نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد دهم، شمارۀ 1 بهار 1931 7223

مدول برشي حداکثر و نسبت ميرايي ماسه و شن
داسيتي

عطا آقایی آرایی؛ مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی
تاریخ: دریافت 9/2/32 پذیرش 11/1/34چکيده
126873790194

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3227 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3227 ]

از بین پارامترهاي دینامیکی، مدول برشی حداکثر و نسبت میرایی مصالح اهمیت زیادي در تحلیل هاي دینامیکی دارند. در این مقاله براي اندازه گیري مدول برشی حداکثر و نسبت میرایی مصالح ماسه اي و شنی داسیتی از GAP-SENSOR با فرکانس پاسخ زیاد )kHz 22( در دستگاه سه محوري سیکلی استفاده شد. روش کار این دستگاه بدین صورت است که ابتدا ضربه اي ضعیف به کلاهک بالاي نمونه زده می شود و تاریخچۀ زمانی جابه جایی هاي خفیف حاصل در جهت افقی و قائم )کرنشی در حدود 6-12( با دستگاه ثبت داده با میزان نمونه گیري 122222 داده در هر ثانیه براي هر کانال ثبت می شود. با معلوم بودن زمان رسیدن موج بین دو حس گر و اندازه گیري فاصلۀ آن ها، سرعت موج به دست می آید. در نهایت با محاسبۀ ضریب پواسون از طریق اندازه گیري کرنش هاي افقی و قائم، مدول برشی حداکثر مصالح به دست می آید. نتایج نشان می دهد که سرعت موج با افزایش تنش محدودکننده افزایش یافته و مقدار آن به اندازۀ دانه ها بستگی دارد. هم چنین با استفاده از تکنیک کاهش دامنۀ ارتعاش در ترازهاي مختلف نمونه، مقدار نسبت میرایی ناشی از ضربه محاسبه شد. مقایسۀ نتایج مدول برشی و نسبت میرایی با به کارگیري GAP-SENSOR با نتایج آزمایش هاي سه محوري سیکلی روي مصالح بررسی شده، مؤید دقت مناسب روش ارائه شده است.

1661541211875

واژه هاي کليدي: GAP-SENSOR، مدول برشی حداکثر، نسبت میرایی، داسیت
[email protected] نویسنده مسئول *

7223
مقدمه
اندازه گیري خواص دینامیکی خاک ، در مسائل ژئوتکنیک لرزه اي امري مهم و حساساست. خواصی از خاک مانند سختی، میرایی، ضریب پواسن و دانسیته، پدیدۀ انتشار امواج و سایر پدیده هاي کرنش کوچک را تحت تأثیر قرار می دهند. از بین آن ها سختی و میرایی مهم تر است و مابقی تأثیر کم تري داشته و معمولامعمولاً در محدوده اي کوچک تغییر می کنند.
126873790194

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3227 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3227 ]

پژوهش گران زیادي پارامترهاي مؤثر بر مدول برشی حداکثر، نسبت مدول برشی و نسبت میرایی را بررسی کرده اند ]6[، ]11[، ]11[، ]11[-]29[. این پارامترها عبارتند از: تنش محدودکننده، تعداد سیکل یا تاریخچۀ کرنش، دست خوردگی، درصد ریزدانه، درصد شن ،دانسیته نسبی، فرکانس بارگذاري، شرایط زه کشی، شکل بارگذاري، غیرهم سانی، نوع خاک ،شکل دانه ها، مقدار شاخص خمیري و حتی دستگاه انجام آزمایش. اثر سرعت بارگذاري در کرنش هاي کوچک با اهمیت است. در کرنش هاي بزرگ ممکن است به علت رفتار غیرخطی ،سرعت بارگذاري، تعداد سیکل ها و خصوصیات تغییرحجم با اهمیت شود.
بخش زیادي از کارهاي آزمایشگاهی بر تعیین مدول برشی خاک هاي دانه اي مختلف در تراز کرنش هاي پایین متمرکز شده است. این مدول، مدول برشی حداکثر نامیده می شود و باGmax یا0G نمایش می دهند. سرعت انتشار امواج از میان یک محیط، به طور مستقیم متناسب با سختی و نسبت معکوس با دانسیته آن است. از این رو، اندازه گیري سرعت موج برشی، اجازه به دست آوردن اطلاعات مهمی راجع به مصالح دانه اي و تفسیر فرایندهاي آن را فراهم می کند ]1[، ]19[، ]16[. سرعت موج برشیVs وابسته به مدول برشی خاک است که تنها وابسته به سختی برشی اسکلت است و متأثر از سختی حجمی مایع حفره اي نیست. مدول برشی و حجمی خاک وابسته به سختی کانی ها، فازهاي هوا و آب، پوکی، درجۀ اشباع، بزرگی نیروهاي بین دانه اي، و هرگونه تماس بین دانه هاي کانی هستند ]19[، ]14[. تئوري انتشار امواج و مدل هاي ترکیبی نشان می دهد که هر دو سرعت موج P )موج طولی( به S )موج برشی(، با پارامترهاي یک سان محیط متخلخل به هم مرتبط هستند 3. نمونه اي از نسبت سرعت موج P به S براي ضریب پواسن بین 1/2 تا 91/2 و بین 1/1 تا 3/1 است.
7223
آزمایش هاي اندکی خواص خاک ها را در کرنش هاي کوچک تعیین می کنند که عبارتند از:
آزمایش ستون تشدید، آزمایش نوسان اولتراسونیک، آزمایش المان خمشی پیزوالکتریک واستفاده از شتاب سنج. قابلیت نداشتن بعضی از وسایل مثل المان خمشی به علت آسیب پذیر بودن سر صفحه ارتعاش، از مشکلات مربوط در اندازه گیري این پارامتر در مصالح دانه اي و شنی است. هم چنین می توان به مشکلات در تعیین زمان دقیق رسیدن موج، محدودیت ابعادي و فرکانس بارگذاري آزمایش ستون تشدید براي دانه هاي بزرگ شن سنگ ریزه اي، فرکانس کم )kHz2( و نوفه زیاد و امکان نداشتن اندازه گیري مستقیم ضریب پواسن در روش استفاده از شتاب سنج ها اشاره کرد.
126873790194

