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

نوع مقاله : پژوهشی اصیل (کامل)

نویسندگان
1 دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی
2 دانشگاه آزاداسلامی واحد علوم و تحقیقات
چکیده
چکیده

علت بسیاری از خرابی‌های ناشی از زلزله در نهشته‌های سست تا نیمه متراکم اشباع، روانگرایی است. بیشتر پژوهش­ها در زمینه بررسی پتانسیل روانگرایی بر روی ماسه (تمیز) متمرکز بوده و پژوهش بر روی ماسه لای­دار 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 CSR بر 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 تناوبی، تأثیر نسبت تنش سیکلی (CSR) و درصد ریزدانه غیر خمیری در فشار همه‌جانبه ثابت بر پتانسیل روانگرایی ماسه لای­دار مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در این مقاله تأثیر 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 آزمایش­ها 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 محدوده­ای از خاک‌های ماسه تا ماسه لای­دار ارائه شده است. از سویی دیگر، تأثیر فشار وارده بر اسکلت خاک در مرحله اشباع سازی ( ) 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.

کلمات کلیدی: آزمایش سه محوری تنابی، پتانسیل روانگرایی، ماسه لای دار، نسبت تنش سیکلی، ریزدانه غیر پلاستیک

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

investigation of the effect of Cyclic Stress Ratio and the amount of Critical Non-Plastic Fines Content on the Liquefaction Potential of Sandy silt in Cyclic Triaxial Testing

نویسندگان English

nabi-allah ahmadi 1
Sina Safargholitabar marzuni 2
1 Shahid rajaee teacher training university
2 Islamic azad university
چکیده English

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.



Keywords: Cyclic triaxial testing, Liquefaction potential, Silty sand, Cyclic Stress Ratio, Non-Plastic

کلیدواژه‌ها English

Cyclic triaxial testing
Liquefaction potential
Silty sand
Cyclic Stress Ratio
Non-Plastic Fines Content
1. Polito C.P. 1999 The effects of non-plastic and plastic fines on the liquefaction of sandt soil. PhD Thesis, University Libraries, Virginia Polytechnic Institute and State University.
2. Ghahremani M., Ghalandarzadeh A. and Moradi M. 2006 Effect of plastic fines on cyclic resistance of saturated sands. Journal of Seismology and Earthquake Engineering. 8(2), 71-80. In Persian.
3. Miura S., Kawamura S. and Yagi K. 1995 Liquefaction damage of sandy and volcanic grounds in the 1993 hokkaido nansei-oki earthquake. Proc. 3rd Int. Conf. on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Engr. and Soil Dynamics. St. Louis, Missouri, 1, 193-196.
4. Ishihara K. 1993 Liquefaction and flow failure during earthquakes. Geotechnique. 43(3), 351-415.
5. Tronsco J.H. and Verdugo R. 1985 Silt content and dynamic behavior of tailing sands. Proceedings, Twelfth International Conference on Soil Mech. and Found. Eng. San Francisco, USA, 1311-1314.
6. Yamamuro J. A. and Lade P.V. 1997 Effect of nonplastic fines on static liquefaction of sands. Canadian Geotechnical Journal. 34, 918-928.
7. Chang N.Y., Yeh S.T. and Kaufman L.P. 1982 Liquefaction potential of clean and silty sands. Proceedings of the Third International Earthquake Microzonation Conference. Seattle, USA, 2, 1017–32.
8. Koester J. P. 1994 The influence of fine type and content on cyclic strength. Ground failures under seismic conditions, geotechnical special publication. ASCE. 44, 17-33.
9. Polito C.P. and Martin J.R. 2001 The effects of non-plastic fines on the liquefaction resistance of sands. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engr. 408-15.
10. Amini F. and Qi G.Z. 2000 Liquefaction testing of stratified silty sands. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engr. March, 208-17.
11. Maheshwari B.K. and Patel A.K. 2010 Effects of non-plastic silts on liquefaction potential of solani sand. Geotech Geol Eng. 28, 559–566 DOI 10.1007/s10706-010-9310-z.
12. Akhila M., Rangaswamy K. and Sankar N. 2019 Effect of non-plastic fines on undrained response of fine sand. International Journal of GEOMATE. Feb.,16(54), 170 – 175.
13. Choobbasti A. J., selataneh H. and petanlar M. K. 2020 Effect of fines on liquefaction resistance of sand. Innovatlve infrastructure solutions. 5(87). https://doi.org/10.1007/s41062-020-00338-3
14. Ghorbani A. Eslami. A. and Moghadam M. N. 2020 Effect of non-plastic silt on liquefaction susceptibility of marine sand by transparent laminar shear box in shaking table. International Journal of Geotechnical Engineering. 14(5), 514-526. https://doi.org/10.1080/19386362.2020.1712532.
15. Swamy K. R., Akhila M. and Sankar N. 2020 Effects of fines content and plasticity on liquefaction resistance of sands. Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Geotechnical Engineering, doi: 10.1680/jgeen.19.00270.
16. ASTM D5311. Standard Test Method for Load Controolled Cyclic Triaxial Strength of Soil. (2013)