بررسی آزمایشگاهی اثر زمان بر روی پارامترهای مقاومت برشی سطح تماس خاک- ژئوسینتتیک

یکی از پارامترهای مهم طراحی سازه های خاکی مسلح شده تعیین اندرکنش خاک- مسلح کننده می باشد که تحت تأثیر عوامل مختلف از جمله خواص مکانیکی و فیزیکی خاک و ژئوسینتتیک،نوع مکانیزم اندرکنش بین خاک- ژئوسینتتیک (برون کششی یا برش مستقیم) و غیره است. یکی دیگر از عوامل تأثیرگذارمی تواند اثر زمان یا کهولت باشد که کمتر مورد توجه قرار گرفته است. اثر زمان بر رفتار تنش-کرنش مصالح خاکی شامل 1) اثر کهولت در خواص تنش-کرنش ذاتی مصالح و 2) اثر نرخ بارگذاری ناشی از خواص ویسکوزیته مصالح می باشد. بنابراین فهم صحیح هر دو اثر بالا برای بکار بردن آن ها در اجرا ضروری می باشد. لذا در این رساله سعی شده است که به تأثیر اثر زمان بر روی پارامترهای مقاومت برشی سطح تماس خاک- ژئوسینتتیک پرداخته شود. برای این هدف از دستگاه برش مستقیم با ابعاد جعبه برشی 300×300 میلی متر استفاده شده است. برای بررسی اثر زمان،دو حالت آزمایش 1) اثر زمان قبل از اعمال برش (مدت زمان اعمال بار قائم) و 2) اثر زمان حین برش (مدت زمان اعمال بار برشی) در نظر گرفته شده است.در حالت اول، نمونه ها طی زمان های مختلف صفر، 15، 60، 120،180 و 720 دقیقه تحت تنش های قائم 30 و 45 وkpa 60قرار گرفته و سپس برش اعمال شده است. در آزمایش های مربوط به این حالت از ماسه با دانسیته خشک kg/m3 1500 (دانسیته متوسط) و دو حالت ماسه خشک و رطوبت 7% و همچنین از دو نوع ژئوتکستایل بافته نشده با ضخامت های متفاوت استفاده شده است. نتایج آزمایش هانشان می دهد که با اضافه کردن رطوبت به ماسه زاویه اصطکاک سطح تماس کاهش می یابد. با افزایش زمان به مدت 720 دقیقه افزایش 35% در سختی و 5/5% در زاویه اصطکاک در سطح تماس ماسه- ژئوتکستایل دیده می شود. همچنین با گذشت زمان، مقاومت برشی افزایش و تراکم پذیری کاهش اندکی نشان می دهد. برای بررسی حالت دوم اثر زمان ، آزمایش ها می تواند به سه صورت خزش (creep)، آسودگی تنش (relaxation) و تغییر پله ای سرعت برش بررسی شود. در مطالعه حاضر دو روش آسودگی تنش و تغییر پله ای سرعت برش تا 100 برابر مطالعه شده است. برای بررسی آسودگی تنش، نمونه ها در سطح تنش های مختلف به مدت 30 دقیقه تحت کرنش ثابت قرار گرفته و کاهش تنش اندازه گیری شده است. همچنین در حالت تغییر ناگهانی سرعت برش، سرعت برش تا آخر آزمایش ثابت نبوده بلکه به صورت ناگهانی حین برش تغییر می کند. محدوده تغییرات سرعت برش بین 05/0 تا 5 میلی متر بر دقیقه بوده است.در آزمایش های مربوط به این حالت نیز ازدو نوع ماسه خشک بادو دانسیته مختلف کم و متوسط همچنین از دو نوع ژئوتکستایل بافته نشده با ضخامت های متفاوت استفاده شده است. سربار اعمال شده به نمونه ها برابر 50 و 100 کیلو پاسکال بوده است. نتایج آزمایش هانشان می دهدکه مقدار آسودگی تنش (افت تنش) با افزایش سطح تنش برشی و سرعت برش، افزایش و با افزایش دانسیته خاک، کاهش می یابد. همچنین با افزایش سرعت برش در نمونه های ماسه ای مقاومت برشی کاهش می یابد. برای بیان علت این تغییرات نیاز به دانستن نحوه تغییرشکل داخلی خاک می باشد که توسط ابزار دقیقی که در مرزها نصب شده است این امر امکان پذیرنمی باشد؛ لذا برای بررسی تغییر شکل ذرات خاک از روش سرعت سنجی تصویری ذرات (piv) استفاده شده است. در این روش می توان با استفاده از عکس برداری متوالی از صفحه خاک و پردازش آن ها تغییر شکل خاک را در هر نقطه تعیین کرد.برای فراهم کردن پنجره مشاهده شفاف جهت مشاهده و اندازه گیری تغییر شکل خاک، اصلاحاتی در دستگاه برش مستقیم بزرگ مقیاس داده شده است. بر اساس نتایج piv نمونه های ماسه ای با کاهش سرعت برش، رفتار اتساعی نشان می دهند. با استفاده از این روش امکان اندازه گیری ضخامت ناحیه برشی و تأثیر عوامل مختلف بر روی آن وجود دارد که در متن رساله بدان پرداخته شده است.نتایج pivنشان می دهد که ضخامت ناحیه برشی برای نمونه های با دانسیته کم بیشتر از نمونه های با دانسیته متوسط می باشد. این ضخامت برای نمونه های با دانسیته متوسط بین 8d50 و 11d50 تخمین زده می شود.