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3227 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3227 ]

اخیرااخیراً روش آزمایش استاندارد براي تعیین خواص مدول برشی و میرایی خاک ها با استفاده از دستگاه سه محوري براي مصالح ژئوتکنیکی خیلی متداول شده است. مشکل اساسی این روش خطاي شدید در اندازه گیري کرنش محوري و محدودۀ قابل اندازه گیري کرنش ها است. با اندازه گیري کرنش موضعی در سطح جانبی نمونه با استفاده از کرنش سنج هاي غیر تماسی و یا 1LDT تا حدودي میتوان خطاي ناشی از اندازه گیري کرنش ها و در نتیجه میرایی ناشی از تراز نبودن سرهاي نمونه و نقص اتصال بین نمونه و کلاهک را کاهش داد. در روش استفاده از حس گرهاي جابه جایی سنج غیرتماسی، مدول برشی در کرنش حدود 1-12 اندازه گیري شده و مقادیر نظیر کرنش 6-12 برون یابی می شود.LDT به صورت موضعی روي غشاهاي به کاررونده با ضخامت بیش از 2 میلی متر و هم چنین فرکانس بسیار کم )Hz 122( سر می خورد و کاربري آن ها را در حالت اعمال تنش محدودکننده از طریق مکش براي مصالح شنی سنگ ریزه اي محدود می کند. از مکش براي اعمال تنش محدودکننده بر نمونه در دستگاه سه محوري مکرر در بررسی ها استفاده می شود 1.
-51053780042

اندازه گیري سرعت موج با استفاده از GAP-SENSOR با فرکانس پاسخ بالا اخیراًاخیرا روي تعدادي نمونۀ بزرگ مقیاس انجام شده است که سه محوري، مصالح سبک وزن، تیزگوشه گل سنگی، ماسه تویورا، خرده لاستیک و درصدهاي مختلف اختلاط ماسه با خرده لاستیک دارد
1 . Local Deformation Transducer
7273
و نتایج حاصل با نتایج مدول یانگ حاصل از برون یابی در کرنش هاي کوچک آزمایش هايسه محوري سیکلی و هم چنین با مقادیر موجود در ادبیات فنی مقایسه شده است ]22[، ]21[.
نتایج حاکی از دقت بسیار مناسب روش ابداعی است. از این رو، این تحقیق امکان به کارگیري حس گر غیرتماسی )GAP-SENOR( با فرکانس پاسخ زیاد )حدود 22کیلوهرتز( را براي اندازه گیري مقادیر مدول یانگ )یا برشی( و میرایی براي دیگر مصالح درشت دانه مثل داسیت ماسه اي و شنی بررسی می کند و با نتایج آزمایش هاي سه محوري سیکلی مقایسه می شود.

نحوۀ کارکرد GAP-SENSOR در تعيين سرعت موج حداکثر و ميرایي
126873790194

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3227 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3227 ]

در شکل 1 اصول کارکرد GAP-SENSOR نشان داده شده است. جریانی با فرکانس زیاد به دستگاه اندازه گیر داخل سر حس گر براي ایجاد میدان الکترومغناطیسی فرکانس زیاد به کار گرفته می شود. زمانی که یک صفحه هدف )ماده رسانا یا مغناطیس( به این میدان الکترومغناطیسی نزدیک می شود جریانی گردابی در سطح صفحه هدف تولید می شود و مقاومت )امپدانس( کویل حس گر شارژ می شود. سیستم حس گر تغییر در نوسان مقاومت حاصل از این پدیده را تشخیص داده و از آن براي تعیین رابطه بین جابه جایی و ولتاژ استفاده می کند. در شکل 2 قطعات تشکیل دهندۀ دستگاه نشان داده شده است. در این روش تاریخچۀ زمانی جابه جایی در دو حس گر غیرتماسی با میزان نمونه گیري یک صدهزارم ثانیه اندازه گیري می شود که داده هاي حاصل نویز کمی دارند. این امر سبب تشخیص آسان زمان رسیدن موج در حس گر اندازه گیري براي کرنش هاي بسیار کوچک لازم، می شود. شکل 9 رابطۀ بین ولتاژ خروجی و جابه جایی در محدودۀ خطی را نشان می دهد. فاصله قابل اندازه گیري با این حس گر حدود mm 4 براي صفحه آهنی است
179451-175005
شکل 1. اصول کارکرد GAP-SENSOR
7273
126873790194Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3227 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3227 ]

شکل
2
.
چگونگي

اتصال

GAP

SENSOR
ثبت

دستگاه

و

برق

منبع
،
فایر

آمپلي
،
داده

به
ها

هم

شکل

2

.

چگونگي

اتصال

GAP



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید