مقاله در مورد مکانیک خاک

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:5

 فهرست مطالب

مکانیک خاک

دید کلی

تاریخچه سیر تحولی و رشدمباحث کلی مکانیک خاک

خواص فیزیکی ، شیمیایی و کانی شناسی

خاکها

خواص مکانیکی خاکها

کاربرد مکانیک خاک

رابطه مکانیک خاک با سایر علوم

در علوم مهندسی ، خاک مخلوط غیر یکپارچه‌ای از دانه‌های کانیها و مواد آلی فاسد شده می‌باشد که فضای خالی بین آنها توسط آب و هوا (گازها) اشغال شده است. خاک به عنوان مصالح ساختمانی در طرح‌های مهمی در مهندسی عمران بکار گرفته می‌شود و همچنین شالوده اکثر سازه‌ها بر روی آن متکی است.

بنابراین مهندسان عمران باید بخوبی خواص خاک از قبیل مبدا پیدایش ، دانه بندی ، قابلیت زهکشی آب ، نشست ، مقاومت برشی ، ظرفیت باربری و غیره را مطالعه نمایند. مکانیک خاک شاخه‌ای از علوم مهندسی است که به مطالعه مشخصات فیزیکی و رفتار توده خاکی تحت بارهای وارده می‌پردازد. مهندسی پی ، کاربرد اصول مکانیک خاک در مسائل عملی است.

تاریخچه عملیات خاکی را می‌توان به دوره‌های دور تاریخ بشری نسبت داد و آن را با قدمت پیدایش شهرنشینی یکی دانست. حفر قناتها ، کانالهای آبرسانی ، ایجاد پلها و سدهای محکم و سایر بناهایی که آثار آنها در کشورهای دنیا از ده‌ها قرن قبل تا کنون به یادگار مانده است، همه از مواردی است که به نحوی با عملیات خاکی ارتباط دارد.

مقاله - خاک و مکانیک خاک

لینک دانلود "  MIMI file " پایین همین صفحه 

تعداد صفحات :  " 41 "

فرمت فایل : " word "

فهرست مطالب :

  خاک

دید کلی

عوامل موثر در تشکیل خاک

سنگ‌های اولیه یا سنگ مادر

ارگانیسم

زمان

آب و هوا

توپوگرافی محل تشکیل خاک

مواد تشکیل دهنده خاک‌ها

موجودات زنده در خاک‌ها 

آب موجود در خاک‌ها 

هوای موجود در خاک

تقسیم‌بندی خاک‌ها از لحاظ سنگ‌های تشکیل دهنده

خاک رسی

خاک‌های سیلتی

خاک‌های ماسه‌ای

خاک‌های اسکلتی

نیم‌رخ عمومی خاک‌ها

رفتار خاک در برابر زمین

تقسیم بندی خاکها بر اساس پاسخ به حرکات سنگ بستر

نشست و آبگونگی

نشست حاصل از تراکم

پدیده روانگرایی

عوامل امکان آبگونگی

دانه بندی

شرایط آب زیرزمینی 

طبقه بندی خاک

مقدمه

خاک چیست؟

انواع خاکها در سیستم طبقه بندی خاکهای ایالات متحده

فرآیندهای تشکیل انواع خاک

دید کلی

تشکیل خاک خاکستری یا سفید (podsolization یا Spodsolization)

لاتریت زایی (Oxisolation)

کلسیتی شدن (Caicification)

نمک زائی (Salinization)

تشکیل خاک رس (Gleization)

اقلیمهای ایده‌آل برای تشکیل خاک رس

نقش حوضچه و یا آبگیر در تشکیل خاک رس

تشکیل خاک وارونه (Invertization)

ورتی سول

خاکهای شور و قلیا

دید کلی

ساختمان خاکهای شور و قلیا

کانیهای رسی خاکهای شور و قلیایی

ساختار خاک

اجزا اصلی خاک

پروفیل یا نیمرخ خاک

ساختمان خاک

انواع ساختمانهای خاک

ساختمان بشقابی

ساختمانهای ستونی و منشوری

ساختمانهای مکعبی و فندقی

ساختمانهای کروی (دانه‌ای یا اسفنجی)

