فهرست مطالبشماره و عنوان مطالب صفحه فصل اول: کلیات1-1- مقدمه ........21-2- اهداف .......31-3- ترتیب پایاننامه .....4 فصل دوم: پیشینهی تحقیق2-1- تحکیم .......62-2- خزش ....... 11 فصل سوم: مبانی نظری پژوهش3-1- تحکیم ....... 263-2- تغییرات حجم خاک ....... 263-3- عوامل مؤثر در تغییر حجم خاک ..... 293-3-1- عکسالعمل فیزیکی بین ذرات ........ 293-3-2- عکسالعمل فیزیکیوشیمیایی بین ذرات....... 303-3-3- محیط شیمیایی و دارای مواد آلی ..... 303-3-4- خواص معدنی ...... 303-3-5- بافت و ساختار ....... 303-3-6- تاریخچهی تنش ...................................................................................................................................................... 313-3-7- دما ............................................................................................................................................................................ 353-3-8- تغییرات شیمیایی آب حفرهای .................................................................................................................................. 353-3-9- دستخوردگی ........................................................................................................................................................... 363-3-10- تأثیر دوام بار ......................................................................................................................................................... 383-3-11- نسبت افزایش بار .................................................................................................................................................. 393-4- بررسی روابط تنش-کرنش ........................................................................................................................................... 403-4-1- خط حالت بحرانی خاک (معادله ترزاقی) ............................................................................................................... 403-5- مقاومت برشی خاکها ................................................................................................................................................ 413-5-1- معرفی .................................................................................................................................................................... 413-5-2- اهمیت .................................................................................................................................................................... 463-5-3- عبارتهای کلیدی .................................................................................................................................................. 473-5-4- پاسخ خاک در برابر نیروهای برشی ........................................................................................................................ 483-5-4-1- تأثیر افزایش تنش مؤثر قائم .............................................................................................................................. 503-5-4-2- تأثیر نسبت پیشتحکیمی .................................................................................................................................. 513-5-4-3- تأثیر زهکشی فشار آب منفذی .......................................................................................................................... 523-5-4-4- تأثیر چسبندگی ................................................................................................................................................... 543-6- نمودار گسیختگی موهر و معادلهی گسیختگی کلمب ................................................................................................ 553-7- آزمایش برش مستقیم .................................................................................................................................................. 613-8- خزش ........................................................................................................................................................................... 633-8-1- مقدمه ...................................................................................................................................................................... 633-8-2- مبانی نظری ............................................................................................................................................................ 653-8-3- آزمایش خزش در خاک .......................................................................................................................................... 663-8-4- آزمایش خزش با دستگاه برش مستقیم .................................................................................................................. 693-9- الگوهای رفتاری تابع زمان مصالح .............................................................................................................................. 753-9-1- الگوهای رفتاری سادهی مصالح ............................................................................................................................. 753-9-1-1- الگوی یک فنر ................................................................................................................................................... 753-9-1-2- الگوی یک لغزنده .............................................................................................................................................. 763-9-1-3- الگوی تغییرشکل زمانی (میراگر) ....................................................................................................................... 773-9-2- الگوی رفتاری کشسان-خمیری کامل ................................................................................................................... 783-9-3- الگوی رفتاری کشسان- خمیری ............................................................................................................................ 793-9-4- الگوهای گرانرو کشسان ......................................................................................................................................... 803-9-4-1- الگوی ماکسول .................................................................................................................................................. 813-9-4-2- الگوی کلوین ...................................................................................................................................................... 843-9-4-3- الگوی برگر ........................................................................................................................................................ 863-9-4- الگوی کشسان- گرانرو خمیری ............................................................................................................................. 873-9-5- مدلهای پدیدار شناختی ......................................................................................................................................... 883-9-5-1- کاربرد در رفتار تنش- کرنش ............................................................................................................................ 883-9-5-2- کاربرد در رفتار کرنش- زمان ............................................................................................................................ 90 فصل چهارم: مطالعات آزمایشگاهی 4-1- مقدمه ............................................................................................................................................................................ 924-2- آزمایشهای شاخص ..................................................................................................................................................... 934-2-1- آزمایش دانهبندی ..................................................................................................................................................... 934-2-2- آزمایش چگالی نسبی دانهها .................................................................................................................................... 944-2-3- آزمایشهای تعیین حدود اتربرگ ............................................................................................................................. 954-3- آماده‌سازی نمونه .......................................................................................................................................................... 974-4- آزمایش تحکیم .............................................................................................................................................................1004-4-1- دستگاه تحکیم (ادئومتر) ........................................................................................................................................ 1004-4-2- انجام آزمایشهای تحکیم ...................................................................................................................................... 1004-4-3- بررسی تأثیر میزان فشار تحکیمی بر رفتار کرنش حجمی خاک مورد مطالعه ...................................................... 1014-5- آزمایش برش مستقیم ................................................................................................................................................. 1084-5-1- تأثیر سرعت برش در مقاومت برشی خاک مورد مطالعه ....................................................................................... 1104-5-2- بررسی پارامترهای مقاومتی خاکهای مورد مطالعه .............................................................................................. 1124-6- آزمایشهای خزش برشی .......................................................................................................................................... 1164-6-1- دستگاه الحاقی اعمال نیروی برشی ثابت ............................................................................................................. 1184-6-2- اثر سختشدگی خاک ........................................................................................................................................... 