21806

21806

بررسي مقاومت برشي ماسه كربناته در شرايط غيراشباع

دكتري

ژئوتكنيك

1393

1398/11/1

دكتر حبيب شاه نظري - دكتر ليسه لالويي

دكتر ياسر جعفريان

عمران

خاك¬هاي كربناته اسكلتي به خاك¬هايي اطلاق مي¬گردد كه از بقاياي اسكلتي موجودات زنده تشكيل شده¬اند و اين خاك¬ها در سواحل مناطق حاره‌اي به‌وفور يافت مي‌شوند. تفاوت‌هاي رفتاري قابل‌توجهي بين خاك-هاي كربناته با سيليكاته به لحاظ رفتار مكانيكي، مقاومت برشي، مقاومت در برابر روانگرايي و... مشاهده شده است كه اغلب تحت تأثير وجود منافذ درون¬دانه¬اي قابل‌ملاحظه‌اي منحصربه‌فرد در اين خاك مي¬باشد. در اين ميان عليرغم، گستردگي قابل‌توجه اين نهشته¬ها در مناطق حاره‌اي سراسر جهان، مطالعاتي در زمينه رفتار آن¬ها در شرايط غيراشباع صورت نگرفته است. در چنين شرايطي (شرايط غيراشباع)، پتانسيل نگهداشت آب، پارامتري اساسي در مسائل ژئوتكنيكي، محيط زيستي و كشاورزي محسوب مي¬شود و براي خاك¬هاي كربناته نيز انتظار مي¬رود كه پتانسيل نگهداشت آب و متعاقب آن مقاومت برشي اين خاك متأثر از منافذ درون¬دانه¬اي قابل‌ملاحظه¬ اين خاك باشد كه اين امر نيازمند مطالعه و بررسي است. لذا در اين پژوهش ساختار متخلخل خاك كربناته و تأثيرگذاري آن بر رفتار نگهداشت آب و مقاومت برشي اين خاك در شرايط غيراشباع مورد مطالعه قرار گرفت. به اين هدف، ابتدا ساختار متخلخل خاك كربناته با تصاوير ميكروسكوپي الكتروني (SEM) و آزمايش تخلخل¬سنجي جيوه¬اي (MIP) مورد مطالعه و ارزيابي قرار گرفت. نتايج اين بررسي¬ها مؤيد ساختار منحصربه‌فرد ذرات اين خاك مي¬باشد. جهت مطالعه پتانسيل نگهداشت آب و رفتار هيسترزيس هيدروليكي دانه¬بندي¬هاي مختلف خاك كربناته اسكلتي جزيره هرمز و مقايسه آن با يك خاك سيليكاته مرجع (خاك سيليكاته هلند)، مجموعه¬اي از آزمايش¬هاي صفحه فشار و ادومتر با قابليت كنترل مكش انجام شد. در ادامه جهت يافتن روشي براي پيش¬بيني نمودار نگهداشت آب براي دانه¬بندي¬هاي مختلف خاك كربناته تعدادي از توابع انتقالي (PTFs) موجود مورد ارزيابي قرار گرفت و دقيق¬ترين آن¬ها معرفي گرديد. نهايتاً جهت مطالعه رفتار برشي خاك¬هاي كربناته در شرايط غيراشباع و مقايسه آن با خاك سيليكاته مرجع، آزمايش¬هاي سه محوري در شرايط رطوبت ثابت (CW) براي دو دانه-بندي مختلف هر دو خاك انجام شد. آزمايش¬هاي سه¬محوري در شرايط اشباع نيز به هدف بدست آوردن پارامترهاي مقاومت برشي اشباع بر روي هر دو خاك صورت گرفت. كليه آزمايش¬هاي غيراشباع (شامل آزمايش¬هاي صفحه فشار، ادومتر با قابليت كنترل مكش و آزمايش-هاي سه¬محوري با كنترل مكش) در آزمايشگاه مكانيك خاك (LMS) دانشگاه پليتكنيك فدرال لوزان (EPFL) در كشور سوئيس و آزمايش¬هاي سه محوري اشباع نيز در مركز تحقيقات ژئوتكنيك دانشگاه علم و صنعت ايران انجام شد. نتايج آزمايش¬ها نشان داد كه براي دانه¬بندي يكسان خاك كربناته و سيليكاته مورد مطالعه، منحني نگهداشت آب-خاك (SWRC) براي اين دو خاك در مكش¬هاي كم تقريباً يكسان بوده اما در مكش¬هاي بالا، خاك¬هاي كربناته به جهت وجود منافذ درون¬دانه¬اي، قابليت نگهداشت آب بالاتري از خود بروز مي-دهند. نتايج آزمايش¬هاي سه محوري غيراشباع CW نيز نشان داد كه به دليل جذب آب بالاتر، پارامتر تنش مؤثر، چسبندگي مويينگي و سهم آن در مقاومت برشي خاك در شرايط غيراشباع براي خاك¬ كربناته بزرگتر از خاك سيليكاته مي¬باشد و در حقيقت مقاومت برشي خاك كربناته در شرايط غيراشباع به‌صورت غيرمستقيم تحت تأثير ساختار متخلخل و منحصربه‌فرد اين خاك قرار دارد. بعلاوه مشاهده گرديد كه مشابه خاك¬هاي سيليكاته، خط حالت بحراني (CSL)، صرف¬نظر از مقدار مكش اعمالي، براي خاك كربناته نيز در شرايط غيراشباع يكسان بوده و نزديك به خط حالت بحراني در شرايط اشباع مي¬باشد.

1398/11/26

Evaluation of Shear Strength of Unsaturated Calcareous Sand

1/21/2020 12:00:00 AM

Skeletal calcareous soils refer to soils consisting of skeletal remains of marine organisms. Marine calcareous sediments are quite prevalent in coasts of tropical regions. Significant differences have been observed between marine calcareous and silicate soils in terms of mechanical behaviors, shear strength, liquefaction resistance, etc., mainly due to considerable intra-particle voids in calcareous sediments. Although calcareous deposits are prevalent along coastal plains throughout the world, there is no study investigated their behavior in unsaturated conditions. In these conditions, soil-water retention capacity is a fundamental parameter in relation to many geotechnical, environmental, and agricultural aspects; and this capacity and subsequently unsaturated shear strength of a soil is expected to be influenced by intra-particle pores unique to calcareous soils. In the present study, porous structure of calcareous soil was studied using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Mercury Intrusion Porosimetry (MIP) tests; the results clearly revealed this special microstructural characteristic. To study water retention and hydraulic hysteresis behavior of different gradations of skeletal calcareous soil (obtained from the Hormuz Island of Iran) compared to a reference silicate soil (obtained from the Netherlands), series of tests were conducted using pressure plate and controlled-suction oedometer apparatuses. Besides, to find and/or modify a prediction method for water retention curve of calcareous soil with acceptable accuracy, several existing pedotransfer functions were evaluated. Moreover, constant water content (CW) triaxial tests were performed on two similar grain size distributions of both calcareous and silicate specimens to evaluate unsaturated shear behavior of calcareous soil for the first time, and compare it with a reference silicate soil. Saturated triaxial tests were also conducted to obtain saturated shear strength parameters of both soils. All the Unsaturated tests (including pressure plate, controlled-suction oedometer, and controlled-suction triaxial apparatuses) were conducted in the Laboratory of Soil Mechanics (LMS) at École Polytechnique Fédéale de Lausanne (EPFL). Saturated triaxial tests were in the Geotechnical Research Center of Iran University of Science and Technology (IUST). Test results showed that in similar grain size distribution of these soils, Water Retention Curve of calcareous and silica soils are almost the same in low suctions, but calcareous soil retains more water at higher suctions due to its intra-particle voids. In addition, owing to these microstructural pores, ratio of Sr reduction on wetting path of a hysteresis loop was found to be more for calcareous soil than silicate soil. Calcareous soil also experienced higher suction changes during CW tests. Effective stress parameter () and capillary cohesion of calcareous soil were indirectly influenced by its microstructure, and were higher compared to silicate soil. It also was observed that like the silicate soil, for the calcareous soil, critical state line was unique and close to saturated state.

بررسي مقاومت برشي ماسه كربناته در شرايط غيراشباع

Evaluation of Shear Strength of Unsaturated Calcareous Sand