تقسیم بندی خاک از لحاظ سنگهای تشکیل دهنده

دید کلی

خاک رسی

خاک سیلیتی

خاک ماسه‌ای

خاک اسکلتی

ترکیب خاک

افقهای خاک

افقC

افقB

افقA

انواع مهم خاکها

لاتریت (Laterite)

چرنوزوم (Chernozom)

پودزول (Podsol)

راندزین (Rendzine)

رانکر (Ranker)

مکانیک خاک

دید کلی

تاریخچه سیر تحولی و رشد

مباحث کلی مکانیک خاک

خواص فیزیکی و شیمیایی خاک

ترکیب کانی شناسی دانه‌ها 

خاصیت مویینگی

نیروهای دافعه و جاذبه بین ذرات

خواص مکانیکی خاکها

بخشی از  فایل  :

خاک‌ها مخلوطی از مواد معدنی و آلی می‌باشند که از تجزیه و تخریب سنگ‌ها در نتیجه هوازدگی بوجود می‌آیند که البته نوع و ترکیب خاک‌ها در مناطق مختلف بر حسب شرایط ناحیه فرق می‌کند. مقدار آبی که خاک‌ها می‌توانند بخود جذب کنند. از نظر کشاورزی و همچنین در کارخانه‌های راه‌سازی و ساختمانی دارای اهمیت بسیاری است که البته این مقدار در درجه اول بستگی به اندازه دانه‌های خاک دارد.

هرچه دانه خاک ریزتر باشد، آب بیشتری را به خود جذب می‌کند که این خصوصیت برای کارهای ساختمان‌سازی مناسب نیست. بطور کلی خاک خوب و حد واسط از دانه‌های ریز و درشت تشکیل یافته است. تشکیل خاک‌ها به گذشت زمان ، مقاومت سنگ اولیه یا سنگ مادر ، آب و هوا ، فعالیت موجودات زنده و بالاخره توپوگرافی ناحیه‌ای که خاک در آن تشکیل می‌شود بستگی دارد.

عوامل موثر در تشکیل خاک

سنگ‌های اولیه یا سنگ مادر :

کمیت و کیفیت خاک‌های حاصل از سنگ‌های مختلف اعم از سنگهای آذرین ، رسوبی و دگرگونی به کانی‌های تشکیل دهنده سنگ ، آب و هوا و عوامل دیگر بستگی دارد. خاک حاصل از تخریب کامل سیلیکاتهای دارای آلومینیوم و همچنین سنگهای فسفاتی از لحاظ صنعتی و کشاورزی ارزش زیادی دارد. در صورتیکه خاک‌هایی که از تخریب سنگ‌های دارای کانی‌های مقاوم (از قبیل کوارتز و غیره) در اثر تخریب شیمیایی پدید آمده‌اند و غالبا شنی و ماسه‌ای می‌باشند فاقد ارزش کشاورزی می‌باشند.

ارگانیسم :

تمایز انواع خاک‌ها از نقطه نظر کشاورزی به نوع و مقدار مواد آلی (ازت و کربن) موجود در آن بستگی دارد. نیتروژن موجود در اتمسفر بطور مستقیم قابل استفاده برای گیاهان نمی‌باشد. بلکه ترکیبات نیتروژن‌دار لازم برای رشد گیاهان باید به شکل قابل حل در خاک وجود داشته باشد که این عمل در خاک‌ها بوسیله برخی از گیاهان و باکتری‌ها انجام می‌شود. خاک‌ها معمولا دارای یک نوع مواد آلی کربن‌دار تیره رنگی هستند که هوموس نامیده می‌شوند و از بقایای گیاهان بوجود می‌آید.

زمان :

هر قدر مدت عمل تخریب کانی‌ها و سنگ‌ها بیشتر باشد عمل تخریب فیزیکی و شیمیایی کاملتر انجام می‌گیرد. زمان تخریب کامل بسته به نوع سنگ ، ساخت و بافت سنگ‌ها و نیز ترکیب و خاصیت تورق کانی‌ها متفاوت می‌باشد ولی بطور کلی سنگهای رسوبی خیلی زودتر تجزیه شده و به خاک تبدیل می‌شوند، در صورتیکه سنگهای آذرین مدت زمان بیشتری لازم دارند تا تجزیه کامل در آنها صورت گرفته و به خاک تبدیل گردند.

آب و هوا :

وفور آب‌های نفوذی و عوامل آب و هوا از قبیل حرارت ، رطوبت و غیره در کیفیت خاک‌ها اثر بسزایی دارند. جریان آبهای جاری بخصوص در زمین‌های شیب‌دار موجب شستشوی خاک‌ها می‌شوند و با تکرار این عمل مقدار مواد معدنی و آلی بتدریج تقلیل می‌یابد. اثر تخریبی اتمسفر همانطور که قبلا بیان گردید روی برخی از کانی‌ها موثر و عمیق می‌باشد و هر قدر رطوبت همراه با حرارت زیادتر باشد شدت تخریب نیز بیشتر می‌گردد.

توپوگرافی محل تشکیل خاک :

اگر محلی که خاک‌ها تشکیل می‌شوند دارای شیب تند باشد در نتیجه مواد تخریب شده ممکن است بوسیله آبهای جاری و یا عامل دیگری خیلی زود بسادگی از محل خود بجای دیگری حمل گردند و یا شستشو بوسیله آبهای جاری و یا عامل دیگری خیلی زود بسادگی از محل خود بجای دیگری حمل گردند و یا شستشو بوسیله آبهای جاری باعث تقلیل مواد معدنی و آلی خاک‌ها شود در نتیجه این منطقه خاک‌های خوب تشکیل نخواهند شد. ولی برعکس در محل‌های صاف و مسطح که مواد تخریب شده بسادگی نمی‌توانند به جای دیگری حمل شوند فرصت کافی وجود داشته و فعل و انفعالات بصورت کامل انجام می‌پذیرد.

مواد تشکیل دهنده خاک‌ها

موادی که خاک‌ها را تشکیل می‌دهند به چهار قسمت تقسیم می‌شوند :

مواد سخت : مواد سخت را ترکیبات معدنی تشکیل می‌دهند ولی ممکن است دارای مقداری مواد آلی نیز باشند. البته این ترکیبات معدنی از تخریب سنگ‌های اولیه یا سنگ مادر حاصل شده‌اند که گاهی اوقات همراه با مواد تازه کلوئیدی و نمک‌ها می‌باشند.

موجودات زنده در خاک‌ها :

تغییراتی که در خاک‌ها انجام می‌پذیرد بوسیله موجودات زنده در خاک انجام می‌گیرد. قبل از همه ریشه گیاهان ، باکتری‌ها ، قارچها ، کرم‌ها و بالاخره حلزون‌ها در این تغییرات شرکت دارند.

پاورپوینت تهیه گزارش کار آزمایشگاه مکانیک خاک

فرمت فایل : power point  (قابل ویرایش) تعداد اسلاید  : 10 اسلاید

آزمایشگاه مکانیک خاک

 تئوری آزمایش :

 به کمک این آزمایش مقاومت برشی خاک در یک رطوبت و وزن مخصوص معین ، مشخص می شود.

عدد CBR (نسبت باربری کالیفرنیا) بنا به تعریف بار استفاده شده برای فرورفتن و نفوذ یک سنبه استاندارد به میزان معین در یک نمونه مورد آزمایش به مقدار بار استاندارد برای همان نفوذ است.

میزان نفوذ برای سنبه استاندارد معمولا 0.1 اینچ است.

این آزمایش را برای نمونه خاک موجود در آزمایشگاه انجام می دهیم و نتایج را بیان می کنیم. توضیحات کافی در مورد دستگاه CBR و تئوری آزمایش در کتب مکانیک خاک موجود می باشد.

•برای اندازه گرفتن مقدار نیرو دو وزنه سرباره را بر روی استوانه پر از خاک قرار می دهیم. 

پاورپوینت-مکانیک خاک پیشرفته و انواع آزمایشات خاک- در 150 اسلاید-powerpoint-ppt

فیزیک تنش موثردر خاک اشباع:

خاک یک محیط سه فازه شامل ذرات جامد، آب و فضای خالی یا هوا می باشد. دو دانه خاک در حالت آرمانی به صورت دو کره نمایش داده می شود. اعمال بار بر دانه ها، افزایش فشار آب منفذی را در مرز آنها یعنی صفحه    را پی دارد، که این نیرو توسط دو بخش جامد و مایع تحمل می شود (عموماٌ از فشار هوا صرفنظر می شود).

رابطه تعادل نیروها:

1 : معرفی مدل رفتاری هذلولی Duncan&Chang مورد استفاده برنامهFeadam  

    این مدل ابتدا توسط Kondner (1963) مطرح گردید و سپس توسط  Duncan وChang  (1970) تکمیل گردید. نقطه شروع برای تعریف این مدل ارتباط هذلولی بین تنش و کرنش می باشد. این رابطه بصورت زیر است :

           (1)                                                                                                  

در این رابطه مدول مماسی اولیه می باشد.

سطح شکست بر اساس معیار موهرکولمب بصورت زیر است:

         (2)                                      

         (3)                                                                                                                                                                                                       

این مدل می تواند کاهش زاویه اصطکاک داخلی مصالح ناشی از افزایش تنش ایزوتروپیک را بصورت زیر رد نظر بگیرد :

          (4)                                                                                                                        

 کاهش زاویه اصطکاک داخلی ناشی از 10 مرتبه افزایش در تنش موثر میانگین می باشد.

مدول مماسی  در هر نقطه روی منحنی می تواند از رابطه زیر محاسبه گردد:

               (5)                                                                                                                          

در این رابطه  سطح تنش است که بصورت زیر تعریف می شود:

         (6)                                                                                                                                                                                                                       

مدول مماسی اولیه می تواند بصورت زیر با تغییرات تنش موثر میانگین تغییر یابد:

         (7)                                                       

در این رابطه توان وابستگی مدول مماسی اولیه به سطح تنش و فشار اتمسفر است.

این توان بسته به نوع خاک می تواند از حدود 5/0 تا 1 تغییر یابد. مقادیر بیشتر برای خاکهای ریزدانه تر می باشد                                

مدول مماسی در هر نقطه و در سطح تنش از روابط بالا می تواند بصورت زیر بدست آید:

           (8)                                                                                                                                   

مدول باربرداری و بارگذاری مجدد نیز به تنش موثر میانگین وابسته است.

           (9)                                                                                                                                                                                       

که در حدود 2/1 تا 3 برابر مدول مماسی اولیه است.که معمولا     حدود 1.2 تا 3 برابر    می باشد که معمولا     حدود 1.2 تا 3 برابر    می باشد که معمولا     حدود 1.2 تا 3 برابر    می باشد که معمولا     حدود 1.2 تا 3 برابر    می باشد که معمولا     حدود 1.2 تا 3 برابر    می باشد که معمولا     حدود 1.2 تا 3 برابر    می باشد

این مدل برای در نظرگرفتن کرنشهای حجمی مدول بالک خاک را بصورت زیر تعریف می نماید :

          (10)              

  2 : مدل رفتاری سخت شوندگی موجود در نرم افزار PLAXIS

    برعکس مدل رفتاری پلاستیک کامل که سطح تسلیم در فضای تنش ها ثابت است در این مدل رفتاری سطح تسلیم می تواند بعلت کرنشهای پلاستیک بزرگترشود. باید توجه داشت که بین رفتار سخت شوندگی خاک تحت برش و یا تحت فشار همه جانبه(بارگذاری تحکیمی) تفاوت وجود دارد. سخت شوندگی برشی برای مدل کردن کرنشهای برگشت ناپذیر در اثر بارگذاری تفاضلی اولیه است و سخت شوندگی فشاری برای برای مدل کردن کرنشهای پلاستیک برگشت ناپذیر در اثر بارگذاری فشاری اولیه در بارگذاری ایزوتروپیک و ادئومتریک است. در این مدل هر دو نوع رفتار سخت شوندگی دیده شده است. این مدل رفتاری، مدل پیشرفته ای برای مدل سازی رفتار هر دو نوع خاک نرم و سخت می باشد     (Schanz، 1998).

