14188

14188

مطالعه رفتار لرزه‏اي ماسه بسيار متراكم تحت تاريخچه ‏بارگذاري لرزه‏اي با استفاده از دستگاه پيچش استوانه‌اي توخالي

دكتري

ژئوتكنيك

دي ماه 1393

دي ماه 1393

دكتر حبيب شاه‌نظري - دكتر علي‌اكبر حشمتي

عمران

چكيده ايده‏ي اوليه اين تحقيق از بررسي نتايج آزمايش‏هاي SPT در زلزله‏ي 1964 نيگاتا گرفته شده است. براساس اين نتايج مشاهده مي‏گردد در بعضي از لايه‏ها و رسوبات ماسه‏اي متراكم عدد SPT بعد از زلزله‏ي 1964 نيگاتا نسبت به قبل از وقوع زلزله كاهش يافته است. اين موضوع تنها در حد ارائه نتايج و مشاهدات باقي ماند و پس از آن، مطالعه عملي برروي بررسي اين موضوع صورت نپذيرفت. از سويي امروزه با گسترش احداث سازه‏هاي با كاربري‏هاي خاص همانند نيروگاه‏هاي اتمي و مخازن نفت و گاز برروي رسوبات ماسه‏اي متراكم و گسترش كاربرد سدهاي خاكي بزرگ، ارزيابي دقيق رفتار تنش-كرنش و شناخت رفتار خاك‌ها و رسوبات ماسه‏اي با تراكم نسبي بسيار بالا طي توالي بارگذاري‌هاي مختلف از جمله زلزله‌ها و بارگذاري‌هاي ديناميكي به امري ضروري بدل گشته است. در سالهاي گذشته تحقيقات زيادي در خصوص شناخت رفتار ديناميكي خاك‌هاي متراكم و تاثير تاريخچه‏ي بارگذاري قبلي توسط محققان مختلف انجام شده است. اما در اين ميان بررسي تاثير تاريخچه‏ي بارگذاري تناوبي قبلي روي رفتار ديناميكي فعلي خاك‌هاي ماسه‌اي بسيار متراكم موضوعي است كه كمتر مورد توجه قرار گرفته است. در اين تحقيق تلاش شده است با الگوبرداري از وقوع زلزله اصلي، به‏ همراه پيش‏لرزه‌ها و پس‌لرزه‏هايش، اثرات توالي بارگذاري‌هاي تناوبي روي رفتار ديناميكي نمونه‌هاي ماسه‌اي بسيار متراكم با استفاده از دستگاه پيچش استوانه‏اي توخالي مورد بررسي قرار بگيرد. براساس اين بررسي‏ها مشخص گرديد كه در خاك ماسه‌اي بسيار متراكم يك دامنه‏ي كرنش برشي تناوبي آستانه وجود دارد كه تعيين كننده‏ي رفتار آتي خاك در مرحله‏ي بعدي بارگذاري مي‌باشد. در صورت اعمال تاريخچه‏ي ‏بارگذاري تناوبي با دامنه‏ي كرنش برشي كمتر از دامنه‏ي كرنش برشي آستانه، تاثير اعمال تاريخچه‏ي بارگذاري تناوبي مثبت بوده و بعلت افزايش دانسيته نسبي و تاثير جداگانه اعمال تاريخچه‏ي بارگذاري، مقاومت برشي خاك ماسه‏اي بسيار متراكم افزايش مي‌يابد. اين در حاليست كه اعمال تاريخچه‏ي ‏بارگذاري تناوبي با دامنه‏ي كرنش بزرگتر از دامنه‏ي كرنش برشي آستانه، مي‌تواند تاثير معكوس داشته و باعث كاهش مقاومت برشي خاك در مرحله بعدي ‌گردد. اين نتيجه‏اي است كه بايد در مسايل ارزيابي، طراحي و عملكردهاي آتي سازه‌ها و رسوبات خاكي ماسه‏اي متراكم كه يك مرحله بارگذاري تناوبي قبلي را تجربه كرده‌اند مدنظر قرار بگيرد. براين اساس بايد در نظر داشت اعمال تاريخچه‏ي بارگذاري قبلي همواره داراي تاثير مثبت نبوده و مقاومت را افزايش نمي‏دهد و در صورتيكه خاك ماسه‏اي بسيار متراكم يك بارگذاري بزرگ را تجربه كند مي‏تواند مقاومتش كاهش يابد. همچنين در بخش ديگري از اين تحقيق، كرنش‌هاي برشي آستانه‏ي تناوبي مختلف در ماسه‏ي بسيار متراكم مورد بررسي قرار گرفت. كرنش‏هاي برشي آستانه‏ي تناوبي جايي‏اند كه تغييرات مشخص در رفتار و خواص خاك اتفاق مي‏افتد. در اين مطالعه كرنش‏هاي برشي آستانه‏‏ي تناوبي براي توليد فشار آب حفره‏اي، تغيير حجم، كاهش سختي و مقاومت پس‏تناوبي تعيين و مقادير بدست آمده با نتايج ارائه شده توسط ساير محققان مقايسه گرديدند. در اين مطالعه مشخص شد كرنش برشي آستانه‏ي تناوبي براي توليد فشار آب حفره‌اي در ماسه‏ي بسيار متراكم بزرگتر از ماسه‌هاي سست و نسبتا متراكم (كه توسط ساير محققان ارائه گرديده) مي‌باشد. از سويي ديگر مشخص گرديد روشي كه براي تعيين كرنش برشي آستانه‏ي تناوبي براي كاهش سختي در رسها استفاده مي‏شود در ماسه‏ها صادق نمي‏باشد. همچنين مشخص گرديد كه دو پروسه‏ي توليد و افزايش فشار آب حفره‏اي و تغييرات سطح تماس بين دانه‏اي بصورت همزمان كنترل كننده‏ي سخت شوندگي ماسه‏ها مي‏باشند. از يك طرف در كرنش‏هاي بزرگتر از كرنش برشي آستانه توليد فشار آب حفره‏اي، افزايش پيوسته در فشار آب حفره‏اي سبب كاهش تنش موثر و نرم‏شدگي ساختار ماسه مي‏شود در حاليكه در كرنشهاي كوچكتر از كرنش برشي آستانه توليد فشار آب حفر‏ه‏اي، بعلت افزايش سطح تماس بين دانه‏اي باعث افزايش سختي ماسه مي‏گردد. لذا فشار آب حفره‏اي تناوبي نمي‏تواند به‏ تنهايي براي اندازه‏گيري نرم‏شدگي ماسه‏ها در كرنش‏هاي تناوبي كوچك مورد استفاده قرار گيرد. واژه‌هاي كليدي: ماسه‏ي بسيار متراكم، پيش‌لرزه و پس‌لرزه، بارگذاري چند مرحله‌اي تناوبي، كرنش‏هاي برشي آستانه تناوبي و دستگاه پيچش استوانه‌اي توخالي.