دو روش ارائه شده در این مقایسه به‌صورت روابط ۲-۱۲ و ۲-۱۳ آمده است:
(۲-۱۲)
(۲-۱۳)
نهایتاً نتیجه گرفته شده است که ساده­ترین مدل­های خزش برشی غیرخطی خاک رس ۲-۱۲ و ۲-۱۳ به­ صورت تجربی با یکدیگر تفاوتی ندارند، هم ازنظر پیچیدگی و هم ازنظر نتایج تقریب داده ­های تجربی. درعین‌حال، رابطه ۲-۱۳ دارای برخی مزایا نسبت­ به رابطه ۲-۱۲ است: تعداد آزمایش­های خزش برشی حداقل است، تعیین پارامترهای مقاومت برشی و از اهمیت زیادی برای استفاده در آزمایشگاه برخوردار است. مدل­های پیشنهاد شده برای یک رویکرد واضح برای حل مسئله، حالت­ها و روش­های ساده، برای تعیین تعداد کمی از پارامترها و نیز برای یک تقریب دقیق از داده ­های آزمایشگاهی اراده شده است.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

مسچیان (۲۰۰۵) در پژوهشی با عنوان خزش برشی خاک­های رسی، مسائل شامل خزش برشی خاک­های رسی مانند مواد ویسکوپلاستیک را مورد بررسی قرار داده است. نرخ خزش خاک توسط یک معادله­ تغییرشکل تعمیم یافته دوجمله‌ای ارائه شده است و مسئله‌ی سرعت حرکت خاک روی یک سطح شیب­دار با بهره گرفتن از این معادله حل شده است.
اعوجاج یکی از حالت­های پایه­ای تغییرشکل خاک­های رسی است، درحالی‌که در طبیعت، برش، حالت همه‌جانبه‌تری دارد (مسچیان، ۲۰۰۵). نمونه­های رسی آزمایش­های برش ساده، پس از تراکم تحت فشار، با روش­های برش­کاری و پیچش آماده می­ شود؛ مانند تغییرشکل­های بالک (تغییرشکل­های ناشی از تراکم)، تغییرشکل­های برشی خاک­های رسی تحت تنش­های مماسی ثابت ( ) در طول زمان به حالت خزش برشی توسعه می­یابد (شکل ۲-۶). درحالی‌که تغییرشکل­های بالک خزش­­، تنها میرایی در طبیعت هستند، تغییرشکل­ ( ) های در طول خزش برشی در طبقه خزش میرایی ( )، جریان خزش در یک نرخ واقعاً ثابت ( ) و خزش در یک نرخ افزایشی بالارونده تا گسیختگی مواد ( ) به‌عنوان تابعی از سطح تنش مماسی ( ) (که در آن مقاومت برشی یا استحکام برشی خاک است)، قرار می­گیرد. برای مشاهده این حالت­ها به شکل ۲-۶ مراجعه نمایید.
شکل ۲-۶: منحنی­های گروهی خاک تحت برش ساده: a) b) که در آن نرخ کرنش برش ساده برای زمان­های مختلف ، و اولین و دومین تنش برشی محدودکننده و نقطه تسلیم (حد کرنش) در نرخ برشی ثابت یا افزایشی است (مسچیان، ۲۰۰۵)
بسته به موقعیت، چگالی- درصد رطوبت و مقاومت سازه­ای خاک رسی، خستگی مقاومتی آن ممکن است با رخ دادن هم­زمان یک انفصال در پیوستگی آن با تشکیل یک سطح لغزش بعد از رسیدن به یک کرنش برشی بحرانی مشخص ( ) و یا بدون تشکیل آن، اتفاق افتد. در این پژوهش نویسنده مطابق ماسلو^[۴۹] (۱۹۵۵)، در رابطه با خاک­های رسی پلاستیک پنهان در مورد اول و در رابطه با خاک­های رسی در مورد دوم که خاک همانند یک سیال ویسکوز جریان می‌یابد، مواجه گشته است.
منحنی­های تشکیل شده در مرحله­ خزش میرایی مطابق با رفتار یک سیال ویسکوز نیوتونی است، درحالی‌که منحنی­های تشکیل شده در مرحله­ جریان AB مطابق رفتار یک ماده­ ویسکوپلاستیک بینگهام-شودو است که در محور ، منحنی بخش را قطع می کند که مطابق گذار از مرحله­ خزش میرایی به مرحله­ جریان (تنش مماسی محدودکننده­ی اول، ) است. این مقدار حد واقعی است و کمی با ای که ماسلو آن را آستانه­ خزش ( ) می­نامد و گذار از مرحله­ جریان به مرحله­ گسیختگی در یک نرخ افزایشی را توصیف می­ کند، تفاوت دارد و همان تنش مماسی محدودکننده دوم یا مقاومت بلندمدت نهایی ( ) است.
