ارزیابی تاثیر سرعت بارگذاری بر مقاومت برشی خاک مخلوط رس-ماسه در آزمایش سه محوری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده فنی و مهندسی مرند، دانشگاه تبریز، ایران

2 دانشکده عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد مرند، ایران

چکیده

رفتار مقاومتی خاک متاثر از پارامترهای مقاومتی از جمله چسبندگی خاک و زاویه اصطکاک داخلی آن است. این پارامترها تحت تأثیر عواملی نظیرِ تراکم خاک، جنس خاک، سرعت بارگذاری، درصد رطوبت، تنش محدود کننده و غیره می‌باشند. در این مقاله تاثیر سرعت بارگذاری بر رفتار مقاومت برشی خاک‌های مخلوط رُس- ماسه با استفاده از آزمایش سه محوری بررسی شده‌است. در این تحقیق از 8 نوع مصالح ترکیبیِ «رسُ:ماسه» با نسبت‌های وزنیِ 0:100، 20:80، 40:60، 60:40،70:30، 80:20، 90:10 و 100:0 استفاده شده‌است. برای بررسی تاثیر سرعت بارگذاری، نمونه‌ها تحت سرعت‌های بارگذاری غیریکنواخت شامل 0/1، 1 و 5 میلی‌متر بر دقیقه با الگوی بار تعریف شده قرار گرفته‌اند. همچنین از سه تنش محدود کننده 100، 300 و 500 کیلوپاسکال استفاده شده‌است. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که تغییر ناگهانی سرعت بارگذاری با توجه به مقدار تنش محدوده کننده، تاثیر مختلفی بر روی مقاومت نمونه‌های با ترکیب‌های مختلف رس-ماسه دارد. تغییرات تنش انحرافی و همینطور شیب منحنی تنش- کرنش، در لحظه‌ی تغییر ناگهانی سرعت بارگذاری به مقدار مصالح دانه‌ای (درصد ماسه) موجود درخاک مخلوط بستگی دارد. بعبارتی دیگر، تغییرات تنش انحرافی و شیب منحنی تنش-کرنش با  مقدار ماسه از یک حد به بعد رابطه‌ی مستقیم دارد. این مقدار حدی ماسه برای تنش‌های محدود کننده کم (100 کیلو پاسکال)، 40 درصد و برای تنش‌های محدود کننده بیشتر (300 و 500 کیلو پاسکال)، 20 درصد است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation of loading rate effect on the shear strength of clay-sand mixture in triaxial test

نویسندگان [English]

  • Javad Ghaffari 1
  • Reza Binay 2
1 Department of Civil Engineering, Marand Technical College, University of Tabriz, Tabriz,Iran
2 Master of Geotechnical Engineering, Islamic Azad University, Marand Branch, Marand, Iran
چکیده [English]

The strength behavior of soil is affected by strength parameters including soil cohesion and its internal friction angle. These parameters are influenced by factors such as soil density, soil type, loading rate, moisture content, confining pressure and Etc. In this paper, the effect of loading rate on the shear strength behavior of clay-sand mixtures is investigated using the triaxial test. In this research, 8 types of "clay:sand" composite materials with weight ratios of 100:0, 80:20, 60:40, 40:60, 30:70, 20:80, 10:90 and 0:100 were used. To investigate the effect of loading rate, samples were subjected to non-uniform loading rates of 0.1, 1, and 5 mm/min with a defined load pattern. In this study, three confining pressures of 100, 300, and 500 kPa were used. The results of this study show that, depending on the amount of confining pressure, the sudden change in loading rate has different effects on the strength of samples with different percentages of clay-sand combination. Deviator stress variations, as well as the slope of the stress-strain curve, depending on the amount of sand at the moment of a sudden change in loading rate. In other words, changes in deviator stress and slope of the stress-strain curve are directly related to the amount of sand from one limit to the next. This limit of sand is 40% for low confining pressure (100 kPa) and 20% for higher confining pressure (300 and 500 kPa).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Strength Behavior of Soil
  • Loading Rate
  • Triaxial Test
  • Clay-Sand Mixture
  • Confining Pressure

مراجع

[1] F. Tatsuoka, F. Santucci de Magistris, K. Hayano, Y. Momoya, J. Koseki, Some new aspects of time effects on the stress-strain behaviour of stiff geomaterials, Keynote Lecture, The Geotechnics of Hard Soils–Soft Rocks, Proceedings of the Second International Conference on HSSR, Napoli, Balkema, (2000) 1285-1371.
[2] F. Tatsuoka, Inelastic deformation characteristics of geomaterial, Spaecial Lecture, Soil Stress-Strain Behavior: Measurement, Modeling and analysis, Proc. Geotechnical Symposium in Roma, Roma, (2007) 1-108.
[3] L.A. Oldecop, E.E. Alonso, Theoretical investigation of the time-dependent behaviour of rockfill, Geotechnique, 57(3) (2007) 289-301.
[4] R. Jardine, J.R. Standing, N. Kovacevic, Lessones learned from full scale observations and the practical application of advanced testing and modelling, Keynote Lecture, Deformation Characterization of Geomaterials, Proc. IS Lyon 2003, (2005) 201-245.
[5] F. Tatsuoka, H. Di Benedetto, T. Enemoto, S. Kawabe, W. Kongkitkul, Various viscosity types of geomaterial in shear and their mathematical expression, Soils and Foundations, 48(1) (2008) 41-60.
[6] F. Tatsuoka, H. Di Benedetto, W. Kongkitkul, L. Kongsukprasert, T. Nishi, Modelling of ageing effects on the elastoviscoplastic behaviour of geomaterial, Soils and Foundations, 48(2) (2008) 155-174.
[7] K. Watanabe, O. Kusakabe, Reappraisal of loading rate effects on sand behavior in view of seismic design for pile foundation, Soils and Foundations, 53(2) (2013) 215–231.           
[8] S. M. Mir Mohammad Hosseini, S. Abrishami, T‌he i‌n‌f‌l‌u‌e‌n‌c‌e o‌f l‌o‌a‌d‌i‌n‌g r‌a‌t‌e o‌n t‌h‌e b‌e‌a‌r‌i‌n‌g c‌a‌p‌a‌c‌i‌t‌y o‌f s‌t‌r‌i‌p f‌o‌o‌t‌i‌n‌g‌s r‌e‌s‌t‌i‌n‌g o‌n g‌e‌o‌g‌r‌i‌d r‌e‌i‌n‌f‌o‌r‌c‌e‌d s‌a‌n‌d, Sharif Civil Engineering Journal, 28(1) (2012) 39-47. (In Persian)
[9] J. A. Yamamuro, A. E. Abrantes, Behavior of medium sand under very high strain rates, Geomechanics: Testing, Modeling, and Simulation, GSP 143, (2005) 61-70.
[10] K. Anim, A. Fakhimi, Effect of strain rate on the shear strength of questa rock pile materials, American Rock Mechanics Association, (2012).
[11] M. Abedi, S. Sh. Yasrobi, Effect of  plastic fines on the instability of sands, soil dynamics and earthquake engineering, 30(3) (2010) 61-67.
[12] M. K. Jafari, A. Shafiee, Mechanical behavior of compacted composite clays, Canadian Geotechnical Journal, 41(6) (2004) 1152-1167.
[13] M. K. Tabari, A. TaghaviGhalesari, A. J. Choobbasti, M. Afzalirad, Large-scale experimental investigation of strength properties of composite clay, Geotechnical and Geological Engineering,  37(6) (2019) 5061-5075.
[14] D. S. Xu, H. B. Liu, R. Rui, Y. Gao, Cyclic and postcyclic simple shear behavior of binary sand-gravel mixtures with various gravel contents, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 123 (2019) 230-241.
[15] A. Duttine, F. Tatsuoka, Viscous properties of granular materials having different particle shape in direct shear, Soils and Foundations, 49(5) (2009) 777-796.
[16] A. Duttine, F. Tatsuoka, J. Lee, W. Kongkitkul, Viscous properties of toyoura sand over a wide range of strain rate and its model simulation, Soils and Foundations, 49(2) (2009) 231-247.
[17] D. Pham Van Bang, H. Di Benedetto, A. Duttine, A. Ezaoui, Viscous behaviour of  dry sand,  International  Journal  for  Numerical  and  Analytical  Methods  in Geomechanics, 31 (15) (2007) 1631-1658.
[18] ASTM D698, Standard test method for laboratory compaction characteristics of using standard effort. ASTM Int, West Conshohocken, (2003).
[19] L. E. Vallejo, R. Mawby, Porosity infuence on the shear strength of granular material-clay mixtures, Engineering Geology, 58 (2000) 125-136.
[20] A. Casagrande, W. L. Shannon, Stress-deformation and strength characteristics of soils under dynamic loads, In Proceedings of the Second International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Rotterdam, (1948) 29-34.
[21] H.B. Seed, R. Lundgren, Investigation of the effect of transient loading on the strength and deformation characteristics of saturated sands. Proceedings of American Society for Testing and Materials, 54 (1954) 1288–1306.
[22] J. A. Yamamuro, A. E. Abrantes, P. V. Lade, Effect of strain rate on the stress-strain behavior of sand, Journal  of  Geotechnical and  Geoenvironmental  Engineering, 137(12) (2011) 1169-1178.
[23] J. S. Svoboda, J. S. McCartney, Shearing rate effects on dense sand and compacted clay, Dynamic Behavior of Materials, 1 (2014) 389-395.
[24] W. Mun, T. Teixeira, M. C. Balci, J. Svoboda, J. S. McCartney, Rate effects on the undrained shear strength of compacted clay, Soils and Foundations, 56(4) (2016) 719-731.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 53، شماره 4
تیر 1400
صفحه 1591-1606

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار