بررسی آثار تنش سیکلی و میزان ریزدانه غیر پلاستیک بحرانی بر پتانسیل روانگرایی ماسه سیلتی در آزمایش سه محوری سیکلی

علت بسیاری از خرابی‌های ناشی از زلزله در نهشته‌های سست تا نیمه متراکم اشباع، روانگرایی است. بیشتر پژوهش ها در زمینه بررسی پتانسیل روانگرایی بر روی ماسه (تمیز) متمرکز بوده و پژوهش بر روی ماسه لای دار و لای محدود می باشد. از این رو، تمامی زوایای آن به درستی شناخته نشده است، همچنین پژوهش‌های پیشین نشان داده است که تاکنون اثر نسبت تنش سیکلی (cyclic stress ratio) روی میزان لای بحرانی در بررسی پتانسیل روانگرایی ماسه حاوی 40 درصد ریزدانه و فراتر مورد بررسی قرار نگرفته است، بنابراین در این پژوهش با استفاده از آزمایش سه محوری سیکلی، تاثیر نسبت تنش سیکلی (csr) و درصد ریزدانه غیر خمیری در فشار همه‌جانبه ثابت بر پتانسیل روانگرایی ماسه لای دار مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در این مقاله تاثیر فشار وارده بر اسکلت خاک در مرحله اشباع سازی، بر نتایج روانگرایی بررسی شده است. خاک مورد استفاده در این پژوهش ماسه 161 و لای غیر پلاستیک فیروزکوه با 3 ترکیب ماسه تمیز، ماسه با 30 درصد لای و ماسه با 60 درصد لای است.  تمامی آزمایش ها در فشار همه جانبه ثابت 100 کیلوپاسکال و دانسیته نسبی پس از تحکیم حدود 32 درصد و طبق استاندارد astm.d 5311 انجام پذیرفته است. بر اساس نتایج حاصل شده با افزایش لای در ماسه به میزان %30، کاهش مقاومت روانگرایی رخ داده و سپس با افزایش بیشتر لای، افزایش مقاومت مشاهده می‌شود. با افزایش ریزدانه تا 30 درصد، رفتار ماسه حاکم بوده و در مقدار ریزدانه‌های بیشتر از 30 درصد، رفتار خاک ریزدانه و لای حاکم شده است. همین‌طور نتایج نمایانگر آن است که با تغییرات نسبت تنش سیکلی، میزان درصد ریزدانه‌هایی که به ترتیب بیشترین فشار آب حفره‌ای را ایجاد می‌کنند تغییر خواهند کرد. در همین راستا معادله منحنی روانگرایی محدوده ای از خاک‌های ماسه تا ماسه لای دار ارائه شده است. از سویی دیگر، تاثیر فشار وارده بر اسکلت خاک در مرحله اشباع سازی (b value ) نمونه‌ها، بر روی نتایج روانگرایی و کرنش‌های حاصل از آن، در ماسه با 60 درصد لای، ماسه با 30 درصد لای و تا حد کمتری بر روی ماسه مشهود به نظر می‌رسد.

effects of cyclic stress and the amount of critical non-plastic fine grains on the liquefaction potential of silty sand in cyclic triaxial experiment

abstract: liquefaction is the cause of many earthquake induced failures in loose to semi dense saturated deposits. most recently published works have been focused on the liquefaction potential of clean sands, but the studies on silt and silty sands particularly the effect of cyclic stress ratio (csr) on the critical silt content in the evaluation of sand liquefaction potential with 40% fine grains and more, have received less attention. hence, the present work attempts to determine the effects of csr, backpressure, the percentage of non plastic fine grain contents, and the effect of pressure on the saturated soil using cyclic triaxial experiment at a constant confining pressure. samples were prepared by mixing 161 firoozkuh sand with three different amounts of silt including 0, 30, and 60 wt%. the experiment continued by the “wet tamping method” in which samples were made with a diameter of 5 cm and a height of 10 cm. all samples were compacted under constant confining pressure of 100 kpa at a relative density of 32%, following the recommendation of astm.d 5311. according to the obtained results, with increasing the silt in the sand by 30%, a decrease in liquefaction resistance occurred, but with a further increase of silt to sandy soil with 60% silt, an increase in liquefaction resistance was observed. this indicates that systematic progress from pure sand to sand with 30% silt, led the fine particles of silt to fill the voids between coarser particles of sand. this resulted in reducing the soil drainage capacity during earthquake vibrations or cyclic loading. therefore, the liquefaction potential increases in these conditions, but the sand like behavior still prevails up to 30% fine grained, and then a further increase beyond 30% changes the soil behavior and the soil adopts fine grained behavior, which reduces the liquefaction potential. the effects of csr on liquefaction behavior of all soil samples of this study have been evident that with changes in the csr, the percentage of fine particles that cause the highest pore water pressure, respectively, change. in this regard, the equation of liquefaction curve is presented in the range of sandy to loamy sands. the results showed that by increasing the silt content up to 30%, a decrease in liquefaction resistance occurred, and then a further increase in the silt content caused an increase in the resistance. it was observed that by increasing fine grains up to 30%, the behavior of sand is predominant, however, when the content of fine grains exceeds 30%, the behavior of fine grains and silt is dominant. collectively, the results show that changes in the value of csr causes a regular change in the percentage of fine particles that cause the highest pore water pressure. on the other hand, the effect of backpressure on the soil skeleton in the saturation state (b value) of the samples on the result of liquefaction potential and the resulting strains was insignificant in sand with 60% silt and somewhat more pronounced in sand with 30% silt.