مطالعه رفتار مصالح پاره سنگی با استفاده از آزمایش برش مستقیم بزرگ مقیاس

امروزه مصالح سنگریزه ای (engineering fill) در مهندسی عمران از قبیل ساخت شد، اسکله سازی و زیرسازی راه مورد استفاده قرار می گیرند. این امر لزوم شناخت هر چه دقیق تر رفتار این مصالح را به همراه داشته است. تحقیقات نشان داده که رفتار مصالح سنگریزه ای به عنوان مصالح دانه ای عمدتا متکی بر پارامترهایی از قبیل: دانه بندی، جنس دانه ها، شکل و اندازه دانه ها، میزان رطوبت و سطح تنش می باشد. که از این میان سطح تنش یکی از مهمترین عوامل موثر بر مقاومت برشی است. در این پایان نامه، به منظور بررسی اثر سطح تنش، آزمایش های برش مستقیم بزرگ مقیاس در پنج سطح تنش مختلف بر روی یک نوع از مصالح سنگریزه ای تیزگوشه انجام شده است. همچنین با توجه به شرایط اشباع شدگی مصالح در سدها و تأثیر عامل رطوبت بر رفتار این مصالح، آزمایش ها در حالت اشباع نیز تکرار شده و با نتایج آزمایش بر روی مصالح در حالت خشک مقایسه شده است همچنین به منظور بررسی پدیده فروریزش در سد، برخی از نمونه ها به صورت خشک اشباع نیز مورد آزمایش قرار گرفته اند. در این روش پس از انجام آزمایش در حالت خشک تا یک تنش برشی مشخص، نمونه اشباع شده و سپس آزمایش ادامه یافته است. نتایج آزمایش ها در دو حالت خشک و اشباع در سه سطح تنش حاکی از آن است که پوش گسیختگی این مصالح در هر سه حالت منحنی بوده و رابطه خطی مور- کولمب برای این مصالح صادق نمی باشد. با افزایش سطح تنش، پارامترهای مقاومتی مصالح(زاویه اصطکاک داخلی و زاویه اتساع) کاهش یافته و مصالح سخت تر عمل نموده اند. مقایسه دانه بندی مصالح قبل و بعد از آزمایش نشان داد که با افزایش سطح تنش ، شکست ذرات به صورت خطی افزایش یافته است این روند در هر سه حالت خشک، اشباع و خشک اشباع مشابه است؛ با این تفاوت که پارامترهای مقاومتی در حالت اشباع، با توجه تأثیر عامل رطوبت، نسبت به حالت خشک کاهش یافته اند و پارامترهای مقاومتی در حالت خشک اشباع از حالت اشباع نیز کمتر می باشند. همچنین، شکست ذرات در حالت اشباع کمتر از شکست ذرات در حالت خشک و شکست ذرات در حالت خشک- اشباع از حالت اشباع نیز کمتر می باشند. همچنین شکست ذرات در حالت اشباع کمتر از شکست ذرات در حالت خشک و شکست ذرات در حالت خشک- اشباع بیشتر از شکست ذرات در حالت اشباع و کمتر از شکست ذرات در حالت خشک است. بررسی نتایج در حالت خشک اشباع نشان می دهد که اشباع شدگی موجب افت ناگهانی در تنش برشی و نیز افزایش نشست مصالح شده است. با توجه به نتایج حاصل از آزمایش ها، اثر دو عامل سطح تنش و اشباع شدگی بر روی رفتار مکانیکی مصالح سنگریزه ای به وضوح مشخص می شود. همچنین، با توجه به وقوع نشست های بزرگ در حالت خشک- اشباع، در نظر گرفتن پدیده فروریزش در طراحی درست و مطمئن سدها الزامی می باشد. بنابراین در انجام آزمایش های مربوط به هر سد لازم است شرایط واقعی ساخت سد و نیز اثر عوامل مختلف از جمله سطح تنش و اشباع شدگی به شکل مناسبی در نظر گرفته شود.