    وقتی که خاک تحت برش قرار می گیرد سختی آن کاهش می یابد و در نتیجه کرنشهای پلاستیک گسترش می یابد. در حالت خاصی از آزمایش سه محوری, بین کرنشهای محوری و تنش انحرافی یک رابطه هذلولی (بطور تقریبی) می توان فرض کرد که این مدل ابتدا توسط konder (1963) فرموله شد و سپس Duncan و Chang (1970)، مدل معروف هذلولی را ارائه دادند.

    این مدل رفتاری (سخت شونده) می تواند بطور کامل جایگزین مدل قبلی گردد. زیرا اولاً از تئوری پلاستیسیته استفاده شده است. ثانیاً اثرات تغییر حجم خاک در اثر اتساع در آن منظور شده و ثالثاً یک کلاهک تسلیم (yield cap) برای مدل معرفی شده است.

 بعضی پارامترهای اساسی مدل به قرار ذیل است:

- پارامتر ورودیm : سختی وابسته به تنش در قانون توانی

- پارامتر ورودی : سختی در 50 % مقاومت در بارگذاری انحرافی در فشار مبنا

- پارامتر ورودی: مدول مماسی برای بارگذاری تحکیمی (ادئومتری)

 - پارامترهای ورودی   و υur : مدول الاستیسیته باربرداری و بارگذاری

 - خرابی بر طبق مدل کلمب پارامتر ورودی :پارامترهای مدل موهر- کولمب ، ،

- نکته مهم در این مدل رفتاری وابستگی سختی به سطح تنش می باشد. برای بارگذاری تحکیمی(ادئومتری) می توان مدلی بصورت ذیل تعریف نمود :

    که p فشار است. برای خاکهای نرم خاصی می توان حالت ایده آل1m=  را بکار برد. همچنین در این حالت یک رابطه ساده بین شاخص فشردگی اصلاح شده*λ و مدول بارگذاری ادئومتری وجود دارد که به صورت زیر است:

                     ) ) 1+eo ( / λ  = *λ (                 *λ Eoed= Pref/

که  فشار مبناء (اتمسفر) است. در این جا مدول ادئومتری مماسی در یک فشار مبناء بخصوصی فرض کرده ایم. از این رو منحنی بارگذاری اولیه وابسته به شاخص فشردگی)*λ)  است. مشابهاً مدول باربرداری و بارگذاری مجدد به شاخص تورم اصلاح شده *k مرتبط است که به صورت زیر تعریف می شود:

) ) 1+eo ( / k  = * k (                      *k = Pref(1-2 υur)/      

این رابطه برای پارامتر ورودی با مقدار1 کاربرد دارد.

2-1: رفتار سهموی برای آزمایش بارگذاری سه محوری استاندارد

     یک ایده مبناء برای فرمول بندی رفتار سخت شوندگی رابطه سهموی بین کرنش محوری   و تنش  انحرافی  در بارگذاری سه محوری می باشد. خاک درآزمایش سه محوری تمایل دارد که منحنی تسلیم مطابق ذیل از خود نشان دهد.

        (11)     برای:                  

    که  مجانب منحنی مقاومت برشی می باشدکه این رابطه در شکل  (1) رسم شده است.

شکل (1) : تعریف و

که در آن مدول سختی وابسته به تنش محدود کننده می باشد که توسط رابطه ذیل قابل محاسبه است:E50ref E50ref

                (12)                                                      

: مدول مبنا و فشار مبنا می باشد باید توجه کرد که در حالت فشاری با علامت منفی منظور می شود.

 در برنامه  plaxis  پیش فرض  مقدار  kN/m2 100 =  می باشد. برای شبیه سازی وابستگی تنش به مقدار m ، در رسهای نرم1 m= و برای  ماسه نروژ 5/0 m=  توسط Janbu (1963) انتخاب شده است. Soos  Von (1980) مقدار m بین 5/0 و 1 پیشنهاد شده است. تنش انحرافی نهایی و مقدار  در معادله (11) مطابق رابطه ذیل تعریف می شود. :

  (13)      برای :                       

دوباره یادآوری می شود که معمولاً   منفی است. از رابطه بالا برای ،  از معیار خرابی موهر-کلمب که دارای پارامتر های مقاومتیc و بوده بدست می آید. وقتی می شود معیار خرابی ارضاء می شود. حالت تسلیم پلاستیک کامل توصیف شده  توسط مدل موهر-کلمب روی می دهد.  رابطه بینو توسط نسبت خرابی بیان می شود که الزاماً باید کمتر از 1 باشد. در برنامه plaxis پیش فرض ضریبمقدار9/0 می باشد.

برای مسیر تنش در حالت باربرداری و بارگذاری مجدد رابطه دیگری بصورت ذیل تعریف می شود:

          (14)                                                         مدل یانگ مبناء برای باربرداری و با گذاری مجدد، بر اساس فشار مبناء است. در بسیاری از موارد می توان فرض کرد که=3که این حالت پیش فرض برنامه plaxis می باشد.

2-2 : تقریب سازی هذلولی با مدل رفتاری سخت شوندگی

   به خاطر راحتی و وجود محدودیتهایی شرایط بارگذاری آزمایش سه محوری با است و تنش فشاری اصلی خواهد بود. همانند آنچه که در شکل (2) نشان داده شده، بهتر است که تنش و کرنش فشاری مثبت در نظرگرفته شود. برای نمایش عمومی تر مدل رفتار سخت شوندگی خاک به مقالهSchanz و همکارانش (1999) مراجعه شود. در این بخش نشان داده خواهد شد که در واقع در این مدل، مسیر تنش فرضی در آزمایش سه محوری زهکشی شده استاندارد با معادله (4-15) بیان می شود. اجازه بدهید،که ابتدا کرنشهای پلاستیک مربوطه را در نظر بگیریم. این اصل از یک تابع تسلیم بصورت ذیل بدست می آید:

           (15)                                                                                          

که تابع تنش و تابع کرنشهای پلاستیک است:

شکل (2) : رابطه تنش کرنش هذلولی در بارگذاری آزمایش سه محوری زهکشی شده استاندارد

             (16)                                                                                                      

   برای خاکهای سخت کرنش حجمی پلاستیک  تمایل به کوچک شدن دارد.لذا به طور تقریبی در نظر گرفته می شود.

    نکته مهم در تعریف بالادر مورد کرنش سخت شوندگی  این است که با رابطه معروف هذلولی قابل تطبیق است. حالت مطلوبتر برای تعریف آن است که بر معادله رفتاری معروف به مدل هذلولی

خواص مکانیکی خاک

پاورپوینت خواص مکانیکی خاک به زبان فارسی و در ۵۰ اسلاید تهیه شده است .موضوعات اشاره شده :‌مقاومت برشیاصطکاکچسبندگیقانون موهر- کولنپوش گسیختگی در خاک
Soil Failure Envelopeروشهای اندازه گیری مقاومت برشیتست سه محوریاندازه گیری مقاومت برشی به روش صحراییاثر رطوبت بر اصطکاک ظاهریبررسی مکانیک ابزار خاکورزیرابطه بین سرعت و مقاومت برشی خاکشکل پذیری در خاکهامراحل خشک شدن خاک های شکل پذیرخمیرایی خاک هارابطه بین مقاومت شکستگی خاک و رقم خمیرایی و رطوبترابطه بین سرعت و وزن مورد نیاز وارد بر چرخروش های اندازه گیری لغزشعوامل موثر بر لغزشاثر رطوبت بر فشردگیعوارض فشردگیروش های کاهش خسارت به خاک