ساخت دستگاه تحکیم هیدرولیکی و مقایسه پارامتر های تحکیمی در شرایط مختلف بارگذاری

یکی از مباحث عمده در مهندسی ژئوتکنیک، نشست خاک های ریزدانه و به عبارت دیگر پدیده تحکیم است. با وجود مطالعات نظری و آزمایشگاهی گسترده ای که بر روی فرایند تحکیم صورت گرفته است، هنوز هم محاسبات تحکیمی بر پایه نتایجی صورت می گیرد که از آزمایش تحکیم ادئومتری به دست آمده است. در آزمایش تحکیم ادئومتری، نمونه به صورت مرحله ای بارگذاری شده و اجازه داده می شود تا اضافه فشار آب حفره ای به وجود آمده در آن مستهلک شده و نشست تحکیمی انجام شود. مدت زمان طولانی آزمایش و منحنی تنش- تغییر شکل ناپیوسته، از جمله ایرادات آزمایش تحکیم مرحله ای هستند. همچنین دستگاه تحکیم سنتی مشکلات متعددی از قبیل عدم امکان اندازه گیری فشار آب حفره ای، عدم امکان فراهم نمودن شرایط اشباع و ابعاد کوچک نمونه را دارد. برای غلبه بر مشکلات آزمایش تحکیم مرحله ای، محققین دسته ای از آزمایش ها تحت عنوان آزمایش های تحکیم با بارگذاری پیوسته را پیشنهاد نموده اند. آزمایش تحکیم با نرخ کرنش ثابت، تحکیم با نرخ تنش ثابت و تحکیم با گرادیان هیدرولیکی کنترل شده، از جمله مهمترین این آزمایش ها هستند. در تحقیق حاضر ابتدائاً دستگاه تحکیم هیدرولیکی که قابلیت انجام محدوده وسیعی از آزمایش های تحکیم، از جمله آزمایش های تحکیم با بارگذاری پیوسته را دارد ساخته شده است. همچنین تغییراتی در دستگاه صورت گرفته تا امکان انجام آزمایش تحکیم با نرخ کرنش ثابت فراهم شود. به منظور آماده سازی نمونه ها نیز، سیستم پیش بارگذاری مناسبی که در واقع نوعی دستگاه تحکیم هیدرولیکی اصلاح شده است؛ طراحی و ساخته شده است. در نهایت آزمایش های تحکیم مرحله ای و تحکیم با نرخ کرنش ثابت بر روی چهار ترکیب مختلف لای و رس انجام شده است. نرخ های کرنش اعمال شده در آزمایش با نرخ کرنش ثابت عبارتند از 01/0، 02/0، 04/0 و 08/0 درصد بر دقیقه. نتایج آزمایش ها نشان می دهند که منحنی نسبت تخلخل- تنش به دست آمده از آزمایش تحکیم مرحله ای و تحکیم با نرخ کرنش ثابت، بسیار نزدیک به هم هستند؛ همچنین با دو برابر شدن نرخ کرنش، منحنی تغییر قابل توجهی نشان نمی دهد.تنش بیش تحکیمی به دست آمده از روش کاساگرانده (1936)، بسیار وابسته به دست خوردگی نمونه ها است. این روش برای نمونه های دست نخورده تخمین های دست بالا و برای نمونه هایی که دچار دست خوردگی شده اند مقادیر بسیار کمی را ارائه می کند. در مقابل، روش اونیتسوکا و همکاران (1995) حساسیت کمتری به دست خوردگی داشته و نتایجی نزدیک به واقعیت برای تنش بیش تحکیمی ارائه می کند. مقادیر محاسبه شده از روش اونیتسوکا و همکاران با افزایش نرخ کرنش بیشتر می شود؛ میزان این افزایش برای خاک هایی که لای بیشتری دارند چشمگیر تر است. همچنین مشاهده می شود که ضریب تحکیم به دست آمده از آزمایش تحکیم با نرخ کرنش ثابت و آزمایش تحکیم مرحله ای، برای نمونه های با 30 و 45% لای، مقادیر یکسانی دارند؛ ولی برای خاک های با 15% لای و بدون لای، اختلاف قابل توجهی دارند. همچنین ضریب نفوذ پذیری، ضریب فشردگی پذیری حجمی و ضریب تحکیم، در ناحیه بیش تحکیم یافته پراکنده هستند؛ ولی در ناحیه عادی تحکیم یافته ارتباطی بین پارامتر های مذکور و نرخ کرنش به دست نیامد. معیار های انتخاب نرخ کرنش نیز مورد بررسی قرار گرفتند و ملاحظه شد که معیار نسبت فشار آب حفره ای محافظه کارانه بوده و نرخ کرنش بدون بعد ?، مقادیر معقول تری ارائه می کند.