مسچیان (۲۰۰۶) قانون حاکم بر خزش ناشی از برش خاک­های رسی را مورد بررسی قرار داده است. در این پژوهش مدل­های تغییرشکل خاک­ها تحت فشارهای تحکیمی بحث شده است. نتایج بررسی­های تجربی خزش خاک­های رسی، تحت برش ساده، قانون عمومی خزش ناشی از برش و تطبیق تجربی کاربرد آن برای خاک­های عادی و تورمی و خاک­های مستعد نشست ریزشی ارائه شده است. مسچیان با در نظر داشتن تنوع و ویژگی­های مشخصه خاص خاک­های رسی و نیز متعدد بودن عوامل مؤثر در مشخصات ریخت­شناسی آن­ها، پژوهشی آزمایشگاهی را درباره خزش تحت تراکم تک­محوری-کرنش صفحه­ای (تحکیم) و برش انجام داده است.
در این پژوهش از رابطه ۲-۱۴، برای توصیف گروه منحنی­های تجربی خزش برشی خاک­های رسی تحت تنش­های ثابت، استفاده شده است:
(۲-۱۴)
که در آن:
(۲-۱۵)
مقدار خزش برشی و تابعی برای تنش مماسی که به بستگی دارد.
نمونه­های رس کیو، با روش پیچشی نمونه­های متراکم با قطر ۱۰۱ میلی­متر و ضخامت ۲۴ میلی­متر در دستگاه­های M-5 و در رژیم کنترل تغییرشکل برای چهار حالت، آزمایش شدند. برای هر یک از ها، نمونه­های جفتی تحت تنش مماسی تقریباً مساوی آزمایش شده ­اند که در آن­ها همان مقاومت استاندارد است.
منحنی­های خزش برشی توسط رابطه­ توانی ۲-۱۶ تخمین زده می­شوند:
(۲-۱۶)
از نتایج آزمایش­ها مشخص است که شاخص­ های خزش، در حالت­های مختلف خاک که خاک در معرض های مختلف است، برای مقادیر یکسان واقعاً برابر است.
نتایج نشان می­دهد که همانند سایر پژوهش­های مشابه، یک کمیت ثابت نیست، اما به بستگی دارد. این امر، یکی از دلایل مشابه نبودن نمودارهای خزش می­باشد.
مطابق فوق، معادله­ خزش برای خاک رسی در معرض برش صفحه­ای، درهرحالتی از خاک، می ­تواند به­ صورت رابطه­ ۲-۱۷ نوشته شود:
(۲-۱۷)
که در آن لحظه اعمال تنش مماسی است.
از معادله­ ۲-۱۷ مشخص است که یک گروه منحنی تجربی خزش و یک نمودار مقاومت برشی، برای تعیین تغییرشکل خزشی خاک در طول زمان با تأثیر ، کافی است. مقدار خزش و تابع سطح تنش مماسی می ­تواند از گروه منحنی خزش و پارامترهای و از نمودار مقاومت برشی، تعیین شوند.
به‌عنوان یک نتیجه از بررسی­های انجام شده، مشخص شد که رابطه­ ۲-۱۷ علاوه­ بر در نظر داشتن تأثیر مقاومت برشی خاک­ها بر خزش آن­ها در برش ساده، برای ارزیابی تغییرات مقاومت برشی تحت تأثیرات دمایی و دینامیکی و تغییرات درصد رطوبت خاک­های مستعد نشست ریزشی و خاک­های تورمی تحت فشارهای تحکیمی و نیز در طول آسایش تنش­های مماسی معتبر است.
