آزمایش های تعیین روانگرایی خاک کدام هستند ؟

آزمایش‌های ارزیابی روانگرایی خاک به دو گروه آزمون‌های آزمایشگاهی و برجا تقسیم می‌شوند. از روش‌های متداول در این دو گروه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• آزمون‌های آزمایشگاهی روانگرایی خاک
  • آزمایش سه محوری تناوبی
  • آزمایش برش ساده تناوبی
  • آزمایش سه محوری با دستگاه دانمارکی
  • آزمایش میز لرزان
  • آزمایش استوانه توخالی پیچشی
  • آزمایش ستون تشدید

• آزمون‌های برجا روانگرایی خاک
  • آزمایش نفوذ استاندارد
  • آزمایش نفوذ مخروط
  • آزمایش سرعت موج برشی
  • آزمایش نفوذ دینامیک مخروط

آزمایش سه محوری تناوبی برای تعیین پتانسیل روانگرایی

آزمایش سه محوری تناوبی» (Cyclic Triaxial Test)، از روش‌های آزمایشگاهی برای تعیین پتانسیل روانگرایی (مقاومت تناوبی) خاک‌های اشباع است. در این آزمایش، یک نمونه استوانه‌‌ای با ابعاد مشخص درون غشای لاستیکی قرار می‌گیرد. پس از اشباع و تحکیم نمونه، بار تناوبی به آن اعمال می‌شود. با مشاهده حالت شکست روانگرایی، مقاومت تناوبی و پتانسیل روانگرایی نمونه به دست می‌آید.

آزمایش برش ساده تناوبی برای تعیین پتانسیل روانگرایی

«آزمایش برش ساده تناوبی» (Cyclic Simple Shear Test)، از دیگر آزمون‌های آزمایشگاهی است که خروجی آن، امکان ارزیابی پتانسیل روانگرایی را در شرایط زهکشی شده با حجم ثابت فراهم می‌کند. اجرای آزمایش برش ساده تناوبی طی آماده‌سازی نمونه، اشباع، تحکیم یکنواخت، بارگذاری تناوبی و توقف بارگذاری با رسیدن به تنش برشی حداکثر انجام می‌گیرد. پس از اتمام آزمایش، نمودار بار جانبی به جابجایی جانبی رسم شده و نمودار برای تعیین و تخمین پارامترهای مورد نظر تفسیر می‌شود.

آزمایش سه محوری با دستگاه دانمارکی برای تعیین پتانسیل روانگرایی

«آزمایش سه محوری» (Triaxial Test)، یکی از شناخته شده‌ترین و پرکاربردترین آزمون‌های آزمایشگاه مکانیک خاک و مکانیک سنگ است. در صورت اجرای آزمایش سه محوری در شرایط انتهای آزاد توسط دستگاه ارتقا یافته دانمارکی، امکان مطالعه پدیده روانگرایی فراهم می‌شود. در مطلب «آزمایش سه محوری — آشنایی با آزمایش‌های مکانیک خاک و سنگ»، نحوه اجرای این آزمون و دستگاه مورد استفاده در آن را مورد بررسی قرار داده‌ایم.

آزمایش میز لرزان برای تعیین پتانسیل روانگرایی

از دیگر آزمون‌های آزمایشگاهی قابل اجرا برای مطالعه رفتار خاک در حین رخ دادن پدیده روانگرایی، آزمایش میز لرزان است. این آزمون، حرکت زمین در هنگام زمین‌لرزه را شبیه‌سازی می‌کند. میز لرزان، به منظور بررسی رفتار سازه‌ها، عضوهای سازه‌ای و شیب‌ها در فرکانس‌های مختلف امواج لرزه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. نتایج این آزمایش، در بسیاری از مسائل مرتبط با مهندسی سازه، از جمله روانگرایی کاربرد دارد.

آزمایش‌های تعیین پارامترهای مورد استفاده در ارزیابی پتانسیل روانگرایی، به موارد معرفی شده در این بخش محدود نمی‌شوند. «آزمایش استوانه توخالی پیچشی» (Torsional Hollow Cylinder Test) و «آزمایش ستون تشدید» (Torsional Hollow Cylinder)، از دیگر روش‌های آزمایشگاهی پرکاربرد برای محاسبه پارامترهای روانگرایی هستند.

آزمایش نفوذ استاندارد برای تعیین پتانسیل روانگرایی

«آزمایش نفوذ استاندارد» (Standard Penetration Test) یا «SPT»، مطمئن‌ترین روش برای محاسبه استعداد روانگرایی خاک به صورت برجا است. SPT، یکی از روش‌های آزمایش دینامیک خاک با کرنش بالا به شمار می‌رود. در این روش، لوله‌ی ضخیم با ابعاد مشخص، در یک گمانه قرار می‌گیرد و توسط ضربه‌های چکشی با وزن معلوم، به درون زمین رانده می‌شود. با نفوذ لوله به اندازه ۱۵ سانتی‌متر، تعداد ضربه‌های چکش را می‌شمارند و ثبت می‌کنند. این فرآیند را برای نفوذ ۳۰ سانتی‌متری و ۴۵ سانتی‌متری نیز انجام می‌دهند. تعداد ضربه‌ها در باز‌های ۱۵ سانتی‌متری، به عنوان معیاری برای ارزیابی چگالی خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

آزمایش های تعیین روانگرایی خاک

در سال ۱۹۶۷ میلادی (۱۳۴۶ شمسی)، «هری سید» (Harry Seed) و «تی. لزلی یود» (T. Leslie Youd)، یک روش نیمه تجربی ساده شده برای تعیین پتانسیل روانگرایی در ماسه‌های سست بر اساس آزمایش نفوذ استاندارد ارائه دادند. این روش، بر مبنای مشاهده و ثبت داده‌های مربوط به محل‌های رخداد روانگرایی و ارزیابی نتایج آزمایش SPT به همراه تنش‌های برشی القایی در هنگام رخداد زلزله است. در انتهای ارزیابی‌ها، یک ضریب ایمنی برای خاک به دست می‌آید. اگر این ضریب، کوچکتر از ۱ باشد، خاک به عنوان یک محیط مستعد روانگرایی در نظر گرفته می‌شود.

استفاده مستقیم از داده‌های آزمایش نفوذ مستقیم برای پیش‌بینی پتانسیل روانگرایی، نتایج قابل قبولی را به همراه ندارد. از این‌رو، به منظور تعیین دقیق‌تر پتانسیل روانگرایی، داده‌های نرمال (با توجه به فشار سرباره، روش نمونه‌گیری و دیگر پارامترها) مورد استفاده قرار می‌گیرند.

آزمایش نفوذ مخروط برای تعیین پتانسیل روانگرایی

آزمایش نفوذ مخروط» (Cone Penetration Test) یا «CPT»، یکی دیگر از روش‌های آزمایش دینامیک خاک با کرنش بالا است. در این آزمایش، یک میله با انتهای مخروطی شکل با نرخ کنترل شده به درون زمین رانده می‌شود. سیم درون مخروط، داده‌های مرتبط با مقاومت خاک در برابر نفوذ و اصطکاک میله را به طور پیوسته به سطح ارسال می‌کند.

آزمایش های تعیین روانگرایی خاک

در سال ۲۰۱۶ میلادی (۱۳۹۵ شمسی)، «بولانژر» (Boulanger) و «ایدریس» (Idris)، روشی را برای تخمین پتانسیل روانگرایی با استفاده از CPT، برای خاک‌های غیر چسبنده ارائه دادند. در این روش تخمینی، عدد مقاومت نفوذ به دست آمده از آزمایش نفوذ مخروط مورد استفاده قرار می‌‌گیرد.

آزمایش سرعت موج برشی برای تعیین پتانسیل روانگرایی

«آزمایش سرعت موج برشی» (Shear Wave Velocity Test)، یک روش غیر مخرب و برجا برای اندازه‌گیری سرعت امواج سطحی و تعیین پروفیل سرعت موج برشی است. نتایج این آزمایش، برای ارزیابی پتانسیل روانگرایی به کار برده می‌شوند. مزیت آزمایش سرعت موج برشی، امکان اجرای آن در زمین‌های غیر قابل کنترل و توده‌های شنی است؛ جاییکه امکان اجرای آزمایش نفوذ استاندارد یا مخروط استاندارد وجود نداشته باشد. با این حال، این آزمایش به تنهایی قابل اطمینان نیست و باید به همراه روش‌های دیگر اجرا شود.

آزمایش نفوذ دینامیک مخروط برای تعیین پتانسیل روانگرایی

«آزمایش نفوذ دینامیک مخروط» (Dynamic Cone Penetration Test) یا «DCP»، روشی برجا برای اندازه‌گیری و تحلیل مقاومت لایه‌های مختلف خاک است. این روش، به صورت دستی و پیش از رخ دادن روانگرایی احتمالی انجام می‌شود. میله مورد استفاده در DPC، به میله CPT شباهت دارد. با این وجود، معیار ارزیابی پارامترهای مورد بررسی در آزمایش نفوذ دینامیکی، تعداد ضربه‌های وارد بر میله است.