1194-6-3- آستانهی گسیختگی .............................................................................................................................................. 1234-6-3-1- سری اول .......................................................................................................................................................... 1244-6-3-2- سری دوم ......................................................................................................................................................... 1274-6-3-3- سری سوم ........................................................................................................................................................ 130 فصل پنجم: نتیجهگیری5-1- مقدمه ...........................................................................................................................................................................1345-2- مشاهدات .................................................................................................................................................................... 1345-3- نتیجهگیری ................................................................................................................................................................. 135 فهرست منابع و مآخذ ........................................................................................................................................................... 136 فهرست جدولهاشماره و عنوان جدول صفحه جدول 4-1: نتایج آزمایش دانهبندی......................................................................................................................................... 95جدول 4-2: نتایج آزمایشهای چگالی نسبی دانهها برای خاک مورد مطالعه ....................................................................... 96جدول 4-3: نتایج آزمایش حد خمیری خاک مورد مطالعه .................................................................................................... 96جدول 4-4: نتایج آزمایش حد روانی خاک مورد مطالعه ....................................................................................................... 97جدول 4-5: مقادیر فشردگی اولیه در تنشهای تحکیمی مختلف ...................................................................................... 104جدول 4-6: مقادیر تحکیم اولیه در تنشهای تحکیمی مختلف ......................................................................................... 104جدول 4-7: خلاصهی نتایج بررسی تأثیر سرعت برش بر مقاومت برشی خاک ................................................................ 111جدول 4-8: خلاصهی آزمایشهای تعیین پارامترهای مقاومت برشی ............................................................................... 115جدول 4-9: خلاصهی آزمایشهای خزش برشی، سری اول ............................................................................................. 125جدول 4-10: خلاصهی آزمایشهای خزش برشی، سری دوم ........................................................................................... 128جدول 4-11: خلاصهی آزمایشهای خزش برشی، سری سوم .......................................................................................... 131 فهرست شکلهاشماره و عنوان شکل صفحهشکل 2-1: منحنیهای نمونهی خزش کرنشی ....................................................................................................................... 13شکل 2-2: مجموعه منحنیهای تجربی خزش (خطوط ساده) رس کیو برای چهار مقدار مختلف و نمودارهای به‌دست‌آمده آنها از معادله (2-11) ............................................................................................................................................................... 14شکل 2-3: منحنیهای مقاومت برشی رس کیو به‌دست‌آمده از روش برش سریع (1) و روش استاندارد (2) ...................... 15شکل 2-4: نمودارهای ترکیبی گروه منحنیهای تجربی برای خزش برشی ترکیب بنتونیت - ماسه، به‌دست‌آمده از آزمایش نمونهها تحت حالتهای مختلف درصد رطوبت – چگالی ....................................................................................................... 17شکل 2-5: گروه منحنی تجربی خزش برشی در های ثابت .......................................................................................... 19شکل 2-6: 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 ..................................................................................................................................................... 21شکل 3-1: منحنی تراکم برای چند خاک ............................................................................................................................... 27شکل 3-2: رابطهی ایدهآل نسبت تخلخل- تنش مؤثر برای یک خاک تراکم پذیر ............................................................... 28شکل 3-3: منحنیهای تراکم مربوط به زمانهای متفاوت بعد از اتمام تحکیم اولیه ............................................................ 29شکل 3-4: اثر بافت و غلظت الکترولیت بر تورم رس متراکم ................................................................................................ 31شکل 3-5: مقایسهی پارامترهای تراکمپذیری و تورمی خاک عادی تحکیم یافته و پیش تحکیم یافته ............................... 32شکل 3-6: نسبت تخلخل در مقابل فشار ................................................................................................................................ 32شکل 3-7: تأثیر بارگذاری و باربرداری و بارگذاری مجدد در نمودار تخلخل در مقابل لگاریتم فشار .................................... 33شکل 3-8: روش ترسیمی برای تعیین فشار پیش تحکیمی ................................................................................................... 35شکل 3-9: خصوصیات رس عادی تحکیم یافته با حساسیت کم تا متوسط .......................................................................... 36شکل 3-10: خصوصیات تحکیم رس پیش تحکیم یافته با حساسیت کم تا متوسط ............................................................. 37شکل 3-11: تأثیر دوام بار در روی نمودار نسبت تخلخل- فشار ............................................................................................ 38شکل 3 - 12: تأثیر نسبت افزایش بار بر روی نمودار نسبت تخلخل- فشار .......................................................................... 39شکل 3-13: تأثیر نسبت افزایش بار بر روی نمودار نسبت تخلخل – فشار ........................................................................... 40شکل 3-14: واکنش خاکها در برابر برش ............................................................................................................................. 49شکل 3-15: تأثیر افزایش تنش مؤثر قائم بر پاسخ و واکنش خاکها .................................................................................... 51شکل 3-16: تأثیر OCR بر مقاومت حداکثر و انبساط حجم ................................................................................................ 52شکل 3-17: تأثیر شرایط زهکشیشده و زهکشینشده بر تغییرات حجم ............................................................................... 53شکل 3-18: پوش منحنی تنش برشی برای خاکها ناشی از چسبندگی، کشش خاک و سیمانته شدن ............................... 54شکل 3-19: نمودار نشاندهنده دایرهی موهرa) تنشهای اصلی و صفحه شیبداری که تنشهای قائم و برشی و بر آن وارد میشوند، b) دایرهی تنش، c) خط گسیختگی به‌دست‌آمده از دایرههای گسیختگی، d) رابطه بین زاویههای و .......................................................................................................................................................................................... 57شکل 3-20: a) منحنیهای تنش-کرنش برای مواد پلاستیک ایدهآل نشاندهنده گسیختگی آنی؛ b) منحنی تنش-کرنش برای خاک واقعی، نشاندهنده مقاومتهای حداکثر و نهایی؛ c) خطوط گسیختگی متداول برای مقاومتهای حداکثر و نهایی یک خاک یکسان ..................................................................................................................................................................... 59شکل 3-21: نمونهی خاک در آزمایش برش مستقیم ............................................................................................................. 62شکل 3-22: تأثیر خزش زهکشینشده بر مقاومت رس عادی تحکیمیافته ........................................................................... 65شکل 3-23: منحنی رفتاری نمونهی خاک در آزمایش خزش ................................................................................................ 67شکل 3-24: نمودار حالت تنش در یک جزء خاک تحت برش ساده ...................................................................................... 70شکل 3-25: نمایی از دستگاه برش مستقیم ............................................................................................................................ 71شکل 3-26: مجموعهی منحنیهای خزش و منحنیهای به ترتیب برای مقادیر مختلف تنش برشی و زمان بر اساس آزمایشهای برش ساده ............................................................................................................................................. 72شکل 3-27: مجموعهی منحنیهای خزش در آزمایش برش ساده انجام شده توسط مسچیان ............................................ 74شکل 3-28: الگوی یک فنر و نمودار نیرو-تغییرشکل آن ...................................................................................................... 76شکل 3-29: الگوی یک لغزنده و نمودار نیرو-تغییرشکل آن ................................................................................................. 77شکل 3-30: الگوی یک میراگر ............................................................................................................................................... 77شکل 3-31: الگوی رفتاری کشسان-خمیری کامل ............................................................................................................... 78شکل 3-32: نمودار تنش-کرنش ماده در حالت یکبعدی و منطبق بر الگوی کشسان-خمیری کامل ................................ 79شکل 3-33: نمودار تنش- کرنش ماده در حالت یکبعدی و منطبق بر رفتار کشسان- خمیری با سختشدگی ................. 80شکل 3-34: الگوی رفتاری گرانرو کشسان ماکسول .............................................................................................................. 81شکل 3-35: نمودار تغییرات کرنش برحسب زمان تحت شرایط تنش ثابت در الگوی ماکسول ............................................ 83شکل 3-36: الگوی رفتاری گرانرو و کشسان کلوین .............................................................................................................. 84شکل 3-37: نمودار تغییر کرنش برحسب زمان تحت شرایط تنش ثابت در الگوی کلوین ................................................... 86شکل 3-38: الگوی رفتاری گرانرو کشسان برگر .................................................................................................................... 87شکل 3-39: نمودار تغییرات کرنش برحسب زمان در الگوی برگر ......................................................................................... 87شکل 3-40: الگوی رفتاری کشسان- گرانرو خمیری ............................................................................................................. 87شکل 3-41: مثالهایی از رفتار تنش- کرنش تحت شرایط مختلف با نشان دادن ارتباط آنها با منحنیهای خزش: الف) تنش- کرنش معمول برای 1- رفتار خزشی، 2- تحکیم؛ ب) منحنیهای مرتبط با منحنی در زمان معین برای آزمایش خزش برشی ................................................................................................................................................................. 89شکل 3-42: مراحل خزش ....................................................................................................................................................... 91شکل 4-1: منحنی دانهبندی خاک مورد آزمایش .................................................................................................................... 95شکل 4-2: منحنی حد روانی خاک مورد مطالعه ..................................................................................................................... 97شکل 4-3: محل قرارگیری خاک مورد مطالعه در نمودار خمیری .......................................................................................... 97شکل 4-4: نمودار مقایسهی میزان تحکیم نمونههای خاک با زمانهای اشباع مختلف ........................................................ 98شکل 4-5: نمودار تحکیم ثانویهی خاک مورد مطالعه با مدتهای اشباع: 1) 24 ساعت، 2) 30 دقیقه ............................... 99شکل 4-6: نمودار تحکیم نمونهها در تنشهای تحکیمی مختلف ........................................................................................ 101شکل 4-7: نمودار نشست در برابر زمان خاک مورد مطالعه در تنشهای تحکیمی مختلف ................................................. 102شکل 4-8: نمودار نشست در برابر لگاریتم زمان خاک مورد مطالعه در تنشهای تحکیمی مختلف .................................... 103شکل 4-9: افزایش زمان تثبیت تغییرشکلها با افزایش تنش تحکیمی ............................................................................... 104شکل 4-10: نمودار نشست در برابر زمان نمونههای مختلف با تنش قائم 30 کیلو پاسکال ............................................... 105شکل 4-11: نمودار نشست در برابر لگاریتم زمان نمونههای مختلف با تنش قائم 30 کیلو پاسکال ................................... 105شکل 4-12: نمودار نشست در برابر زمان نمونههای مختلف با تنش قائم 40 کیلو پاسکال ................................................ 106شکل 4-13: نمودار نشست در برابر لگاریتم زمان نمونههای مختلف با تنش قائم 40 کیلو پاسکال ................................... 106شکل 4-14: نمودار نشست در برابر زمان نمونههای مختلف با تنش قائم 50 کیلو پاسکال ................................................ 107شکل 4-15: نمودار نشست در برابر لگاریتم زمان نمونههای مختلف با تنش قائم 50 کیلو پاسکال ................................... 107شکل 4-16: نمونهی خاک در آزمایش برش مستقیم (مصری و همکاران، 1996) .............................................................. 109شکل 4-17: مقایسهی سرعت برش بر مقاومت خاک .......................................................................................................... 111شکل 4-18: نمودار تنش برشی حداکثر در برابر تنش قائم برای خاک شمارهی 1 .............................................................. 112شکل 4-19: نمودار تنش برشی حداکثر در برابر تنش قائم برای خاک شمارهی 2 .............................................................. 113شکل 4-20: نمودار تنش برشی حداکثر در برابر تنش قائم برای خاک شمارهی 3 .............................................................. 113شکل 4-21: نمودار تنش برشی حداکثر در برابر تنش قائم برای خاک شمارهی 4 .............................................................. 114شکل 4-22: نمودار تنش برشی حداکثر در برابر تنش قائم برای خاک شمارهی 5 .............................................................. 114شکل 4-23: نمودار تنش برشی حداکثر در برابر تنش قائم برای خاک شمارهی 6 .............................................................. 115شکل 4-24: نمودار تنش برشی حداکثر در برابر تنش قائم برای خاک اصلی ...................................................................... 