روانگرایی خاک، رخدادی است که اغلب در حوزه مهندسی زلزله مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در این پدیده، خاک به شکل موقت از فاز جامد به فاز مایع میرود و جریان می‌یابد.
در حالت وجود سازه بر روی خاک در حین رخ دادن پدیده روانگرایی، تعادل استاتیکی سازه نیز بهم می‌خورد و در بهترین حالت ممکن، به شکل یکنواخت نشست میکند.
اگر تمهیدات لازم را برای مقابله با روانگرایی خاک اندیشیده نشده باشند، این پدیده میتوان سبب به تخریب ساختمان گردد. تاثیر مستقیم روانگرایی بر روی ایمنی سازه‌ها، آن را به یک مبحث بسیار مهم و اساسی در مهندسی زلزله، سازه و ژئوتکنیک تبدیل کرده است. در ادامه مقاله به مبحث روانگرایی خاک میپردازیم.
جهت کسب اطلاعات بیشتر درباره انواع خدمات مانند: مطالعات ژئوتکنیک ، مطالعات مکانیک خاک ، آزمایشات اسفالت ،آزمایشگاه محلی ، مطالعات راهسازی ، آزمایشات spt ، آزمایشات قیر، حفاری، پایدار سازی گود ، نیلینگ ، بهسازی خاک ، طراحی گود با شرکت خاک آزما کاوش تماس بگیرید.
انواع تونل – خاک آزما – ژئوتکنیک – بتن،آسفالت،قیر – آزمایش برش مستقیم – دانه بندی – نمونه برداری – کیسون – آزمایش سه محوری – قیمت ژئوگرید –
روانگرایی خاک چیست؟
«روانگرایی خاک» یا به انگلیسی(Soil Liquefaction)، پدیده‌ای است که در حین زمین‌لرزه و بر اثر از بین رفتن مقاومت توده خاک‌های ماسه‌ای اشباع شده رخ می‌دهد.
در این نوع پدیده، بارهای جانبی ناشی از زلزله، پیوند بین ذرات را بسیار ضعیف میکند. به این ترتیب، ظرفیت باربری خاک از بین رفته سازه‌های بالای آن، به درون زمین را فرو می‌روند. خاک، ماده‌ای کامپوزیت (یعنی ترکیبی از ذرات جامد، مایع و گاز) است.
در خاک‌های اشباع، ساختار خاک فقط از ذرات جامع و مایع (اغلب آب) تشکیل میشود. روانگرایی، ترکیب خاک را تحت تاثیر قرار نمی‌دهد؛ بلکه با تغییر در ساختار آن، رفتار آن را در یک بازه زمانی بسیار کوتاه از جامد به مایع میبرد
روانگرایی خاک، ارتباط بسیار نزدیکی با پدیده زلزله دارد. در سال ۱۹۶۴ میلادی (۱۳۴۳ شمسی)، دو زلزله بسیار بزرگ در شهر نیگاتای ژاپن و آلاسکای آمریکا، سبب ایجاد روانگرایی خاک در مقیاس‌های بسیار بزرگ شدند. اثرات مخرب روانگرایی‌های ناشی از این زلزله‌ها، پژوهشگران را به مطالعه بر روی مکانیزم رخ دادن این روانگرایی واداشت.
واژه «Liquefaction»، برای نخستین بار در همین سال مورد استفاده قرار گرفت؛ چراکه طی فرآیند روانگرایی، رفتار خاک از شکل جامد (Solid) به شکل مایع (Liquid) تغییر میکند. طی مطالعات صورت گرفته بر روی دلیل رخ دادن روانگرایی، منشا این پدیده به مفهوم تنش موثرنیز ربط داده شد.
مفهوم تنش موثر چیست ؟
خاک، مجموعه‌ای از انواع ذرات جامد و ترکیبی از آب و یا هوا می باشد. برخلاف سنگ، خاک‌ها ساختاری نسبتا سست، ریز و متخلخل را دارند. با وجود ریز بودن ذرات و سست بودن ساختار های خاک‌ها، اجزای آنها به خوبی در کنار یکدیگر باقی می‌مانند.
علت تعادل ذرات خاک، «تنش موثر» یا به انگلیسی (Effective Stress) است. این تنش، بر اثر وزن و فشار ذرات جامد به وجود می‌آید و اجزای خاک را در کنار یکدیگر به خوبی نگه می‌دارد.
در ساختار خاک، فقط ذرات جامد نیستند که به یکدیگر فشار وارد میکنند. مایعات درون فضای متخلخل خاک نیز ذرات اطراف خود را بسیارتحت فشار می‌گذارند.
گسترش امواج لرزه‌ای درون خاک در هنگام زلزله، فشار آب منفذی (فشار مایعات درون حفره‌های توده خاک) را به شدت افزایش می‌دهد. به این ترتیب، ذرات جامد خاک از یکدیگرکاملا فاصله می‌گیرند.
با دور شدن ذرات و از بین رفتن سطح تماس بین آنها، تنش موثر به صفر میل میکند و از بین میرود.
در زمان از بین رفتن تنش موثر، دیگر نیرویی برای کنار هم نگه داشتن ذرات وجود ندارد. به همین علت، ذرات جامد، برای مدتی درون آب شناور می‌شوند. توده خاک نیز در این زمان، رفتاری شبیه به مواد مایع را از خود به نمایش می‌گذارد. این رفتار، جریان یافتن و تغییر شکل خاک را در پی دارد.
عوامل کنترل کننده روانگرایی خاک چه چیزی است ؟
عوامل کنترل‌کننده روانگرایی خاک، به دو گروه کلی زیر تقسیم بندی می‌شوند:
-
مشخصات زلزله:
- شتاب زلزله، بر روی خاک تاثیر کاملا مستقیم می‌گذارد. با این وجود، تغییرات بسیار زیاد آنها از زلزله‌ای به زلزله دیگر، پیش‌بینی تاریخچه‌های زمانی را کاملا دشوار میکند.
-
مشخصات خاک :
- علم زمین‌شناسی
- علم لایه‌بندی
- اطلاعات عمق سنگ بستر
- سطح آب های زیرزمینی و دیگر عوامل محیطی به همراه متغیرهای فصلی نظیر دما و غیره
- خواص بین لایه‌ها
در خاک‌های درشت‌دانه، پارامترهای کنترل‌کننده مقاومت تناوبی (معیار روانگرایی) خاک عبارت اند از:
- چگالی نسبی خاک
- ضریب بیش تحکیمی خاک
- ضریب فشار جانبی در زمین
- زمان افزایش‌یافته تحت فشار
- تاریخچه در بارهای لرزه‌ای
- روش های آماده‌سازی نمونه
- مشخصات دانه‌بندی خاک(ابعاد، شکل و توزیع)
- محتوای نرمه و خواص پلاستیکی آن
- وضعیت اشباع و سطح های آب زیرزمینی
خدمات شرکت خاک آزما کاوش مانند: مطالعات ژئوتکنیک ، مطالعات مکانیک خاک ، آزمایشات اسفالت ، آزمایشگاه محلی ، مطالعات راهسازی ، آزمایشات spt ، آزمایشات قیر، حفاری، پایدار سازی گود ، نیلینگ ، بهسازی خاک ، طراحی گود
انواع تونل – خاک آزما – ژئوتکنیک – بتن،آسفالت،قیر – آزمایش برش مستقیم – دانه بندی – نمونه برداری – کیسون – آزمایش سه محوری – قیمت ژئوگرید –
جهت کسب اطلاعات بیشتر درباره انواع خدمات مانند: مطالعات ژئوتکنیک ، مطالعات مکانیک خاک ، آزمایشات اسفالت ،آزمایشگاه محلی ، مطالعات راهسازی ، آزمایشات spt ، آزمایشات قیر، حفاری، پایدار سازی گود ، نیلینگ ، بهسازی خاک ، طراحی گود با شرکت خاک آزما کاوش تماس بگیرید.
انواع تونل – خاک آزما – ژئوتکنیک – بتن،آسفالت،قیر – آزمایش برش مستقیم – دانه بندی – نمونه برداری – کیسون – آزمایش سه محوری – قیمت ژئوگرید –
مطالعات ژئوتکنیک ، مطالعات مکانیک خاک ، آزمایشات اسفالت ،آزمایشگاه محلی ، مطالعات راهسازی ، آزمایشات spt ، آزمایشات قیر، حفاری، پایدار سازی گود ، نیلینگ ، بهسازی خاک ، طراحی گود – مطالعات ژئوتکنیک ، مطالعات مکانیک خاک ، آزمایشات اسفالت ،آزمایشگاه محلی ، مطالعات راهسازی ، آزمایشات spt ، آزمایشات قیر، حفاری، پایدار سازی گود ، نیلینگ ، بهسازی خاک ، طراحی گود – آزمایشگاه محلی
انواع تونل – خاک آزما – ژئوتکنیک – بتن،آسفالت،قیر – آزمایش برش مستقیم – دانه بندی – نمونه برداری – کیسون – آزمایش سه محوری – قیمت ژئوگرید –
