نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد یازدهم، شمارۀ 2 تابستان 6931

بازسازی نمونه های بزرگ ماسه ای با روش بارش
پردهای ماسه

مجید کاظمی، جعفر بلوری بزاز؛
دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده مهندسی، گروه عمران
تاریخ: دریافت 61/04/34 پذیرش 61/02/39 چکیده
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

آماده سازی لایه های ماسه به صورت یک نواخت و تکرارپذیر با وزن مخصوص مورد نیاز ،قطعاقطعاً پیش نیاز انجام آزمایش های قابل اعتماد بر نمونه های بازسازی شده ماسه در آزمایشگاه است. در بین روش های مختلف تهیه نمونه، روش بارش ماسه به دلیل مزیت های منحصربه فرد آن به طور گسترده ای استفاده می شود. در این تحقیق یک روش جدید بارش ماسه به نام سیستم متحرک بارش پرده ای برای بازسازی نمونه های بزرگ در پژوهش های آزمایشگاهی توسعه یافته است. این دستگاه یک سیستم ساده و کم هزینه است که عملکرد آن بر مبنای بارش ماسه در هوا بوده است و ضمن کاهش زمان تهیه نمونه، توانایی تولید نمونه هایی با دامنۀ وسیعی از تراکم نسبی )29%-31%( و یک نواختی زیاد را دارد. به منظور بررسی مطلوبیت روش بارش پیشنهادی و تعیین اثر سرعت حرکت پرده، عرض پرده، ارتفاع و نرخ بارش بر تراکم نسبی و یک نواختی ماسه باریده شده، مجموعهای از آزمایش ها انجام شده است. نتایج نشان می دهد برای ماسه مصرفی در این تحقیق با افزایش سرعت حرکت پرده، مقدار تراکم نسبی نمونه افزایش می یابد. هم چنین افزایش عرض پرده، کاهش مقدار تراکم نسبی نمونه را به دنبال دارد.
واژه های کلیدی: بارش متحرک پرده ای، بازسازی نمونه های بزرگ، تراکم نسبی، ماسه

مقدمه
به دلیل مشکلات و هزینه های بسیار در تهیۀ نمونه های دست نخورده قابل قبول در خاک های ماسه ای، بازسازی نمونه به حالت اولیه به طور گسترده ای در بررسی های آزمایشگاهی 722
استفاده می شود. آماده سازی لایه های ماسه به صورت یک نواخت و تکرارپذیر با وزن مخصوصمورد نیاز، قطعاً پیش نیاز انجام آزمایش های قابل اعتماد بر نمونه های بازسازی شده ماسه در آزمایشگاه است. زیرا روش های مختلف ساخت نمونه خاک6 روی بافت و در نتیجه، روی پاسخ تنش-کرنش خاک تأثیر می گذارد ]6[.
یک روش مناسب برای آمادهسازی مدل زمین باید توانایی بازسازی نمونه های ماسه ای با دامنۀ گسترده ای از تراکم نسبی )خیلی شل تا خیلی متراکم( را داشته باشد. هم چنین یک نواختی حفره ها در سرتاسر نمونه، جدانشدن ذرات و تراکمپذیری از شرایط لازم برای موفقیت فعالیت های آزمایشگاهی است ]2[.
روش های مختلفی برای آماده سازی نمونه های ماسه ای در پژوهش های تجربی به کاررفته است که می توان به روش ارتعاش2 ]9[، کوبش9 ]4[، ]9[، بارش در هوا، آب یا خلأ4 ]1[، ]1[،
]8[، روش تحکیم دوغاب9 ]60[، روش اشباع شیمیایی1 و روش یخ زدن1 ]66[ اشاره کرد.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

در بین همه روش ها، روش بارش ماسه به علت توانایی منحصربه فرد آن در تکرارپذیری ،بازسازی دامنه وسیعی از تراکم نسبی ماسه، عدم شکستگی ذرات، سهولت در اجرا، آسانی در نصب ابزار دقیق و توانایی ایجاد لایههای خاک با جنس متفاوت در بین محققان محبوبیت چشم گیری دارد ]3[، ]62[، ]69[.

مرور ادبیات فنی
در چند دهۀ اخیر از روش بارش ماسه برای آماده سازی نمونه های ماسه بزرگ و کوچک در بررسی های مدل سازی فونداسیون، آزمایش های کالیبراسیون، مدل سازی به کمک سانتریفوژ ،مدل سازی به کمک میز لرزه و آزمایش های سه محوری به صورت گسترده ای استفاده شده است
.]62[

Reconstitution method
Vibration method (including tapping)
Tamping method
Air, Water or Vacuum Pluviation method
Slurry consolidation method
Chemical impregnation method
Freezing method
لاجیویا و همکاران8 )2001( ضمن معرفی یک سیستم بارش ماسه در آب، هوا و خلأ بهقطر 10 میلی متر برای تهیۀ نمونه آزمایش سه محوری بیان کردند که می توان با بارش در آب نمونه هایی با تراکم کمینه )مطابق مقدار پیشنهادی استاندارد ASTM D4254( و با بارش در خلأ نمونه هایی با تراکم بیشینه )بیش از 40 درصد مقدار پیشنهادی استاندارد ASTM D4253( تهیه کرد ]8[.
در سیستم بارش در هوا، معمولامعمولاً ماسه تحت نیروی جاذبه از قسمت تحتانی یک قیف خارج می شود. بر اساس نوع انتقال ماسه از قیف به سطح نمونه، سیستم بارش به سه گروه اصلی زیر تقسیم بندی می شود:
بارش با الک های پخش کننده3 که با عبور ماسه از روی یک یا چند پخش کننده با سطح مساوی یا بزرگ تر از سطح نمونه، روی کل سطح نمونه پخش می شود ]1[، ]66[، ]64[، ]69[.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

بارش با لوله منفرد60 که با حرکت لوله مطابق یک الگوی منظم بر کل سطح نمونۀ بارش انجام میشود. بسیاری از محققان از این سیستم بارش متحرک شامل یک قیف ثابت برای تغذیه ماسه، یک لوله انعطاف پذیر و یک لوله صلب در دو حالت با پخش کننده و بدون پخش کننده برای بازسازی نمونه استفاده کرده اند ]3[، ]61[، ]61[، ]68[.
بارش پرده ای66 که در این سیستم ماسه موجود در قیف از یک شکاف باریک بهشکل لایه نازک پرده ای بارش می کند. استیوت62 )6339( از این سیستم متشکل از یک قیف ثابت دارای خروجی روزنه باریک مستطیلی استفاده کرد ]63[. در این سیستم نمونه واقع بر یک چرخ بهصورت خودکار در جهات افقی و قائم زیر قیف جابهجا می شود و توانایی تولید نمونه هایی با تراکم نسبی مختلف با تغییر در ارتفاع بارش و سرعت حرکت نمونه را دارد. از روش بارش پرده ای متحرک مکانیزه ،برای پر نمودن نمونههایی به ترتیب به ابعاد )8/0×2/6، 19/0×1/0،
19/0×2، 19/0×2( برای آزمایش های کرنش صفحه ای استفاده شده است ]20[، ]26[، ]22[.

Lagioia et al.
Diffuser sieves rainer
Single nozzle rainer
Curtain rainer
Stuit
722
دو پارامتر مهم و تأثیرگذار در تراکم نسبی در سیستم بارش، ارتفاع سقوط ماسه )فاصلهپایین ترین خروجی تا سطح خاک( و نرخ بارش ذرات )مقدار ماسه خروجی در واحد زمان( است ]6[، ]69[، ]64[. از این رو در استفاده از هر سیستم بارش، نیاز به تعیین روابط بین تراکم ،ارتفاع و نرخ بارش است. با افزایش ارتفاع بارش مقدار تراکم نسبی افزایش می یابد، اما با افزایش نرخ بارش مقدار آن کاهش می یابد ]66[، ]61[، ]68[، ]29[.
راد و تامی69 )6381( و چین و همکاران64 )2060( دستورالعملی برای تهیه سیستم بارش ماسه پیشنهاد کردند ]69[، ]68[.
استفاده از اکثر سیستم های بارش برای آماده سازی نمونه های بزرگ با محدودیت هایی همراه است. به طور مثال استفاده از الک های پخش کننده ثابت بسیار هزینه بر است. هم چنین سیستم های بارش به کمک لوله که تاکنون معرفی شده اند دارای دو محدودیت اساسی بدین شرح است:
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

