12:30 ق.ظ

عوامل موثر در روانگرایی خاک ها (Soil liquefaction)

عوامل موثر بر روانگرایی خاک ها - شریکت ایستاسازه

عوامل بسیاری وجود دارند که فرآیند روانگرایی را در محل کنترل می کنند. بر اساس نتایج آزمایشگاهی و همچنین مشاهدات محلی و مطالعات انجام گرفته، مهم ترین عوامل تاثیر گذار بر روانگرایی در خاک ها به شرح زیر است:

1) شدت زلزله و مدت زمان وقوع آن: برای ایجاد روانگرایی در خاک، باید زمین لرزه اتفاق بیفتد. مشخصات زلزله مثل شتاب و مدت زمان لرزش، کرنش برشی که منجر به رفتار تراکمی دانه های خاک و ایجاد فشار آب حفره ای اضافی و در نتیجه روانگرایی می شود را تعیین می کند. مهم ترین علت روانگرایی، انرژی لرزه ای آزاد شده در حین زلزله است و با افزایش شدت و مدت زمان وقوع لرزش، احتمال وقوع روانگرایی افزایش می یابد. زلزله هایی که بیشترین بزرگی را دارند، هم بیشترین شتاب و هم طولانی ترین زمان لرزش را ایجاد خواهند کرد.

اگرچه داده ها پراکنده اند، مرزی برای زلزله مورد نیاز برای ایجاد روانگرایی مشخص می شود که برای شتاب حداکثر زلزله 0.1g و برای بزرگی زلزله محلی 5 ریشتر را نشان می دهد. بنابراین تحلیل روانگرایی در محل هایی با شرایط لرزه ای کمتر از مقادیر این مرز نیاز نیست. در کنار زلزله، مسائل دیگری نیز مثل انفجار در زیر خاک، کوبش شمع و لرزش ناشی از حرکت قطار، می تواند روانگرایی ایجاد کند.

2) سطح آب زیرزمینی: شرایطی که بهترین شرایط را برای وقوع روانگرایی فراهم می کند بالا بودن سطح آب زیرزمینی است. اگر بتوان نشان داد که خاک هایی که در بالای سطح آب زیرزمینی قرار دارند، در اثر تغییرات رژیم هیدرولوژیکی در آینده اشباع نخواهند شد، در این صورت این خاک ها به طور کلی به ارزیابی روانگرایی نیاز نخواهند داشت.

در محل هایی که سطح آب زیرزمینی به طور چشمگیری نوسان می کند، احتمال وقوع روانگرایی نیز تغییر می کند. به طور کلی، بالاترین سطح آب زیرزمینی تاریخی برای تحلیل روانگرایی استفاده می شود مگر این که اطلاعاتی وجود داشته باشد که سطوح بالاتر یا پایین تر مناسب تر است.

3) نوع خاک: در مورد نوع خاک هایی که بیشترین آسیب پذیری را در برابر روانگرایی دارند، Ishihara (1985) بیان می کند: خطر مربوط به روانگرایی خاک در حین زلزله در توده هایی ایجاد می شود که شامل ماسه ریز تا متوسط و ماسه ای با ریزدانه خمیری کم است. با این حال، در بعضی موارد، مواردی گزارش شده که ظاهرا روانگرایی در خاک شنی اتفاق افتاده است.

بنابراین خاک هایی که در برابر روانگرایی آسیب پذیرند، خاک های غیر چسبنده هستند. یک لیست نه چندان دقیق از خاک های غیر چسبنده از ضعیف ترین تا مقاوم ترین خاک در برابر روانگرایی شامل: ماسه تمیز، ماسه سیلتی غیر چسبنده، سیلت غیر چسبنده و شن است. البته برای این ترتیب استثناهای متعددی وجود دارد. به عنوان مثال، ایشی هارا پسماندهایی را از صنایع معدنی تعریف می کند که عمدتا از گرد سنگ ایجاد شده است. این محقق بیان می کند که این ماده در شرایط اشباع از خود رفتار خمیری چندانی نشان نمی دهد و به مانند ماسه تمیز عمل می کند و به همین اندازه در برابر روانگرایی ضعیف است.

Seed و همکاران (1983) بر اساس تست های آزمایشگاهی و عملکرد محلی، بیان می کند که، قسمت عمده ای از سیلت ها و رس ها در حین زلزله، روانگرایی را تجربه نمی کنند. مرز جدا کننده مشخصی میان خاک های چسبنده با قابلیت یا عدم قابلیت روانگرایی وجود ندارد. برخی راهنماها به شرح زیر است:

باید زلزله قابل توجهی ایجاد شود و خاک چسبنده باید غیر سیمانی و سست باشد.
خاک چسبنده باید مشخصات خمیری کی داشته باشد مثلا شاخص خمیری کمتر از 7.
درصد رطوبت باید نسبت به حد روانی بالا باشد مثلا شاخص روانی بزرگتر از 1 یا نزدیک به آن.