مطالعات متعددی توسط سایر پژوهشگران دراین‌باره انجام شده است. متأسفانه زمان کافی برای توصیف همه آن­ها در این پایان نامه وجود ندارد. به‌صورت مختصر می­توان به پژوهش­های مسچیان و گالستیان^[۵۰] (۱۹۷۲) درباره بررسی خزش تراکمی خاک­های رسی با در نظر گرفتن تأثیرات دما، بررسی فشار زمین ناشی از خاک­های رسی توسط مسچیان و مالاکیان^[۵۱] (۱۹۷۴)، بررسی پارامترهای خزش لرزشی-تراکمی خاک­های رسی اشباع توسط بادالیان و مسچیان (۱۹۷۶)، تنظیم تغییرشکل­های خاک­های تورمی در زمان توسط مسچیان و مالاکیان (۱۹۷۹)، مشخصات ریخت­شناسی مواد رسی در سدهای خاکی توسط مسچیان (۱۹۷۹)، مقاومت برشی خاک­های متورم­شونده تحکیم یافته با درصد رطوبت طبیعی و بعد از اشباع کامل توسط مسچیان و آیرویان (۱۹۸۷)، محاسبه جابجایی­های توده­ی خاک ویسکوز در یک سطح شیب­دار توسط مسچیان (۱۹۹۳)، روش تعیین مشخصات تورمی خاک­های رسی توسط مسچیان و آیرویان (۱۹۹۵)، دو روش برای تعیین مقاومت برشی بلندمدت نهایی خاک­های رسی توسط مسچیان (۱۹۹۶)، اتساع و انقباض خاک­های رسی تحت برش ساده توسط مسچیان (۱۹۹۸)، مدلی برای محاسبه خزش خاک نرم توسط ورمیر^[۵۲] و نهر^[۵۳] (۱۹۹۹)، روش­های ساده­ی تعیین خزش تراکمی حرارتی در اسکلت یک خاک رسی اشباع شده با آب توسط مسچیان (۱۹۹۹)، مقاومت خاک­های رسی تحت کرنش­های برشی بزرگ توسط مسچیان (۲۰۰۳)، خزش در خاک­های نرم توسط فرانتیسک هاول^[۵۴] (۲۰۰۴)، پارامترهای تورمی خاک­های رسی توسط مسچیان (۲۰۰۶)، ویژگی­های خاص خزش خاک­های رسی توسط ژاکولین^[۵۵]، ژاکولینا^[۵۶] و ارازالی^[۵۷] (۲۰۱۳) و مدل ساختاری وابسته به آهنگ برای کرنش­های بزرگ خزشی خاک نرم با مدول­ برشی متغیر توسط اوریا و استفان وان بارس^[۵۸] (۲۰۱۳) اشاره نمود.
فصل سوم:
مبانی نظری پژوهش
۳-۱- تحکیم
با تأثیر سربار، تنش­های فشاری در لایه­ های خاک به وجود آمده و باعث فشرده شدن آن می­ شود. فشردگی خاک، ناشی از تغییر شکل فشاری و جا به ­جایی ذرات خاک، رانده شدن هوا و آب از حفرات خاک و عوامل دیگر می­باشد. در یک خاک بخصوص، یک و یا تعدادی از عوامل فوق ممکن است مشارکت داشته باشند. ازآنجایی‌که فشرده شدن خاک باعث نشست سازه­ی واقع بر روی آن می­ شود، ازنقطه­نظر مهندسی به این پدیده، نشست خاک می­گویند. در حالت کلی نشست­های خاک به دو گروه زیر تقسیم می­شوند (داس، ۲۰۰۰):

1. 1. نشست تحکیم که ناشی از تغییر حجم خاک اشباع به علت رانده شدن آب­های موجود در حفرات است.

1. 1. نشست آنی که ناشی از تغییر شکل الاستیک خاک خشک و یا خاک­های مرطوب و اشباع بدون هرگونه تغییری در میزان آب می­باشد. محاسبات نشست آنی معمولاً بر پایه­ روابط به‌دست‌آمده از تئوری الاستیسیته قرار دارد.

۳-۲- تغییرات حجم خاک
تغییرات حجم خاک یکی از مباحث مهم در مکانیک خاک می­باشد و به‌وسیله‌ی نتایج حاصل از آن می­توان تغییرمکان ناشی از تراکم، بالا زدگی در اثر انبساط و تغییرشکل­های به وجود آمده در اثر تنش­های برشی را تعیین کرد. این تغییرات باعث تغییر خواص تغییرشکلی و مقاومتی شده و حتی در پایداری خاک تأثیر می­ گذارد. تغییرات حجمی خاک اغلب توسط تنش­های وارده، تغییرات رطوبتی و شیمیایی محیط اطراف و تغییرات دما به وجود می ­آید. در این بخش عوامل مؤثر بر تغییر حجم خاک و روابط مهم حاکم بر آن مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به اینکه تحلیل ریاضی و عددی مورد نیاز در حالت دو و سه‌بعدی بسیار پیچیده می­باشد، مباحث مربوط به رفتار تغییرشکل خاک در شرایط یک‌بعدی مطرح شده است.
نسبت تخلخل خاک­ها معمولاً در محدوده­ای بین ۵/۰ تا ۴ قرار دارد (شکل ۳-۱). همان­طور که در شکل ۳-۱ معلوم است، در اکثر موارد محدوده­ نسبتاً کم­فشار در مقیاس زمین­ شناسی (تا چند صد کیلو پاسکال)، طیف گسترده­ای از نسبت­های تخلخل را در برمی‌گیرد. تغییرات مکانیکی و شیمیایی در روند تغییر چگالی تأثیر بسزایی دارد. به‌طورکلی، رابطه­ بین تخلخل و تنش مؤثر وابسته اندازه­ دانه­ها و حالت انعطاف­پذیر (پلاستیسته) می­باشد (لامبه و ویتمن^[۵۹]، ۱۹۶۹).
شکل ۳-۱: منحنی تراکم برای چند خاک (لامبه و ویتمن، ۱۹۶۹)
اندازه و شکل دانه­ها علاوه بر تأثیر در مقدار سطح مخصوص، جزء عوامل مؤثر در تخلخل در هر تنش مؤثر و اثرات عوامل وابسته به خواص فیزیکى، شیمیایى و مکانیکی در تحکیم و تورم می­باشند (مید^[۶۰]، ۱۹۶۴). مقدار شاخص فشردگی ( ) که در شکل ۳-۲ نشان داده شده است، مقداری بین ۲/۰ تا ۱۷ دارد. مقدار ۱۷ برای مونت موریلونیت سدیمی در فشار­های پایین می­باشد. درصورتی‌که مقدار شاخص فشردگی برای اکثر خاک­ها کم­تر از ۲ می­باشد. شاخص تورم همواره کم­تر از شاخص تراکم می­باشد (میشل و سوگا^[۶۱]، ۲۰۰۵).
شکل ۳-۲: رابطه­ ایده­آل نسبت تخلخل- تنش مؤثر برای یک خاک تراکم پذیر (مصری، ۱۹۶۷)
بعد از باربرداری و بارگذاری مجدد، مقداری از کرنش حجمی، غیرقابل‌برگشت خواهد بود. در این حالت شاخص تورم و باربرداری باهم برابر هستند.
میزان رشد بارگذاری و زمان، در تعادل بین تخلخل و تنش مؤثر، مخصوصاً برای رس­های حساس اثر بسزایی دارد (شکل ۳-۳). این اثر باعث افزایش فشار پیش­تحکیمی و تغییرشکل خاک می­گردد (لرویل و همکاران^[۶۲]، ۱۹۹۰). مقدار بالای پیش­تحکیمی نیز باعث افزایش نرخ بارگذاری می­گردد. درواقع این اثرات توأم و دوطرفه است.
شکل ۳-۳: منحنی­های تراکم مربوط به زمان­های متفاوت بعد از اتمام تحکیم اولیه (مصری، ۱۹۶۷)
۳-۳- عوامل مؤثر در تغییر حجم خاک
عوامل محیطی و پیرامونی در تغییرات حجم خاک بسیار مؤثر است. با شناخت این عوامل می­توان رفتار تغییر حجم خاک را به شکل کیفی پیش ­بینی کرد. البته به شرطی که نمونه­های مورد آزمایش، دست­نخورده باشد (میشل و سوگا، ۲۰۰۵).
۳-۳-۱- عکس­العمل فیزیکی بین ذرات
عکس ­العمل­ها شامل: خمش^[۶۳]، لغزش^[۶۴]، غلطش^[۶۵] و خردگی^[۶۶] می­باشد. این عکس ­العمل­ها از عکس­العمل­های فیزیکوشیمیایی^[۶۷] در فشارهای بالا و تخلخل پایین، مهم­تر می­باشد. در خاک­های با ذرات پهن موضوع خمش اهمیت پیدا می­ کند (میشل و سوگا، ۲۰۰۵).
۳-۳-۲- عکس‌العمل فیزیکیوشیمیایی بین ذرات
این عکس‌العمل­ها مربوط به نیروهای سطح ذرات که خود شامل دو لایه­ی سطحی^[۶۸] و جذبی یون­های آب و نیروهای جاذبه و دافعه­ی درون‌ذره‌ای می­باشند. عوامل فیزیکوشیمیایی در طبقه ­بندی خاک­های خوب دانه­بندی شده در زمانی که تحت فشار پایین و تخلخل بالا قرار دارند، بسیار مهم می­باشد (میشل و سوگا، ۲۰۰۵).
۳-۳-۳- محیط شیمیایی و دارای مواد آلی
این محیط­ها تأثیر مستقیم بر روی سطوح نیرو و خواص لایه­ی جذبی آب پیرامونی ذرات خاک دارد. خواص خمیری و تراکم­پذیری را افزایش می­دهد. افزایش اکسید آهن در سنگ­ها و خاک­ها باعث اکسیده شدن و در معرض قرار گرفتن سنگ­ها و خاک­ها در برابر هوا، آب و درنهایت تخریب ساختار خاک و سنگ می­گردد. تغییرات دما سبب تغییر در سطح و حالت آب و در صورت وجود نمک در نحوه­ تغییرات حجم خاک دارد (میشل و سوگا، ۲۰۰۵).