116شکل 4-25: مجموعهی منحنیهای خزش و منحنیهای به ترتیب برای مقادیر مختلف تنش برشی و زمان بر اساس آزمایشهای برش ساده (مسچیان، 1995) .............................................................................................................. 117شکل 4-26: دستگاه الحاقی اعمال تنش برشی ثابت ............................................................................................................ 119شکل 4-27: تغییرشکل برشی نمونه در ............................................................................................... 120شکل 4-28: تغییرشکل برشی نمونه در دو مرحلهی پیوسته ................................................................................................. 121شکل 4-29: تغییرشکلهای برشی نمونه در سه مختلف به‌صورت پیوسته ........................................................... 121شکل 4-30: تفاوت میزان نشست در دو حالت پیوسته و مجزا برای .................................................. 122شکل 4-31: تفاوت میزان نشست در دو حالت پیوسته و مجزا برای .................................................. 122شکل 4-32: گروه منحنیهای خزش برشی در برابر زمان سری اول برای های مختلف .................................... 124شکل 4-33: گروه منحنیهای خزش برشی در برابر لگاریتم زمان سری اول برای های مختلف ....................... 125شکل 4-34: دایرهی مور و معیار گسیختگی کلمب برای سری اول در های مختلف .......................................... 126شکل 4-35: گروه منحنیهای خزش برشی در برابر زمان سری دوم برای های مختلف .................................... 127شکل 4-36: گروه منحنیهای خزش برشی در برابر لگاریتم زمان سری دوم برای های مختلف ....................... 128شکل 4-37: دایرهی مور و معیار گسیختگی کلمب برای سری دوم در های مختلف .......................................... 129شکل 4-38: گروه منحنیهای خزش برشی در برابر زمان سری سوم برای های مختلف ................................... 130شکل 4-39: گروه منحنیهای خزش برشی در برابر لگاریتم زمان سری سوم برای های مختلف ...................... 131شکل 4-40: دایرهی مور و معیار گسیختگی کلمب برای سری سوم در های مختلف ......................................... 132 فهرست علائم اختصاریعلامت اختصاریمفهومضریب تحکیمچسبندگی ظاهریشاخص فشردگیشاخص تورمشاخص تحکیم ثانویهچسبندگی سیمانیکشش خاکچسبندگی بینمولکولینسبت تخلخلنسبت تخلخل اولیهتابع تنش برشیدرجهی اشباع خاکچگالی دانههای جامد خاکارتفاع نمونهنفوذپذیریضریب ارتجاعی فنرضریب فشار جانبیضریب تراکمپذیری حجمینسبت پیش تحکیمیفشار پیشتحکیمفشار سربارفشار مؤثرمقاومت برشی زهکشینشدهزمانعامل زمانمدتزمان تحکیم اولیهفشار آب منفذیفشار منفذی اولیهدرجهی تحکیمدرصد رطوبتدرصد رطوبت اولیهحد خمیریحد روانیعمقتغییرشکل خزش برشیآهنگ کرنش خزش برشیکرنش برشی بحرانیکرنش آنیکرنش محو شونده (الاستیک)افزایش بارکرنشکرنش فنرضریب ویسکوزیتهتنش قائمفشار تورم آزادتنش مؤثرتنش تسلیم لغزندهتنش فنرتنش میراگرتنش برشیمقاومت برشی استانداردتنش تسلیممقاومت بلندمدت نهاییتنش برشی حداکثرتنش برشی باقیماندهحد اول تنش برشیحد دوم تنش برشیزاویهی اصطکاک داخلیزاویهی اصطکاک مؤثرزاویهی اصطکاک حالت بحرانیزاویهی اصطکاک باقیماندهدرجهی خزش فصل اول:کلیات 1-1- مقدمهبا توجه به توسعهی چشمگير اقدامات سازهای و ساختمان‌سازی در ايجاد فرودگاهها، تونلهاي زيرزميني، احداث اسكلههاي عظيم، بزرگراهها، احداث سدها و سازههاي مربوط به آنها، شبكههاي عظيم آبياري و زهكشي و …، نياز به مصالح ساختماني تا حد زيادي افزايش پيدا كرده است.ازجمله مهمترين مصالحي كه در پروژههاي مختلف عمراني مانند احداث كانالهاي خاكي، سدهاي خاكي و غیره مورد استفاده قرار ميگيرد، خاك است. خاکهای رسی[1] مواد طبیعی شدیداً پیچیدهای شامل مقدار زیادی از دانههای رسی پراکنده با قطر کوچکتر از 0/002 میلیمتر هستند که تأثیر زیادی را در فرایندهای فیزیکی، مکانیکی و شیمی-فیزیک واقع در درون این مواد دارند. خاکهای رسی تمام خواص رئولوژیکی را دارا میباشند که خزش[2] خاکهای رسی یکی از متداولترین، آشکارترین و قابل‌لمس‌ترین این خواص است. به دلیل طبیعت پیچیده خاک رسی، جنبههای زیادی بر روی رفتار خزشی آنها تأثیر می‌گذارد، مانند ترکیب (مثلاً حجم دانههای رسی)، تاریخچه تنش، تغییرات دما، محیط بیوشیمیایی و دگرگونی‌های خاک. در مقایسه با مواد ماسهای، خاکهای رسی معمولاً تغییرشکلهای خرشی بالایی را از خود نشان میدهند. به‌عنوان‌مثال میتوان به نشستهای بلندمدت، تغییرمکانهای شیبدار و افقی ساختمانها و سازههای ژئوتکنیکی، یا لغزش آرام شیبهای طبیعی و توده‌های خاک اشاره نمود.ازجمله عواملی که باعث رفتار غیرخطی مصالح میشود، وابستگی رفتار آنها به زمان است که گونه نظریهپردازی شده آن به‌صورت شناخته شده پدیده خزش یا تحکیم ثانویه[3] میباشد.خزش یا وارفتگی عبارت است از افزایش تدریجی تغییرشکل یک ماده در طول زمان که در حالت ساده تحت اثر بار ثابت قرار دارد. بسیاری از مصالح مانند فولاد، بتن، خاک، سنگ و... در رفتارشان خزش نشان میدهند.بر اساس مشاهدات واقعی سازههای قدیمی و شیبهای طبیعی، وجود خزش در خاکهای رسی از زمانهای قدیم شناخته شده است. بااین‌حال، بررسی جدی این پدیده در اواسط قرن 19 ام و به دلیل فعالیتهای ساختمان‌سازی شدید، شروع شده است. میتوانیم بگوییم که در طول قرن اخیر و بهطور عمده در طول سالهای اخیر، تغییرشکلهای خزشی و خزشهای برشی در خاکهای رسی به یکی از مهمترین مسائل مکانیک خاک تبدیل شده است.مثالهای مستند متعددی از رفتار خزشی میتوان بیان نمود که برخی از آنها درنهایت منجر به گسیخته شدن و تخریب سازه شدهاند؛ مانند برج کج پیزا و فاجعه مخزن Vayountدر ایتالیا.