حتی اگر خاک چسبنده روانگرا نشود، همچنان ممکن است در اثر زمین لرزه در مقاومت برشی زهکشی نشده خاک کاهش چشمگیری ایجاد شود. کاهش مقاومت به دلیل چرخه های بارگذاری لرزه ای به نرم شوندگی سیکلیک معروف است.

4) تراکم نسبی خاک D_r: بر اساس مطالعات محلی، خاک غیر چسبنده با تراکم نسبی کم (سست) در برابر روانگرایی آسیب پذیر است. رفتار تراکمی خاک غیر چسبنده سست، در حین لرزش منجر به افزایش فشار آب حفره ای اضافی می شود و با رسیدن به شرایط روانگرایی تغیرمکان برشی ناگهانی و قابل توجهی ایجاد خواهد شد.

در ماسه متراکم، ایجاد روانگرایی به دلیل تمایل به اتساع در این نوع خاک ها، تغییر شکل های بزرگی ایجاد نمی شود. Poulos و همکاران (1985) بیان می کند که اگر نشان داده شود که خاکی رفتار اتساعی دارد، نیاز به ارزیابی آسیب پذیری آن در برابر احتمال وقوع روانگرایی وجود ندارد. در اصل، خاک اتساعی به دلیل این که مقاومت برشی زهکشی نشده بزرگتری نسبت به مقاومت برشی زهکشی شده دارد، تمایلی به روانگرایی ندارد.

5) دانه بندی خاک: خاک های غیر چسبنده با دانه بندی یکنواخت، تمایل بیشتری به ایجاد ساختار ناپایدار دارد که نسبت به خاک خوب دانه بندی شده در مقابل روانگرایی آسیب پذیرتر است. خاک خوب دانه بندی شده، دانه های ریزی دارد که فضای خالی میان دانه های بزرگتر را پر می کند. این مسئله، تراکم احتمالی خاک را کاهش می دهد که منجر به ایجاد اضافه فشار آب حفره ای کمتری در اثر زلزله می شود. Kramer بیان می کند که بر اساس شواهد محلی، روانگرایی عمدتا در خاک هایی با دانه بندی یکنواخت ایجاد می شود.

6) شرایط قرارگیری یا شرایط طبیعی توده خاک: خاکریزهای آبی (خاکریزهایی که در زیر آب قرار گرفته اند) به دلیل ساختار سست و جدا شده دانه های خاک، تمایل بیشتری به روانگرایی دارند. توده های خاکی طبیعی تشکیل شده در دریاچه ها، رودخانه ها یا اقیانوس ها نیز ساختاری سست و جدا شده دارند که در برابر روانگرایی آسیب پذیرتر هستند.

7) شرایط زهکشی: اگر اضافه فشار آب حفره ای به سرعت از بین برود، ممکن است خاک روانگرا نشود. بنابراین، زهکش های شنی یا لایه های شنی می تواند احتمال روانگرایی خاک مجاور را کاهش می دهد.

8) فشار همه جانبه: هر چه فشار همه جانبه بیشتر شود، خاک کمتر در برابر روانگرایی آسیب پذیر است. شرایطی که می تواند فشار همه جانبه بیشتری ایجاد کند، شامل پایین بودن سطح آب زیرزمینی، قرار گرفتن خاک در عمق بیشتر و فشار سربار وارد شده در سطح زمین، می شود. مطالعات موردی نشان می دهد که، منطقه ای که در آن احتمال روانگرایی وجود دارد از سطح زمین تا عمق 15 متر را شامل می شود. خاک های عمیق تر به دلیل فشار همه جانبه بیشتر معمولا روانگرا نمی شوند.

9) شکل دانه ها: شکل دانه ها نیز می تواند بر احتمال روانگرایی تاثیر بگذارد. به عنوان مثال، دانه های گرد گوشه، راحت تر از دانه های تیز گوشه متراکم می شوند. بنابراین خاک با دانه های گرد گوشه نسبت به روانگرایی از خاک تیز گوشه آسیب پذیرتر است.

10) گذر زمان و سیمانی شدن: خاک های به تازگی رسوب یافته، تمایل بیشتری به روانگرایی دارند تا رسوبات قدیمی. نشان داده شده است که هر چه زمانی که خاک در معرض فشار همه جانبه قرار می گیرد طولانی تر باشد، مقاومت آن در برابر روانگرایی بیشتر می شود.

افزایش مقاومت در برابر روانگرایی با گذر زمان، می تواند به دلیل تغییرشکل یا تراکم دانه های خاک و تبدیل آن به ساختاری پایدارتر باشد. با گذر زمان، ممکن است چسبندگی هایی نیز بین دانه های خاک ایجاد شود.

11) محیط تاریخی: این موضوع مشخص شده است که محیط تاریخی خاک، می تواند بر احتمال روانگرایی آن تاثیرگذار باشد. به عنوان مثال، رسوبات خاکی قدیمی تر که در معرض زلزله قرار گرفته اند نسبت به نمونه های خاکی تازه تر با همان وزن مخصوص مقاومت بیشتری در برابر روانگرایی از خود نشان می دهند و احتمال روانگرایی در آن ها کم تر است.

مقاومت در برابر روانگرایی همچنین با افزایش نسبت پیش تحکیمی (OCR) و ضریب فشار جانبی خاک در حالت سکون (k₀) افزایش می یابد. مثالی از این مورد می تواند برداشته شدن لایه بالایی خاک به دلیل فرسایش باشد. از آن جا که بار وارده بر لایه های زیرین کاهش یافته است، این لایه ها نسبت پیش تحکیمی و ضریب فشار جانبی بزرگتری خواهند داشت. این لایه خاکی که بار از روی آن برداشته شده و از پیش بارگذاری شده است نسبت به لایه ای که از پیش بارگذاری نشده، مقاومت بیشتری در برابر روانگرایی از خود نشان می دهد.

12) بار سازه ای: ساخت یک سازه سنگین بر روی یک توده ماسه ای، می تواند مقاومت خاک را در برابر روانگرایی کاهش دهد. به عنوان مثال، یک پی گسترده را در سطح زمین در نظر بگیرید که روی آن سازه ای سنگین بنا شده است. خاک قرار گرفته در زیر این پی، در معرض تنش های برشی ناشی از بارهای سازه ای قرار می گیرد که آن را در برابر روانگرایی آسیب پذیر می کند. دلیل آن این است که دیگر برای زلزله، تنش برشی کمتری نیاز است که در خاک رفتاری تراکمی و در نتیجه روانگرایی ایجاد کند.

به طور خلاصه، شرایط محلی و نوع خاکی که در برابر روانگرایی آسیب پذیر است به شرح زیر است:

شرایط محلی:

محلی که به مرکز زلزله یا محل شکستگی گسل زلزله بزرگ نزدیک است.
محلی که سطح آب زیرزمینی نزدیک به سطح زمین دارد.

نوع خاکی که بیشترین آسیب پذیری را در شرایط محلی دارد:

ماسه ای که دارای دانه بندی یکنواخت و گرد گوشه، شرایط بسیار سست، به تازگی رسوب یافته با هیچ نشانی از سیمانی شدن بین دانه ها و از پیش بارگذاری نشده باشد.

عوامل موثر بر روانگرایی - ایستاسازه — عوامل موثر بر روانگرایی – ایستاسازه

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه طراحی و مشاوره بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :

مطالب مرتبط :

دسته بندی: مطالب آموزشی, مقالات تخصصی ژئوتکنیک و سازه فلزی

عوامل موثر در روانگرایی خاک ها (Soil liquefaction)

دیدگاهتان را بنویسید لغو پاسخ

جدیدترین مطالب

انکرهای قابل بازیابی (Removable Ground Anchors)؛ آینده پایدارسازی گودبرداری‌های شهری

تحلیل لرزه ای سازه های ژئوتکنیکی

زهکشی و آب بندی پروژه های گودبرداری به روش تاپ دان در ایران

فونداسیون اسکلت فلزی

علت لرزش ساختمان اسکلت فلزی

انکرهای قابل بازیابی (Removable Ground Anchors)؛ آینده پایدارسازی گودبرداری‌های شهری

تحلیل لرزه ای سازه های ژئوتکنیکی

زهکشی و آب بندی پروژه های گودبرداری به روش تاپ دان در ایران

فونداسیون اسکلت فلزی

ارتباط با ایستاسازه

خدمات ایستاسازه

خدمات سازه

درباره ایستاسازه

درباره ایستاسازه

عوامل موثر در روانگرایی خاک ها (Soil liquefaction)

دیدگاهتان را بنویسید لغو پاسخ

جدیدترین مطالب

عضویت در خبرنامه

ارتباط با ایستاسازه

خدمات ایستاسازه

خدمات سازه

درباره ایستاسازه

درباره ایستاسازه