پایان نامه ارشد: بررسی رفتار خزشی خاک ماسه ای مسلح شده با الیاف ژئوسنتتیک در شرایط آزمایشگاهی

عنوان : مطالعه رفتار خزشی خاک ماسه‌ای مسلح شده با الیاف ژئوسنتتیک در شرایط آزمایشگاهی

دانشگاه محقق اردبیلی

دانشکده­ی فنی مهندسی

گروه آموزشی عمران

پایان­نامه برای دریافت درجه­ کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی عمران گرایش خاک و پی

 عنوان:

مطالعه رفتار خزشی خاک ماسه‌ای مسلح شده با الیاف ژئوسنتتیک در شرایط آزمایشگاهی

استاد راهنما:

علیرضا نگهدار

استاد مشاور:

سیاب هوشمندی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
فهرست مطالب:
فصل اول: کلیات
1-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………..2
1-2- بیشینه و روش پژوهش……………………………………………………………………3
1-3- اهداف ……………………………………………………………………………………..5
1-4- ترتیب پایان نامه …………………………………………………………………………..5
فصل دوم: بیشینه پژوهش
2-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………..8
2-2- تعریف خزش ……………………………………………………………………………….9
2-3- تعریف ژئوسنتتیک ………………………………………………………………………10
2-3-1- تاریخچه ژئوسنتتیک …………………………………………………………………11
2-4- هدف از مطالعه تغییرشکل‌های خزشی …………………………………………….11
2-5- مطالعه 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 K 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 بهره گیری 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- مطالعه 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 (C_c) …………………………………….75
4-5- تاثیر سطوح تنش بر ضریب تراکم ثانویه (C_α)……………………………..75
4-6- تاثیرمسلح کردن خاک با الیاف ژئوتکستایل بر تراکم ثانویه……………..76
4-7- تاثیر تاریخچه تنش بر تراکم ثانویه……………………………………………76
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 می باشد. با اجرای ساختمان‌ها، خاکریزها و جاده‌ها، اغلب نشست‌های قابل توجهی رخ می‌دهد. از آنجائیکه نشست‌های دراز مدت در اثر خزش اتفاق می‌افتد، پس 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 می گردد. مکانیسم‌ها و فاکتورهای تأثیرگذار بر رفتار خزشی خاک‌های ماسه‌ای هنوز به گونه کامل شناخته نشده می باشد. 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 اظهار شده می باشد. نتایج به دست آمده براساس ارتباط تخلخل  و ضریب تراکم ثانویه تبیین داده شده می باشد. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد که در تنش‌های پایین تغییرشکل‌های خزشی در نمونه‌های اشباع بزرگتر از نمونه‌های خشک می‌باشد اما با افزایش تنش، تغییرشکل‌های خزشی در نمونه‌های اشباع‌ کاهش و در نمونه‌های خشک افزایش می‌یابد. به علاوه در آزمایش بارگذاری-باربرداری، سرعت خزش بیشتر از آزمایش تک مرحله‌ای می‌باشد و این آزمایش در تسریع خزش موثر می باشد. 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 می باشد. با اجرای ساختمان‌ها، خاکریزها، جاده‌ها و … اغلب نشست‌های قابل توجهی ایجاد می گردد. 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 بهره گیری از دانش امروزی، چالش مهمی در مهندسی ژئوتکنیک می‌باشد. زمانی که خاک تحت بارگذاری ثابتی قرار می‌گیرد، باگذشت زمان تغییرشکل‌هایی را تجربه می کند که خزش نامیده می گردد. تغییرشکل‌های وابسته به زمان، به خصوص زمانی که تغییرشکل‌های دراز‌مدت مطرح می گردد، 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.
بهره گیری از مصالح ژئوسنتتیک، از اواسط دهه هفتاد میلادی در دنیا اوج گرفته می باشد. 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 می‌طریقه. ژئوتکستایل‌ها عملکرد بسیار خوبی در ارتباط با پخش و یکنواخت کردن تنش‌ها یا نیروها در یک سطح بیشتری داشته و به نحو مطلوبی مانع گسیختگی‌های نقطه‌ای و موضعی می گردد. 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 گردد که خاکی که با الیاف تقویت شده و تحت اثر بار خارجی دچار نشست شده می باشد، بعد از حذف بار به حالت اولیه بر می گردد. مطالعات تئوری نشان می‌دهد که بهره گیری از الیاف ژئوتکستایل در خاک‌ها  باعث افزایش مقاومت و ضریب ارتجاعی خاک می گردد ( محمد بلوچی، زینب قناد. 1389). با در نظر داشتن کاربرد ژئوسنتتیک‌ها، مطالعه تاثیرات آن‌ها بر رفتار خزشی ضروری بنظر می‌رسد.
2-1- پیشینه پژوهش
خاک به عنوان مصالح ساختمانی در مهندسی عمران در طرح‌های مهمی به کار گرفته می گردد. بشر روی خاک زندگی می کند و انواع مختلف سازه همانند خانه‌ها، راه‌ها، پل‌ها و … را احداث می‌نماید. پس مهندسان عمران بایستی به خوبی خواص خاک از قبیل مبداء پیدایش، دانه‌بندی، قابلیت زهکشی آب، نشست، مقاومت برشی، ظرفیت باربری و غیره را مطالعه نموده و رفتار خاک را در نتیجه فعالیت بشر پیش‌بینی نمایند. تاریخچه فهم رفتار خزشی خاک‌های رسی به قرن 19 بر می گردد. مانند مثال‌های کلاسیکی می‌توان به نشست برج پیزا در ایتالیا تصریح نمود، به‌طوری که بر اثر خزش، برج حدود 5/1 متر نشست کرده و به یک سمت کج شده می باشد 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 می باشد.
زمانی که خاک اشباع تحت بارگذاری ثابتی قرار می‌گیرد، با زایل شدن فشار آب حفره‌ای تنش‌های موثر با گذشت زمان افزایش می‌یابند، به تعبیری تحکیم اولیه اتفاق می‌افتد. مقدار قابل توجهی از نشست‌ها طی تحکیم اولیه اتفاق می‌افتد و نسبت تحکیم اولیه را می‌توان با بهره گیری از ضریب تحکیم C_v اظهار نمود. بعد از زایل شدن کامل فشار آب حفره‌ای اگر بارگذاری برروی خاک حفظ گردد، یک سری تغییرشکل‌های با گذشت زمان اتفاق می‌افتد که تراکم ثانویه یا خزش نامیده می گردد. نسبت تراکم ثانویه را می‌توان با ضریب C_α اظهار نمود. پس 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 اقدام 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 گونه واضح، تاثیر زمان بر تراکم پذیری رس را اظهار می‌نمود. بیوسمن (1936) ارتباط نشست-لگاریتم زمان را تحت تنش ثابت برای خاک‌های رسی به صورت خطی اظهار نمود. تیلور (1942) برای اولین بار مدل وابسته به زمان را به مقصود تبیین رفتار خزشی خاک‌های رسی که در آن تحکیم اولیه و تراکم ثانویه به عنوان دو فرایند مجزا در نظر گرفته می گردد را ارائه نمود. بجروم[4] (1967) به مقصود تبیین رفتار خزشی و فشار بیش تحکیمی ناشی از تاثیرات خزش، مدلی را که در آن تحکیم اولیه و تراکم ثانویه به صورت کوپل اقدام می‌کنند، ارائه داد. اگرچه تحکیم اولیه و تراکم ثانویه از آغاز بارگذاری به صورت کوپل اقدام می‌کنند، اما تراکم ثانویه در پایان تحکیم اولیه اتفاق می‌افتد. زیرا سرعت خزش پایین‌تر از تحکیم اولیه می‌باشد پس 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. مطالعه‌های آزمایشگاهی انجام شده بر لایه‌های نازک رسی نشان می‌دهد که تحکیم اولیه در مدت زمان کوتاهی اتفاق می‌افتد، پس خزش در مرحله تحکیم اولیه را می‌توان صرف نظر کرد. 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 می باشد، پس در این مطالعه با بهره گیری 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 تبیین داده شده می باشد.
3-1- اهداف
هدف کلی از این پژوهش، مطالعه آزمایشگاهی تغییرشکل‌های دراز مدت خاک ماسه‌ای رس‌دار در حالت مسلح نشده و مسلح شده با الیاف ژئوتکستایل می‌باشد. اهداف خاص مطالعه عبارتند از:
1) مطالعه تاثیر سطوح تنش و مایع منفذی بررفتار خزشی خاک ماسه‌ای رس‌دار.
2) مطالعه تاثیر مسلح کردن خاک با الیاف ژئوتکستایل بررفتار خزشی خاک ماسه‌ای رس‌دار.
3) مطالعه تاثیر تاریخچه تنش به مقصود ایجاد شرایط مناسب جهت سرعت بخشیدن به آزمایش خزشی.
دانه بندی خاک مورد بهره گیری در این پژوهش شامل ماسه اوتاوا و رس می‌باشد که ماسه اوتاوا، رد شده از الک 30 و مانده روی الک 50 می‌باشد. رس مورد بهره گیری نیز رس کوزه گری همدان می‌باشد. دلیل بهره گیری از خاک رس این می باشد، زیرا ماسه نیازمند تنش‌های بالا جهت رخ‌دادن تغییرشکل‌های خزشی می‌باشند، با در نظر داشتن ظرفیت محدود دستگاه تحکیم دانشگاه محقق اردبیلی ( ظرفیت دستگاه 1280 کیلوپاسکال)، حداکثر مقداری که رس می‌توانستیم اضافه کنیم تا دانه بندی نمونه مورد بهره گیری در محدوده ماسه رس‌دار باشد، حدودا 60%  حجمی  بود. الیاف ژئوتکستایل مورد بهره گیری، ساخته شده از الیاف پلیمری با وزن واحد gr/m 300 می‌باشد. از مزیت‌های شاخص ژئوتکستایل‌ها سهولت و سرعت کاربرد، دوام بالا پیش روی عوامل طبیعی، توانایی نگهداری ذرات خاک در جای خود و مقاومت الکتریکی بالای آن‌ها می‌باشد.
4-1- ترتیب پایان نامه
 فصل اول، اهداف کلی پژوهش و به صورت جزئی به پیشینه تحقیقاتی تصریح می کند. فصل دوم، پیشینه پژوهش شامل مطالعات و تحقیقات صورت گرفته در زمینه خزش و تغییرشکل‌های خاک می‌باشد. فصل سوم به اظهار تحقیقات انجام شده در آزمایشگاه می‌پردازد. این مطالعه‌ها شامل آزمایش تحکیم یک‌بعدی برروی نمونه ماسه‌ رس‌دار، جزئیات مصالح بهره گیری شده، دستگاه آزمایش و طریقه انجام آزمایش‌ها مانند آزمایش دانه‌بندی، چگالی نسبی دانه‌ها، حدود اتربرگ و تحکیم می‌باشد. درفصل چهارم نتایج و یافته‌های پژوهش بدست آمده از این مطالعه آورده شده و در نهایت فصل پنجم نتیجه گیری کلی از آزمایش‌ها را اظهار می کند.
[1]Terzaghi
[2]Taylor
[3]Buisman
[4]Bjereum
[5] Zhang et al
[6] Mejia et al
[7]Sivarjan Varatharajan
تعداد صفحه : 109
قیمت : 14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]