نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد نهم، شمارۀ 1 بهار 1314

کاربرد آزمايش نفوذسنجی ديناميکی در کنترل درصد تراکم و برآورد مقاومت برشی زهکشی نشده
خاک های ريزدانه

مهدی خداپرست؛
دانشگاه قم، دانشکده فنی و مهندسی
تاريخ: دريافت 72/8/17 پذيرش 11/17/17 چکيده
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2633 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2633 ]

آزمایش نفوذسنجی دینامیكی یكی از آزمایش هاي مهم محلی در پژوهش هاي ژئوتكنیک است و در بسیاري موارد كه عمق مورد نظر براي بررسی لایه هاي خاك خیلی زیاد نباشد ،استفاده می شود. در كشور ما چند سالی است كه این آزمایش به طور گسترده اي جاي گزین آزمایش نفوذ استاندارد شده است. در این مقاله ضمن ارائه تجربه هاي در ارتباط با به كارگیري انواع نفوذسنج هاي دینامیكی و بیان ایرادها و خطاهایی كه در استفاده از این آزمایش رخ می دهد سعی می شود دقت این آزمایش در خاك هاي ریزدانه بررسی شود. مهم ترین نوآوري و دست آورد این تحقیق ارائه روابط تجربی جدیدي بین پارامترهاي مقاومت دینامیكی مخروط با مقاومت برشی زهكشی نشده و هم چنین با درصد تراكم در خاك هاي ریزدانه است. در نهایت امیدواریم نتایج این تحقیق منجر به اصلاح ایرادهاي موجود در استفاده از این آزمایش و توسعۀ بیش تر آن در شناسایی محلی خاك هاي ریزدانه شود.
واژه های کليدی: آزمایش نفوذسنجی دینامیكی، شناسایی محلی، خاك ریزدانه، روابط تجربی، مقاومت برشی زهكشی نشده، درصد تراكم

[email protected] نويسندۀ مسئول *

3322
مقدمه
آزمایش هاي محلی و برجا بخش مهمی از پژوهش ها و بررسی هاي ژئوتكنیكی را تشكیلمی دهند. در این آزمایش ها یک یا چند مشخصه از خاك به طور مستقیم یا غیرمستقیم اندازه گیري می شود. حذف اثرات دست خوردگی ناشی از نمونه گیري و انتقال نمونه به آزمایشگاه از مهم ترین مزایاي این نوع آزمایش ها آن است. از این رو، در بسیاري از موارد در مقایسه با آزمایش هاي آزمایشگاهی، نتایج قابل اعتمادتري دارند.
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2633 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2633 ]

آزمایش هاي نفوذسنجی1 از انواع مهم آزمایش هاي محلی است. آزمایش هاي نفوذسنجی به دودسته كلی تقسیم می شوند. دستۀ اول از نوع استاتیكی است كه مشهورترین آن ها آزمایش نفوذ مخروط7 است و در آن ها از فشار استاتیكی استفاده می شود. دستۀ دوم از نوع دینامیكی است. در آزمایش هاي نفوذسنجی دینامیكی3 یک مخروط در اثر ضربه، در داخل زمین نفوذ می كند و مقاومت آن در مقابل نفوذ به مشخصات خاك ارتباط داده می شود. كاوش گرهاي دینامیكی ابزار انجام این آزمایش هستند و از سه بخش اصلی به نام چكش، مخروط نفوذ و میله هاي رابط تشكیل شده اند. انرژي لازم براي نفوذ در زمین در اثر ضربه تأمین می شود. این ضربه از سقوط وزنه اي معین و از ارتفاعی مشخص ناشی می شود كه با توجه به اندازه و ارتفاع سقوط آن ممكن است به صورت دستی و یا مک موتور انجام گیرد. تعداد ضربه ها براي نفوذ به مقدار معین شده روي میله )بسته به وزن چكش بین11 تا 71 سانتی متر( ثبت شده و با حرف M به عنوان نتیجه آزمایش نشان داده می شود.
استفاده از كاوش گرهاي دینامیكی در پژوهش هاي محلی مزیت هاي مهمی دارد سهولت استفاده از این ابزار در مناطق با دسترسی سخت و دشوار از مهم ترین آن ها است. هم چنین نتایج آن پیوسته است و امكان شناسایی لایه هاي ضعیف با ضخامت كم بدون نیاز به حفر گمانه وجود دارد ]1[. حتی می توان در بررسی پتانسیل روان گرایی از نتایج این آزمایش استفاده كرد ]7[. هم چنین مؤلف روشی براي تعیین ضخامت و نوع لایه هاي خاك از نتایج آزمایش نفوذسنجی دینامیكی ارائه كرده است ]3[.

1. Penetration Testing 7. Cone Penetration Test 3. Dynamic Probing
بسیاري از كشورها سال هاست از كاوش گرهاي دینامیكی استفاده می كنند. در كشور ما استفاده از كاوش گرهاي دینامیكی رو به توسعه است. لیكن متأسفانه در برخی موارد به عنوان جاي گزین آزمایش نفوذ استاندارد ،به درستی و استاندارد از این آزمایش استفاده نمی شود.
علاوه بر آن در بسیاري موارد از نتایج این آزمایش صرفاًصرفا براي معادل سازي آن با عدد نفوذ استاندارد N بهره گرفته می شود. در این مقاله به ایرادهایی كه ممكن است در انجام این آزمایش به وجود آید می پردازیم. با استفاده از نتایج آزمایش هاي انجام شده در چندین سایت مختلف در مناطق مركزي و جنوبی ایران، روابط تجربی جدیدي براي برآورد مقاومت برشی زهكشی نشده و هم چنین درصد تراكم خاك هاي ریزدانه ارائه می شود. بدیهی است كه با تعیین درصد تراكم خاك از نتایج آزمایش نفوذسنجی دینامیكی وان سرعت انجام پروژه هاي راه سازي و سد سازي )سد خاكی( به میزان چشم گیري افزایش می یابد.

126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2633 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2633 ]

دستگاه و ابزار انجام آزمايش نفوذسنجی ديناميکی
مشخصات تجهیزات استفاده شده در این تحقیق در سه گروه مختلف در این بخش، بررسی می گردد. البته مؤلف ،جزئیات انواع مختلف ابزار انجام آزمایش نفوذسنجی دینامیكی را تشریح كرده است ]4[.
الف. کاوش گر ديناميکی دستی سبك DPL
در این نوع كاوش گر دینامیكی كه مشخصات آن در استاندارد 4114DIN ]5[ و استاندارد 7-77422ISO ]2[ آورده شده است وزن چكش 11 كیلوگرم است و استفاده از آن در خاك هاي نرم تا متوسط ممكن است )شكل1(. مشخصات این نوع كاوش گر دینامیكی در جدول 1 آمده است. لازم به ذكر است كه مشابه این كاوش گر با وزن چكش 8 كیلوگرم كه DCP نامیده می شود ،براي تعیین مقدار نسبت باربري كالیفرنیا استفاده شده است ]2[، [ 8].
ضمناًضمنا این ابزارهاي دستی امكان انجام آزمایش در كف گمانه هاي دستی و هم چنین شرایط دشوار از نظر دسترسی، نظیر زمین هاي بسیار سست و لجنی را نیز فراهم می آورند.
3323
ب. کاوش گر ديناميکی دستی متوسط DPM
با افزایش سختی خاك ممكن است نتیجه آزمایش )تعداد ضربات براي نفوذ( با نوع سبکاز مقدار استاندارد 51 تجاوز كند. در این صورت دیگر ابزار دستی سبک قابل استفاده نیست.
از این رو، در تحقیق حاضر كاوش گر دینامیكی دستی نوع متوسط نیز به كار گرفته شده است.
مشخصات این نوع كاوش گر دینامیكی نیز در جدول 1 آمده است.
لازم به ذكر است كه كار كردن با این نوع، نسبت به نوع دستی سبک مشكل تر است و براي بالا بردن چكش آن حداقل دو نیروي انسانی لازم است )شكل7(.
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2633 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2633 ]

882904-899540

1

3

4

2

1

3

4

2

شکل 1. ابزار کاوش گر ديناميکی دستی سبك ]2[
)1: مخروط نفوذ، 3: چکش، 2: سندان )عامل انتقال ضربه چکش به ميله و مخروط نفوذ( 2: ميله(
ج. کاوش گرهای ديناميکی موتوردار
چنان چه نتیجه آزمایش )تعداد ضربه ها( با نوع متوسط نیز از مقدار استاندارد 51 تجاوز كند در این حالت ابزار دستی متوسط قابل استفاده نیست و باید از نوع سنگین DPH با وزن چكش51 كیلوگرم به كار گرفته شود. با افزایش وزن چكش امكان استفاده از انواع كاوش گرهاي دینامیكی به شكل دستی بسیار مشكل است. از این رو، از نوع موتوردار استفاده می شود. بنا بر این محقق نسبت به ساخت دستگاه موتوردار نیز اقدام كرده است )شكل 3(.

جدول 1. مشخصات کاوش گرهای ديناميکی دستی استفاده شده در اين تحقيق
نوع (DPL) سبک (DPM) متوسط
وزن چكش )برحسب كیلوگرم( 11  1/1 31  1/3
ارتفاع سقوط چكش )برحسب متر( 1/5  1/11 1/5  1/11
قطر مخروط )برحسب میلی متر( 35/2  1/3 35/2  1/3
سطح مقطع مخروط )برحسب سانتی متر مربع( 11 11
قطر میله هاي رابط )برحسب میلی متر( 77  +1/7 37  1/7
ضخامت میله هاي رابط )برحسب میلی متر( 2  1/7 1  1/7
محدودۀ استاندارد نتایج 51-3 )براي نفوذ 11 سانتی متر( 51-3 )براي نفوذ 11 سانتی متر(
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2633 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2633 ]

1155954-615441

شکل 3. ابزار کاوش گر ديناميکی دستی نوع متوسط ]2[
این دستگاه تحقیقاتی به گونه اي طراحی و ساخته شده است كه امكان تغییر مشخصات اصلی آن شامل وزن چكش، ارتفاع سقوط چكش، قطر میله هاي رابط و هم چنین نوع مخروط نفود وجود دارد. از این رو، همۀ مشخصات انواع كاوش گرهاي دینامیكی را پوشش می دهد.
این ویژگی در دستگاه هاي مشابه خارجی وجود ندارد و آن ها تنها می توانند یكی از انواع سبک تا سنگین باشند. مؤلف جزئیات دستگاه مزبور را تشریح كرده است ]4[.
3322
لازم به ذكر است كه در استفاده از ابزارهاي دستی توجه به دقت اپراتور به ویژه در بالا بردنچكش به مقدار معین بسیار مهم و تاثیرگذار است در حالی كه این مسئله در كاوش گرهايدینامیكی موتوردار وجود ندارد.

126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2633 ]



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید