کتاب پیش‌بینی ‏پدیده ‏روانگرایی ‏با ‏استفاده ‏از ‏مدل ‏ارتجاعی ‏خمیری ‏چند ‏صفحه ‏ای

فهرست
عنوان صفحه
مقدمه 7
فصـل اول روانگرائي 13
تاريخچه 13
مكانيزم پديده روانگرائي 14
پتانسيل روانگرائي 17
معيار سوابق روانگرائي درگذشته 17
معيار زمين‌شناسي 17
معيارهاي تركيبي (ساختاري) 17
معيار حالت 18
تخلخل بحراني 18
تغيير شكل حالت پايدار (تغيير شكل نهائي) 21
پارامترحالت (State parameter) 24
خط تغيير حالت Phase transeformatoin line)) 25
پدیده‌های مرتبط با روانگرائي 26
روانگرائي جرياني (Flow liquefaction) 26
تحرك سيكلي (cyclic mobility) 26
ارزيابي پتانسيل روانگرائي 27
عوامل مؤثر بر پديده روانگرائي 27
دانسيته نسبي 28
تنش مؤثر همه جانبه 29
توزيع اندازه ذرات ماسه 30
اثرات ناهمسانی ذاتي و رفتار اتساعي ـ انقباضي خاك در پديده روانگرائي 30
فصـل دوم مكانيك خاك و مدل‌های رفتاري 33
مقدمه 33
ساختار تغيير شكل در مواد جامد 33
اثر نيرو و چگونگي اعمال آن 34
رفتار الاستيك 34
پلاستيسيته 36
سطح تسليم يا حدجاري شدن 36
معيار تسليم مواد غير متخلخل 38
معيار تسليم جهت مواد متخلخل 38
معيارهاي تسليم رايج براي مواد غير متخلخل (فلزات) 39
معيارهاي تسلیم براي مواد متخلخل (وابسته به فشار هيدرواستاتيك) 43
تابع پتانسيل پلاستيك 47
قانون سخت شوندگي و یا نرم شوندگي 47
قانون جريان (Flow rule) 49
ويژ گيهاي مدل رفتاري مناسب جهت بررسي پديده روانگرائي 50
فصـل سوم نظريه چند صفحه‌اي 51
مقدمه 51
تاريخچه نظريه چند صفحه‌اي 52
مفهوم عددي نظريه چند صفحه‌اي 52
الاستيسيته و نظريه چند صفحه‌اي 52
امتيازات نظريه چند صفحه‌اي 56
تفسير نظريه چند صفحه‌اي 58
تعريف صفحات در محيط سه‌بعدی 60
فصـل چهارم مدل الاستو پلاستيك چندصفحه اي براي خاک‌های غيرچسبنده 63
مقدمه 63
عبارت عمومي جهت بيان رفتار خاک بر اساس پارامتر اتساع (Dilation) 64
عبارت عمومي جهت بيان رفتار خاک بر اساس پارامتر اتساع در روي i امين صفحه 71
مدل رفتاري خاك بر اساس نظريه چند صفحه اي 73
فصـل پنجم نتايج مدل چند صفحه اي 79
مقدمه 79
شبيه سازي به‌وسیله مدل وكاليبره كردن پارامترها 79
شبيه سازي رفتار ماسه در حالت زهكشي نشده درنسبت تخلخل 735/0 81
شبيه سازي رفتار ماسه در حالت زهكشي نشده درنسبت تخلخل 833/0 84
شبيه سازي رفتار ماسه در حالت زهكشي نشده درنسبت تخلخل 907/0 86
بررسي تأثیر پارامترهاي مدل 88
تأثیر پارامترهاي سخت شوندگي 88
بررسي تاثيرپارامتر h1 89
بررسي تأثیر پارامتر h2 92
بررسي تأثیر پارامتر n 97
كرنش محوري، % 98
كرنش محوري، % 98
بررسي تأثیر پارامترهاي اتساع ((Dilatancy 100
بررسي تأثیر پارامتر d0 101
بررسي تأثیر پارامتر m 105
بررسي تأثیر پارامترهاي حالت بحراني (Critical state parameters) 109
بررسي تأثیر پارامتر 109
بررسي تأثیر پارامتر 114
بررسي تأثیر پارامتر M 118
منـابع و مآخـذ 121
منابع فارسی 121
منابع غیر فارسی 123

 پتانسيل روانگرائي

جهت بررسي پتانسيل روانگرائي معيارهاي زير را مي‌توان بيان نمود.

معيار سوابق روانگرائي درگذشته

درصورتی‌که شرایط ساختاري و سطح آب زیرزمینی ثابت بماند، سابقه تاريخي روانگرائي در بيان استعداد روانگرائي منطقه مؤثر مي‌باشد‍]1[.

معيار زمين‌شناسي

توده‌هاي خاك كه قابليت روانگرائي دارند، در يك محدوده كوچك از سطح زمين قرار دارند. به عبارتي در برخی نقاط زمين توده‌های خاك به‌صورت حالت دانه‌بندی يكنواخت و در شرایط متخلخل انباشته‌شده است كه اين توده‌ها پتانسيل بالايي جهت روانگرائي دارند. روانگرائي در حالت اشباع رخ مي‌دهد، لذا در شرایطی كه عمق آب زیرزمینی كاهش يابد، پتانسيل روانگرائي كاهش مي‌‌يابد‍]1[.

معيارهاي تركيبي (ساختاري)

اين خصوصيات شامل، اندازه دانه‌ها، شكل و دانه‌بندی می‌باشد. اغلب خاک‌های ریزدانه ماسه‌اي و يا برخي از لاي‌هایي كه خاصيت چسبندگي كمي دارند، پتانسيل روانگرائي بيشتري را دارند. پديده روانگرائي در ماسه‌های اشباع، در آزمايشگاه و در صحرا مشاهده شده است. لاي‌هاي درشت‌دانه غير -چسبنده و غير پلاستيك شديداً مستعد روانگرائي می‌باشند اما لاي های پولکي يا صفحه‌اي عموماً به اندازه‌اي چسبنده هستند كه پديده ‌روانگرائي در آنها رخ نمي‌دهد. به‌طور معمول رس‌ها غير مستعد براي پديده روانگرائي می‌باشند. شكل ذرات بر روانگرائي مؤثر می‌باشد، خاک‌های با ذرات كروي ساده‌تر از خاک‌های با ذرات گوشه‌دار متراكم مي‌شوند، لذا معمولاً نسبت به خاک‌های با ذرات تيز گوشه پتانسيل روانگرائي بيشتري را دارند. دانه‌بندي نيز از عوامل مؤثر بر پديده روانگرائي می‌باشد، معمولاً خاک‌های خوب دانه‌بندي شده نسبت به خاک‌های با دانه‌بندي نامناسب پتانسيل كمتري جهت روانگرائي دارند، زيرا بين دانه‌ها با دانه‌هاي ريزتر در خاک‌های خوب دانه‌بندي شده پر مي‌شود و باعث كاهش مقدار فشار آب منفذي مي‌شود، لذا احتمال روانگرائي كاهش مي‌شود‍]1[.

 معيار حالت

علاوه بر معيارهاي ذكر شده، قابليت روانگرائي به حالت اوليه خاك (يعني به خصوصيات تنش و نسبت تخلخل….) بستگي دارد، زيرا تمايل به افزايش فشار آب منفذي شديداً تحت تأثیر شرایط اوليه خاك می‌باشد. شرایط اوليه خاك شامل شرایط اوليه ريز سنجي و درشت سنجي خاك می‌باشد و تعیین‌کننده رفتار خاك می‌باشند]23[.

تخلخل بحراني

كاساگرانده در طي تحقيقات خود بر روی مقاومت برشي خاک‌ها، يك‌ سري آزمایش‌های سه محوري زهكشي نشده با كنترل كرنش انجام داد، اين آزمایش‌های بر روی ماسه شل و متراكم انجام گرفت و متوجه شد که نمونه‌هاي تحت تنش مؤثر يكسان زماني كه به حالت شكست (کرنش‌های بزرگ) مي‌رسند نسبت تخلخل (دانسيته) يكساني دارند. در اين آزمایش‌های نمونه‌هاي شل انقباض (Contraction) می‌یابند و نمونه‌هاي متراكم در ابتدا كمي منقبض مي‌شوند و نهايتاً شروع به اتساع (Dilation) مي‌نمايند وبيان كرد، اگر دو نمونه (شل و متراكم) تحت تنش مؤثر يكسان باشند، در کرنش‌های بزرگ تمام نمونه‌ها‌ به دانسيته يكساني مي‌رسند و با مقاومت برشي يكسان به گسیختگي برشي ادامه مي‌دهند، تخلخل متناسب با اين دانسيته را تخلخل بحراني (Void ratio at the critical state)  مي‌گويند.

كاساگرانده با انجام آزمایش‌های متفاوت در تنش‌های همه جانبه مختلف دريافت كه نسبت تخلخل بحراني با تنش مؤثر همه جانبه (Confining pressure) تغيير مي‌كند. وي با رسم نتايج آزمایش‌های انجام شده، منحنی‌ای به دست آورد كه معرف خط نسبت تخلخل بحراني می‌باشد. كه اين خط مرز بين رفتار اتساعي (Dilative) و رفتار انقباضي (Contractive) خاك در آزمایش‌های سه محوري می‌باشد و مي‌توان اين خط را مرز بين استعداد و عدم استعداد روانگرائي بيان نمود كه در شكـل شماره (2-4) و (2-5) نشان داده شده است.

