وبلاگ

(۳-۲۴)
در رابطه­ فوق، با افزایش زمان مقدار کرنش مطابق شکل ۳-۳۷ به‌صورت غیرخطی افزایش می­یابد. ضعف الگوی کلوین در بررسی پدیده­ خزش این است که کرنش آنی مجموعه را نشان نمی­دهد.
شکل ۳-۳۷: نمودار تغییر کرنش برحسب زمان تحت شرایط تنش ثابت در الگوی کلوین (هاول، ۲۰۰۴)
۳-۹-۴-۳- الگوی برگر
الگوی برگر مطابق شکل ۳-۳۸ از ترکیب سری الگوهای ماکسول و کلوین حاصل می­ شود. در این الگو، کرنش کل مجموعه از مجموع کرنش­های الگوی ماکسول و کلوین و به‌صورت رابطه­ ۳-۲۵ به دست می ­آید:
(۳-۲۵)
در این رابطه:  کرنش کل مجموعه،  تنش کل مجموعه،  و  به ترتیب خاصیت ارتجاعی فنر الگوی ماکسول و کلوین،  و  به ترتیب ویسکوزیته­ی میراگر الگوی ماکسول و کلوین می­باشد.
الگوی برگر به شکل مناسبی با رفتار ماده در قسمت خزش کشسان مطابقت دارد.
شکل ۳-۳۸: الگوی رفتاری گرانرو کشسان برگر (هاول، ۲۰۰۴)
شکل ۳-۳۹: نمودار تغییرات کرنش برحسب زمان در الگوی برگر (هاول، ۲۰۰۴)
۳-۹-۴- الگوی کشسان- گرانرو خمیری
الگوی کشسان- گرانرو خمیری مطابق شکل ۳-۴۰ از ترکیب سری یک فنر با یک مجموعه­ موازی مرکب از لغزنده و میراگر تشکیل گردیده است.
شکل ۳-۴۰: الگوی رفتاری کشسان- گرانرو خمیری (هاول، ۲۰۰۴)
به ازای مقادیر کوچک بار، رفتار ماده تقریباً کشسان فرض می­ شود. اگر مقدار بار از حدی بیش­تر گردد، چنین فرض می­ شود که در الگوی مصنوعی مربوطه، موجبات غلبه بر اصطکاک موجود در لغزنده فراهم گشته و مجموعه تمایل به تغییرشکل ماندگار و برگشت­ناپذیر دارد. به علت وجود میراگر، این تغییرشکل خمیری در طول زمان اتفاق می­افتد. درواقع غلبه بر اصطکاک موجود در لغزنده در این الگو به معنای تسلیم ماده بوده و به این­ صورت، تغییرشکل ماندگار یا خمیری در طول زمان صورت می­پذیرد. برای بررسی رفتار کشسان- گرانرو خمیری در حالت یک­بعدی، فرض می­ شود که در لحظات اولیه­ بارگذاری (زمان  )، رفتار ماده کشسان است. در این حالت تنش از رابطه­ ۳-۲۶ محاسبه می­­شود:

(۳-۲۶)
در این رابطه،  ضریب ارتجاعی ماده است. مقدار تنش  در این رابطه ممکن است از مقدار تنش  (تنش تسلیم ماده) بیش­تر یا کم­تر باشد. اگر این مقدار از  کم­تر باشد، رفتار ماده تنها کشسان بوده و هیچ­گونه کرنش ماندگار یا خمیری در مجموعه مشاهده نمی­ شود. درصورتی­که مقدار تنش بیش از  باشد، رفتار ماده بعد از لحظات اولیه­ بارگذاری، کشسان خمیری گشته و با گذشت زمان تغییرشکل خمیری بیش­تری رخ می­دهد. در این حالت تغییرشکل کل مجموعه، شامل تغییرشکل کشسان و تغییرشکل گرانرو خمیری یا ویسکوپلاستیک می­باشد. الگوی کشسان- گرانرو خمیری مواد، خصوصاً تحت بارهای متناوب، مناسب­تر از الگوهای ذکر شده قبلی است.
۳-۹-۵- مدل­های پدیدار شناختی
مشاهدات منحنی­های تجربی خزش به‌دست‌آمده از آزمایش تعدادی از نمونه­های یکسان تحت خزش یا شرایط آسودگی منجر به نظریه­ های متعددی درباره خزش شد که تحت عنوان مدل­های پدیدار شناختی شناخته می­شوند. به بیان کلی، این مدل­ها بر اساس مطالعه­ رفتار پدیدار شناختی تنش- کرنش- زمان خاک (منحنی­های تنش در مقابل کرنش آنی، کرنش در مقابل زمان و تنش در مقابل زمان) در شرایط مختلف آزمایشگاهی هستند.
ساده­ترین مدل­های پدیدار شناختی، مدل­هایی بودند که سعی در توضیح رفتار خزشی مواد خاکی داشتند. این مدل­ها سعی در مشخص کردن منحنی­های تنش- کرنش یا کرنش- زمان با رگرسیون هستند. کاربرد این مدل­ها تنها برای شرایط مشخص، امکان­ پذیر است.
۳-۹-۵-۱- کاربرد در رفتار تنش- کرنش
تاریخچه­ تنش- کرنش نقش مهمی در رفتار خزشی دارد. نوع رفتار خزشی با شرایط تنش- کرنش و شرایط مرزی مرتبط است. از این نقطه­نظر لازم است که موقعیت تنش- کرنش برای برآورد و درک رفتار خزشی، ارزیابی شود. منحنی­های تنش- کرنش رسم­شده در لحظه­ معینی از زمان در مورد رفتار تحکیمی و برشی با رابطه­ بین منحنی­های تنش- کرنش و کرنش- زمان (خزش) در لحظه­ای معین برای آزمایش­های خزش برشی در شکل ۳-۴۱ نشان داده شده است.
شکل ۳-۴۱: مثال­هایی از رفتار تنش- کرنش تحت شرایط مختلف با نشان دادن ارتباط آن­ها با منحنی­های خزش: الف) تنش- کرنش معمول برای ۱- رفتار خزشی، ۲- تحکیم؛ ب) منحنی­های مرتبط با منحنی  در زمان معین  برای آزمایش خزش برشی (مسچیان، ۱۹۹۵)
روابط زیادی بین تنش و کرنش بر اساس برآورد­ از طریق توابع تجربی توانی، نمایی، لگاریتمی، هایپربولیک و غیره وجود دارد. یکی از اولین روابط بین تنش و کرنش توسط برنولی در سال ۱۹۶۴ به‌صورت یک تابع توانی ساده مانند رابطه­ ۳-۲۷ پیشنهاد شد:
(۳-۲۷)
که در آن پارامتر  بدون بعد و بدون هرگونه مفهوم فیزیکی است، درحالی­که پارامتر  نشان­دهنده کرنش جسم در تنش  است. اطلاعات کاملی درباره این رابطه توسط رینر ارائه شده است (رینر، ۱۹۶۳). تابع توانی ۳-۲۸ توسط دوپن در سال ۱۸۱۱ ارائه شده است:
(۳-۲۸)
که در آن  و  ثابت هستند. این تابع، تغییرشکل نمونه­ها را تحت تراکم محوری و کشش توصیف می­نماید، اما برای تعیین تغییرشکل برشی نیز قابل استفاده است.
مدل­های پدیدارشناختی متعددی برای رفتار تنش- کرنش توسط پژوهشگران زیادی پیشنهاد شده است. روابط تنش- کرنش متعددی نیز مبتنی بر برآورد منحنی­های تنش- کرنش توسط مسچیان (۱۹۹۵) توصیف شده است.
۳-۹-۵-۲- کاربرد در رفتار کرنش- زمان
مطابق تنش اعمالی، امکان تقسیم ­بندی رفتار خزشی به خزش حجمی و خزش برشی وجود دارد. خزش حجمی از تنش حجمی ثابت و خزش برشی از تنش برشی ثابت، ناشی می­ شود. راه دیگری نیز برای تقسیم ­بندی رفتار خزشی وجود دارد. این تقسیم ­بندی در شکل ۳-۴۲ نشان داده شده است و بر اساس نوع رفتار کرنش- زمان می­باشد. بر اساس شکل منحنی کرنش- زمان، فرایند خزش به‌به سه مرحله­ خزش اولیه، ثانویه و مرحله­ سوم قابل تقسیم است. در طول خزش اولیه، تغییرشکل خزشی با مرور زمان کاهش می­یابد. در مرحله­ خزش ثانویه، خاک با آهنگ ثابتی جریان می­یابد. در طول مرحله­ سوم یا مرحله­ تسریع­شونده، آهنگ کرنش افزایش می­یابد و منجر به گسیختگی نمونه می­ شود. وقوع یا عدم وقوع این سه مرحله به بسیج برش بستگی دارد. اگر تنش برشی کم باشد، تنها شاهد خزش اولیه خواهیم بود. با افزایش تنش برشی شاهد وقوع خزش ثانویه و در ادامه خزش مرحله­ سوم و نهایتاً گسیختگی خزشی خواهیم بود.
شکل ۳-۴۲: مراحل خزش (هاول، ۲۰۰۴)
فصل چهارم:
مطالعات آزمایشگاهی
۴-۱- مقدمه
با توجه به مطالب مطرح شده در فصل­های قبلی، این موضوع مورد تأکید قرار گرفت که رفتار تغییرشکلی خاک، بخصوص خزش، از پارامترهای متفاوتی تأثیر می­پذیرد که مهم­ترین آن­ها، نوع، دانه­بندی، دست­خوردگی خاک، تاریخچه­ تنش، نوع و نحوه­ بار وارده، شرایط اولیه خاک (چگالی، درصد رطوبت)، سطوح تنش برشی بسیج­شده و غیره می­باشد.
خاک مورد استفاده در این تحقیق از نوع خاک ریزدانه­ی رسی است که از محوطه­ی دانشگاه محقق اردبیلی تهیه شد. ازآنجاکه خاک­های رسی تغییرشکل­های خزشی زیادی از خود نشان می­ دهند، خصوصیات خزشی آن­ها در تنش­های برشی ثابت و مختلف (افزایش مرحله­ ای) مورد بررسی قرار گرفته است.
مطالعات آزمایشگاهی انجام شده برای این پژوهش شامل سه بخش عمده است:

• • بررسی فرایند تحکیم و پارامترهای تحکیمی خاک­های مختلف ریزدانه رسی،

• • انجام آزمایش­های برش مستقیم بر روی خاک­های مختلف و ارزیابی پارامترهای مقاومتی آن­ها (چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی)،

• • انجام آزمایش­های خزش برشی بر روی خاک انتخابی که دارای بیش­ترین مقدار خزش در آزمایش­های انجام شده بود.

مراحل کلی این آزمایش­ها را می­توان به‌صورت زیر خلاصه کرد:
۱- انجام آزمایش‌های شاخص بر روی خاک عبارت‌اند از:
- دانه‌بندی
- آزمایش چگالی نسبی دانه­ها
- آزمایش حد خمیری
- آزمایش حد روانی
۲- انجام آزمایش­های تحکیم.
۳- انجام آزمایش­های برش مستقیم
۴- انجام آزمایش­های خزش برشی با دستگاه برش مستقیم. لازم به ذکر است که برای انجام این گروه از آزمایش­ها قطعه­ای الحاقی برای مسیر شدن اعمال تنش­های برشی ثابت، توسط پژوهشگر طراحی و ساخته شده است. شرح کامل این دستگاه در بخش ۴-۶-۱ آمده است.