به منظور درک مکانیزم رخ دادن روانگرایی خاک، تصویر زیر را در نظر بگیرد. این تصویر، ذرات یک توده خاک ماسه‌ای اشباع را نمایش می‌دهد.
اکنون، ذرات بالا را در معرض نیروی برشی قرار می‌دهیم.
با اعمال نیروی برشی، ذرات نسبت به یکدیگر جابجا می‌شوند و آرایش آن‌ها به شکل زیر درمی‌آید.
رفتار خاک در آرایش جدید ذرات، به شرایط زهکشی آن بستگی خواهد داشت.
شرایط زهکشی شده: تحکیم و تراکم
در شرایط زهکشی شده، ذرات خاک ته‌نشین می‌شوند و با یکدیگر تماس پیدا می‌کنند.
با ته نشینی ذرات خاک، آب از میان آن‌ها خارج می‌شود. به این ترتیب، پدیده نشست، تراکم یا تحکیم رخ می‌دهد و خاک دوباره مقاومت خود را به دست می‌آورد.
شرایط زهکشی نشده: روانگرایی
برخلاف شرایط زهکشی شده، در شرایط زهکشی نشده، امکان خروج آب منفذی وجود ندارد. به همین دلیل، ته‌نشینی خاک با ممانعت آب همراه می‌شود. در واقع، هنگام ته‌نشینی ذرات، آب درون حفره‌ها، آن‌ها را پس می‌زند. به این ترتیب، در یک بازه زمانی موقت، مقاومت برشی توده خاک به نزدیک صفر می‌رسد. در نهایت، با لغزش ذرات ماسه بر روی آب، پدیده روانگرایی رخ می‌دهد.
پدیده روانگرایی، خاک را وادار به رفتار غیرمعمول در برابر نیروهای وارده می‌کند.
عوامل کنترل کننده روانگرایی خاک چه هستند؟
عوامل کنترل‌کننده روانگرایی خاک، به دو دسته کلی زیر تقسیم می‌شوند:
- مشخصات زلزله
- شتاب زلزله، بر روی خاک تاثیر مستقیم می‌گذارد. با این وجود، تغییرات بسیار زیاد آن‌ها از زلزله‌ای به زلزله دیگر، پیش‌بینی تاریخچه‌های زمانی را دشوار می‌کند.
- مشخصات خاک
- زمین‌شناسی
- لایه‌بندی
- عمق سنگ بستر
- سطح آب زیرزمینی و دیگر عوامل محیطی به همراه متغیرهای فصلی نظیر دما و غیره
- خواص لایه‌ها
در خاک‌های درشت‌دانه، پارامترهای کنترل‌کننده مقاومت تناوبی (معیار روانگرایی) خاک عبارت هستند از:
- چگالی نسبی
- ضریب بیش تحکیمی
- ضریب فشار جانبی زمین
- زمان افزایش‌یافته تحت فشار
- تاریخچه بارهای لرزه‌ای
- روش آماده‌سازی نمونه
- مشخصات دانه‌بندی (ابعاد، شکل و توزیع)
- محتوای نرمه و خواص پلاستیک
- وضعیت اشباع و سطح آب زیرزمینی
اهمیت مطالعه روانگرایی خاک چیست؟
روانگرایی، خاک را به شبکه غیر فعالی از ذرات تبدیل می‌کند. مقاومت و صلبیت خاک روانگرا، به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد. در اغلب موارد، این موضوع باعث مشکلات سازه‌ای مختلف می‌شود. به همین دلیل، خاک روانگرا، محیط پایدار و مناسب ساخت سازه نیست. در این شرایط، خاک نمی‌تواند وزن روسازه و حتی وزن خودش را تحمل کند. از این‌رو، سازه‌های ساخته شده بر روی خاک‌های روانگرا، به مرور زمان کج می‌شوند و فرو می‌ریزند.
به دلیل تاثیر غیر قابل انکار روانگرایی خاک بر روی ایمنی سازه، مطالعه آن و اتخاذ اقدامات پیشگیرانه برای مقابله با آن از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. درک احتمال رخ دادن روانگرایی در خاک، به مهندسان کمک می‌کند تا روش مناسب برای تقویت خاک و از بین بردن اثرات مخرب روانگرایی را انتخاب کنند. به این ترتیب، مقاومت و ایمنی سازه تامین می‌شود.