تغيير شكل حالت پايدار (تغيير شكل نهائي)

Castro, آزمایش‌های سه محوري زهكشي نشده متفاوتي را بر روی خاك به روش كنترل تنش انجام داد و سه نوع رفتار متفاوت كه بستگي به شرایط ريزسنجي و درشت سنجي خاك دارد بيان نمود]1[. نمونه‌هاي خيلي شل) همچون نمونه A در شكل)2-6 (به سرعت در کرنش‌های بزرگ گسيخته مي‌گردند. كاسترو اين نوع رفتار خاك را روانگرائي ناميد كه تحت عنوان روانگرائي جرياني نيز به آن اشاره مي‌شود. نمونه‌هاي متراكم) همچون نمونه B در شكل)2-6 (در ابتدا منقبض شده، اما پس از آن تا رسيدن به يك فشار جانبي مؤثر بالا و ثابت و مقاومت متناظر با كرنش بزرگ متسع مي‌شود. نمونه‌هاي نسبتاً متراكم) همچون نمونه C در شكل)2-6 (در ابتدا رفتاري همانند نمونه‌هاي شل را از خود نشان مي‌دهند، اما پس از نشان دادن رفتار تراکم‌پذیری از خود، خاك تغيير شكل يافته و يك رفتار اتساعي را از خود نشان مي‌دهد. كه كاسترو اين نوع روانگرائي را روانگرائي محدود شده مي‌نامد. كه به نقطه تغیير حالت از رفتار انقباضي به رفتار اتساعي نقطه فاز تبديل (Phase transformation  (مي‌گويند‍]1[.

كاسترو با رسم تنش مؤثر همه جانبه و ضريب تخلخل در کرنش‌های بزرگ كه در حالت زهكشي نشده تحت كنترل تنش انجام داد، منحني به دست آورد كه آن را منحني SSL (Steady State Line) ناميد. اين منحني كاملاً شبيه خط CVR (Critical Void Ratio)‌ باشد با اين تفاوت كه CVR مربوط به رفتار زهكشي شده در حالت كنترل كرنش می‌باشد. در حالت پايدار خاك تحت تنش برشي ثابت و فشار جانبي مؤثر ثابت در حجم و سرعت ثابت به‌صورت پيوسته جريان مي‌يابد كه به حالت يكنواخت تغيير شكل يا تغيير شكل حالت پايدار موسوم است. خط حالت پايدار در فضاي سه‌بعدی يك منحني در فضاي ضريب تخلخل، تنش عمودي و تنش برشي ( ) می‌باشد. در فضاي دوبعدي تنش مؤثر عمودي و ضريب تخلخل، مي‌توان تعيين كرد كه آيا خاك مستعد روانگرائي می‌باشد يا خير. خاک‌هایی كه در شرایط اوليه در زير منحني هستند متسعد روانگرائي نمي‌باشند، در حالي كه خاک‌های كه در بالاي خط می‌باشند اگر و فقط اگر تنش برشي استاتيكي از مقاومت پسماند خاك تجاوز كند، مستعد روانگرائي می‌باشد. خط حالت پايدار (SSL) نشان‌دهنده يك شرايط بخصوص ازنظر نسبت تخلخل و تنش مؤثر جانبي، جهت بروز پديده روانگرائي جرياني می‌باشد.

پارامترحالت (State parameter)
با بهره‌گيري از مفاهيم مكانيك خاك حالت حدي، رفتار خاك غير چسبنده بايستي به‌طور دقيق وابسته به حالت اوليه آن ازنظر تنش مؤثر همه جانبه و نسبت تخلخل مورد بررسي قرار گيرد. به عبارتي خاک‌های بافاصله مساوي از خط حالت پايدار بايستي رفتاري مشابه از خود نشان دهند. با بهره‌گيري از منطق فوق Been و Jeffries پارامتر حالت را به‌صورت زیر تعریف نمودند]18[‍:
(2-5)
كه ecr نسبت تخلخل خط حالت پايدار در فشار جانبي مؤثر موردنظر می‌باشد. هنگامي كه مقدار مثبت است خاك حالت انقباضي و وقتی كه کوچک‌تر از صفر باشد خاك حالت انبساطي دارد. اين پارامتر در محاسبه امكان روانگرائي بسيار مفيد می‌باشد و از طريق آزمایش‌های صحرايي نيز قابل تشخيص است. شکل زير بيانگر پارامتر حالت می‌باشد.