با توجه به این که خروجی قیف ثابت است ،از این رو ،در هنگام آماده سازی نمونه های بزرگ در نقاط دورتر از مرکز و جداره ها شیب لوله انعطاف پذیر کم شده و جریان ماسه یک نواخت نیست.
هنگام عبور ماسه از لوله صلب، امکان تجمع ذرات ماسه روی پخش کنندهها وجود دارد. از این رو، مساحت خروجی قیف باید طوری در نظر گرفته شود که این امر مانع از ایجاد جریان یک نواخت نشود. با توجه به این محدودیت، زمان آماده سازی نمونه های بزرگ به شدت افزایش خواهد یافت.
گید و داکاسا69 )2069( با اعمال تغییراتی، سیستم پیشنهادی دیو و داکاسا61 )2062( را مکانیزه کردند ]3[، ]62[.
با در نظر گرفتن مزایا، معایب و کاربرد روشهای مختلف و با استفاده از امکانات و محدودیتهای موجود، ارائه روشی قابل اعتماد و تکرارپذیر برای بازسازی نمونههای بزرگ

Rad and Tumay
Chain et al.
Gade and Dasaka
Dave and Dakasa
ماسه با دانسیتۀ مشخص، با تأکید بر کاهش زمان مورد نیاز یکی از اهداف اصلی این تحقیقاست. بدین منظور یک دستگاه متحرک بارش پرده ای ماسه برای پر کردن مخزنی دایرهای شکل بزرگ در مرکز مطالعات پیشرفته خاک و پی دانشگاه فردوسی مشهد طراحی و اجرا شد. بسیاری از تحقیقات آزمایشگاهی در زمینۀ مهندسی مستلزم مدل کردن خاک زیر پی با تراکم های گوناگون در آزمایشگاه است. از این مجموعه آزمایشگاهی ساخته شده میتوان خاک را با تراکم مورد نظر در مخزن با ابعاد کوچک و بزرگ تهیه کرد. ویژگی شاخص این سیستم تهیه نمونه با هر تراکمی قابل دسترسی است. در بخش های بعد جزئیات این دستگاه و نیز چگونگی تهیه نمونه های ماسه با تراکم های گوناگون آورده شده است.

نوع خاک مصرفی
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

در پژوهش حاضر از ماسه فیروزکوه به رنگ سفید مایل به زرد استفاده شده است. این ماسه به نرخ فراوان برای استفاده های صنعتی تولید می شود و می توان تا حدود زیادی بر استمرار تولید آن اعتماد کرد. بر اساس نمودار دانه بندی )شکل 6(، مقادیر Cu و Cc به ترتیب برابر با 98/6 و 69/6 است که خاک را در رده SP از رده بندی یونیفاید قرار می دهد. سایر مشخصات فیزیکی این ماسه در جدول 6 ارائه شده است. رفتار و خواص خاک در طول یک لایه یا در عمق های مختلف با توجه به بسیاری از عوامل غیرقابل کنترل مانند تاریخچه تنش های اعمالی، نوسانات سطح آب زیرزمینی، فرآیندهای شیمیایی، گذر زمان و … به طورکلی متفاوت است. با توجه به این پیچیدگی در رفتار خاک، در بسیاری از پژوهش های آزمایشگاهی و به منظور تمرکز پژوهش ها بر رفتار مدل از ماسه با دانه بندی یک نواخت استفاده می شود.
استفاده از ماسه با دانه بندی یک نواخت، امکان جداشدگی ذرات در حین فرآیند آماده سازی نمونه را به حداقل می رساند. علاوه بر این ماسه قبل از استفاده به خوبی پردازش شده و رفتار آن در زمان آزمایش کنترل می شود ]62[.

727

شکل 2. نمودار دانه بندی مصالح مصرفی جدول 2. مشخصات مهندسی ماسه استفاده شده
728472-36048

92
/
2

220
/
2

92
/
2

50
/
2

92

/

2

220

/

2



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید