسط اهرم بار قائم (که تحت عنوان تنش انحرافي ناميده مي شود) اعمال نمود. تنش محوري را مي توان با نرخ ثابت (کنترل تغيير شکل) يا به وسيله فشار هيدروليکي (کنترل تنش) تا زمان گسختگي نمونه اعمال نمود. بار محوري اعمالي (توسط اهرم بارگذاري) متناظر با تغيير شکل محوري مشخص، توسط يک سلول بار الکترونيکي يا حلقه شاهد يا کنترلي6 متصل به اهرم،اندازه گيري مي شود.همچنين فشار آب منفذي نيز اندازه گيري مي گردد. به صور کلي 5 نوع آزمايش سه محوري موجود مي باشد:
* زهکشي نشده تحکيم نيافته (آزمايش UU)
* تحکيم يافته زهکشي نشده (آزمايش CU)
* تحکيم يافته زهکشي شده (آزمايش CD)
* تحکيم يافته زهکشي نشده با اندازه گيري فشار منفذي (CU)
* آزمايش هاي بارگذاري سه محوري سيکلي
در آزمايش UU در نمونه ها امکان زهکشي يا تحکيم قبل و يا حين آزمايش فراهم نمي گردد.(ASTM D2850) نتايج آزمايش هاي زهکشي نشده به درجه اشباع (S) نمونه ها وابسته مي باشد. در آزمايش CU که فشارهاي آب منفذي را نيز اندازه گيري مي شود، مناسبترين آزمايش بوده زيرا به اندازه گيري مستقيم مقاومت برشي زهکشي نشده (Su) براي حالت فشار سه محوري و پارامترهاي تنش موثر (C? و ?? ) مي پردازد. آزمايش هاي CD نيز اين پارامترها را ارائه مي دهند. آزمايش هاي سه محوري سيکلي در موارد بارگذاري مکرر يا سيکلي جهت تعيين مدول ارتجاعي و يا تحليل روانگرايي خاک ها مورد استفاده قرار مي گيرد.نتايج را مي توان بر حسب دواير تنش موهر کولمب و به منظور تعيين پارامترهاي مقاومتي ارائه نمود (Bishop & Henkel, 1962).
در شکل (2-3) نمونه اي از دستگاه سه محوري نشان داده شده است همچنين در شکل (2-4) نمونه اي از دواير تنش موهر کولمب براي آزمايش هاي تحکيم يافته زهکشي نشده نشان داده شده است
شکل(2-3): نمونه اي از دستگاه سه محوري (Mayne, 2001)
شکل(2-4): دواير تنش موهر – کولمب براي آزمايش



قیمت: تومان


پاسخ دهید