تاثیر حضور لای بر مدول برشی حداکثر بیشینه شن ماسه دار با استفاده از آزمایش المان خمشی

ارزیابی سرعت موج برشی (vs) در کرنش های کوچک و مدول برشی حداکثر (gmax) متناظر با آن، همواره بعنوان یک پارامتر مهم دینامیکی، مورد توجه پژوهشگران مهندسی ژئوتکنیک بوده است. هدف اصلی این تحقیق، بررسی تاثیر حضور ریزدانه غیرخمیری (لای) بر روی مدول برشی حداکثر خاک های شنی می باشد. با توجه به اینکه در طبیعت ترکیب شن و لای به تنهایی کمتر یافت شده و اغلب ترکیبات طبیعی بصورت مخلوط شن، ماسه و لای می باشند، سه نوع مخلوط شن ماسه دار با نسبت های ماسه به شن متفاوت بعنوان خاک شنی پایه انتخاب شده و به آن ها تا 45 درصد لای اضافه گردید. با استفاده از دستگاه المان خمشی، سرعت موج برشی در کرنش های کوچک در همه نمونه ها و تحت سه فشار همه جانبه مختلف اندازه گیری شده و عوامل مختلف تاثیرگذار شناسایی گردیدند. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که با افزایش فشار همه جانبه موثر، مدول برشی حداکثر در همه ترکیبات افزایش می یابد. همچنین میزان درصد ریزدانه غیرخمیری و نسبت ماسه به شن در خاک شنی پایه، بطور قابل ملاحظه ای بر روی پارامتر مدول برشی حداکثر خاک مخلوط، موثر می باشند، بدین صورت که با افزایش درصد لای و همچنین نسبت ماسه به شن در خاک پایه، مدول برشی حداکثر بطور پیوسته کاهش می یابد که این کاهش، از دیدگاه میکرومکانیک و نحوه تشکیل زنجیره های نیروی تماسی بین ذرات، قابل توجیه است. در نهایت بر اساس رابطه عمومی hardin و تعیین بهترین ضرایب برازشی مربوطه با استفاده از تحلیل رگرسیون، برای هر سه نوع خاک شنی با نسبت ماسه به شن متفاوت، روابط تجربی جداگانه ای بر اساس تابعی از درصد ریزدانه غیرخمیری، نسبت تخلخل و فشار همه جانبه مخلوط، جهت تخمین مدول برشی حداکثر مخلوط شن، ماسه و لای ارائه گردید. با انطباق نتایج بدست آمده از این روابط با مقادیر واقعی اندازه گیری شده در آزمایشگاه و همچنین فراوانی این نوع از ترکیبات در طبیعت، قابلیت استفاده بسیار مفید از این معادلات استخراج شده در پروژه های مختلف ژئوتکنیکی، تایید شد.

Influence of non-plastic fine on small strain shear modulus of sandy gravel using bender element test

Dynamic properties of soils at very small strain, i.e. small strain shear modulus (G0) and shear wave velocity (Vs), are used frequently in geotechnical applications. Many researchers have studied the effective factors on the small strain shear modulus in clean sands or sandfine mixtures. However, less attention has been given to the dynamic properties of gravelly soils at small strain and they are poorly understood. Reviewing the technical literature, one may find it very interesting to study the impacts of nonplastic fine content on the small strain shear modulus of gravelly soils. A fundamental experimental study was designed to explore the influence of nonplastic fine content on the small strain shear modulus of gravelsandsilt mixtures (common geomaterials in nature). Since gravel and silt mixtures with no sand particles are less common in nature, three types of sandy gravels with different sandtogravel ratios of 0.25, 0.43 and 0.67 were selected as base gravelly soils. In order to isolate the impacts of the fine content, sandtogravel ratio was kept constant in each soil type. Various percentages of silt (0~45%) were carefully added to the base soil. Eighteen mixtures of sandy gravels with different silt contents were prepared. Bender Element tests were carried out under saturated conditions to determine the small strain shear velocity. Samples were prepared by the moist tamping method due to its advantages for making loose and homogeneous samples without creating any segregation of grains. Following the saturation process, specimens were subjected to three isotropic confining pressure levels of 50, 100, 150 kPa. The relative densities of the samples were carefully kept constant to avoid the density effect on the responses. To keep the densities of samples constant while varying the fine content percentages, the initial relative density (Dr before consolidation) was selected in a way to ensure that the target relative density (Dr after consolidation) was approximately 35% (i.e., Dr=32% ~ 38%). The appropriate initial relative densities for each mixture and for various effective confining pressures were obtained using iterative efforts. Laboratory results show that the maximum shear modulus increases in all mixtures when the effective confining pressure increases. The small strain shear modulus is significantly impacted by the percentage of nonplastic fine content and sandtogravel ratio of base gravelly soils. Increasing the percentage of silt and also the sandtogravel ratio causes the shear modulus to decrease constantly. The reduction (rate of which is different for mixtures and effective confining pressures) can be explained from the micromechanical perspective and the formation of strong and weak force chains through interparticle contacts. Finally, Hardinchr('39')s general equation is fitted to experimental data and fitting parameters are found using regression analysis. Empirical relationships are presented to estimate the small strain shear modulus in each of those three types of soil. These correlations are a function of nonplastic fine content, void ratio and effective confining pressure of mixtures. The comparison between the estimated and the measured small strain shear modulus clearly indicates that the purposed equations yield good agreement with experimental data. Therefore, these equations can be used to predict the small strain shear modulus for different mixtures of gravelsandsilt in many geotechnical applications such as soil improvement, evaluation of liquefaction potential and the design of dynamic foundations.