طبقه بندی ساختاری خاكهای رسی و كاربرد آن

طبقه بندی ساختاری خاكهای رسی و كاربرد آن برای طبقه بندی

در تمامی طبقه بندیهای ژئوتكنیكی، ویژگیهای نمونه های دست خورده (disturbed samples) ملاك دسته بندی خاكها بوده است.دست خوردگی نمونه ها، باعث تغییر ساختار خاك (Soil structure) می گردد، لذا طبقه بندیهای موجود بیانگر رفتار واقعی خاكها، در شرایط طبیعی نمی باشند. هدف اصلی مباحث زمین شناسی مهندسی و ژئوتكنیك ، شنخت رفتار واقعی خاكهاست. رفتار مكانیكی خاكهای ریزدانه، تابع تاریخچه زمین شناسی آنها بوده و تشكیل ساختار اولیه خاكها و تغییرات آن در طی زمان زمین شناسی، نقش تعیین كننده ای بر ویژگیهای رفتاری خاك دارد (Chandler, 2000)، خاكهای رسی سست (Soft clay) ، رس سخت (hard clay) ، خاكدانه ای (granular soil) و همچنین خاكهای برجا ، بر حسب وضعیت ساختاری می توانند مشابه سنگهای هوازده و ضعیف عمل كنند (Leroueil & Vaughan, 1900). در این پژوهش سعی شده است، طبقه بندی جدیدی بر مبنای ویژگیهای ساختاری خاكها ارائه گردد به گونه ای كه قدرت ارتباط بین رفتار مكانیكی ، تاریخچه زمین شناسی و ساختار میكروسكوپی خاك ها را داشته باشد.

متن اصلی :

1) مفاهیم پایه :

برای بیان این طبقه بندی ، ابتدا مفاهیم اساسی كه مورد استفاده قرار گرفته است،

شرح داده می شود تا زبان مشتركی برای فهم طبقه بندی پیشنهادی باشد.

1-1- ساختار خاک :

ساختار خاک (Soil structure) به تلفیقی از پیوند بین ذرات (bonding) و

نحوه آرایش ذرات خاك (Fabric) گفته می شود (Mitchell, 1967) . این واژه

بیانگر تفاوت بین خواص خاك در حالات طبیعی و بازسازی شده

(reconstituted) در نسبت پوكــــی (void ratio) یكسان می باشد فابریك

خاكها تابع عوامل گوناگونی است. از جمله این عوامل می توان به شرایط و

سرعت رسوبگذاری ، وجود آب در محیط رسوب گذاری، اندازهذرات خاك، نوع

كانی رسی،‌درصد املاح موجود در آب، نسبت كاتیونهای تك ظرفیتی به

كاتیونهای دو ظرفیتی ، وجود مواد آلی، ‌میزان تحكیم یافتگی رس ها و .....

اشاره نمود.

بررسی های كاملی توسط ( 1985 ) Leroueil et al ، ( 1951 ) Lambe ،

( 1970 ) Sides & Barden ، ( 1976 ) Mitchell در مورد فابریك خاكهای

ریزدانه انجام گرفته است.‌پیوند بین ذرات خاك های ریزدانه می تواند تحت اثر

عوامل مختلفی ایجاد گردد. نیروهای الكتروستاتیك ، واندروالس، اسمزیك، كشش

سطحی ، همچنین سیمان شدگی و اتصال جامد بین ذرات خاك از جمله عوامل

پیوند یافتگی بین ذرات خاك هستند. امروزه مقاومت خاكها را نمی توان به تنهای

با میزان تخلخل و تاریخچه تنش خاكها برآورد نمود، بلكه عوامل گوناگونی مانند

نهشته شدن سیمان در محل تماس ذرات ماسه ای ( 1984 ، Mitchell & Solimar) ، جوش خوردگی بین ذرات تحت فشار بالا، رسوب املاج كربناته، هیدروكسیدها و مواد آلی ناشی از انحلال ، در بین ذرات خاك (Leroueil & Vaughan, 1990) بر مقاومت خاك ها موثر هستند.

2-1- فرآیندهای زمین شناسی موثر بر ساختار خاكها :

مراحل مختلف و طولانی مدت تشكیل خاك از سنگ منشاء رسوبگذاری، تحكیم ،

تراكم ، دیاژنز، رخدادهای تكتونیكی ، هوازدگی ، فرسایش و .... ساختار نهایی

خاك را شكل می دهند . برخی ازاین فرآیندها همزمان و به موازات هم عمق می

كنند به طور كلی این فرآیندها می توان به دو دسته فرآیندهای حین روسوبگذاری

و تراكم بكر خاك ( گروه 1) و فرآیندهای بعد از رسوب گذاری و تراكم بكر خاك

(گروه 2) تقسیم نمود. انواع فرآیندهای گروه 1 و 2 در جدول (1) نشان داده شده

اند. فرآیندهای گروه 1 در حین نهشته شدن رسوبات عمل می كنند. ساختار خاك

تحت اثر این فرآیندها، ساختار رسوبی نامیده می شود (جدول 1). فرآیندهای

گروه 2 بعداز رسوبگذاری و تراكم بكر اولیه خاك بر ساختار آن اثر می گذارند.

ساختار خاك، در این حالت اصطلاحا ساختار بعد از رسوبگذاری نامیده می شود

كه در اثر عملكرد فرآیندهای گروه 1 و 2 شكل می گیرد.

3-1- تراكم پذیری و حساسیت خاكها:

ویژگیهای تراكم پذیری و مقاومتی خاكهای ریزدانه بازسازی شده مرجع معتبری

برای فهم و تفسیر رفتار خاكها در حالت دست نخورده (Undisturbed)

محسوب می گردد‌ (Burland, 1990). از دیدگاه نامبرده خاك بازسازی شده

دوغاب حاصل از مخلوط كردن ذرات خاك با رطوبتی معادل 1 تا 5/1 برابر حد

روانی است كه تحت تنش های تك بعدی متراكم شده باشد. ویژگیهای مكانیكی

خاكهای بازسازی شده به عنوان خواص ذاتی (Intrinsic properties) شناخته

می شوند، زیرا مستقل از شرایط طبیعی خاك می باشند. این ویژگیها قادرند

چارچوب مناسبی برای ارزیابی اثر ساختار خاك بر رفتار آنها در حالت طبیعی

فراهم آورند.

منحنی تحكیم تك بعدی خاكهای بازسازی شده به صورت نمادین در شكل (1)

نمایش داده شده است. این منحنی معمولا دارای مقعری به سمت بالاست كه می

توان در محدوده تنش های موثر قائم Kpa100 تا kpa 1000 آنرا خطی درنظر

گرفت. لذا شاخص تراكم پذیری ذاتی خاك (Cc*) به صورت زیر تعریف می گردد:

1) در رابطه (1) e * 100 و 0e* 100 به ترتیب نشان دهنده نسبت پوكی خاك