تأثیر چرخه ذوب و انجماد بر نشست‌های بلند‌مدت خاک سیلت فروریزشی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده فنی، دانشگاه محقق اردبیلی

2 گروه مهندسی عمران. دانشکده فنی مهندسی. دانشگاه محقق اردبیلی. اردبیل. ایران

10.22034/ceej.2018.7907

چکیده

گستردگی خاک‌های مسئله­دار و تأثیر چرخه ذوب و انجماد و به تبع آن دگرگونی در ویژگی­های ژئوتکنیکی خاک­های مسئله­دار مخصوصاً خاک‌های فروریزشی بر محققین پوشیده نیست. این آسیب­ها ناشی از تشکیل لنزهای یخی در طول چرخه ذوب و انجماد است که به گسستگی پیوند ذرات خاک و تغییر ساختار اولیه منجر می­گردد. با توجه به این که در مناطق سردسیر احتمال ذوب و یخ مکرر تهدیدی برای ویژگی‌های مقاومتی، تغییرشکل و تراکم و ... خاک­ها می‌باشد و خاک‌های سیلتی جز خاک‌های فروریزشی بوده و در برابر یخبندان بسیار حساس می‌باشند، بدین منظور در این تحقیق، تأثیر چرخه­های ذوب و انجماد و سطوح تنش بر ساختار و تغییرشکل‌های بلندمدت خاک سیلتی با انجام آزمایش تحکیم یک­بعدی مورد مطالعه قرار گرفته و در ادامه مکانیسم خزشی آن با در نظر گرفتن لغزش‌ و تغییر شکل ذرات و براساس ارتباط ضریب تراکم ثانویه و نسبت تخلخل و با استفاده از تصاویر به دست آمده از آزمایش SEM شرح داده شده‌اند. ارتباط غیرخطی بین ضریب تراکم ثانویه و تنش خزشی را مشاهده می­شود. همچنین نتایج آزمایش­ها نشان می­دهد، میزان تغییرشکل‌های خزشی نمونه سیلتی علاوه بر شرایط اشباع بودن نمونه و سطوح تنش خزشی به شمار چرخه‌های ذوب و انجماد نیز بستگی دارد. دوره‌های ذوب و انجماد، لغزش، جهت­گیری ذرات، تخلخل و ساختار اولیه خاک را تغییر می‌دهد. در طول آزمایش تحکیم، برای نمونه تحت 10 چرخه از فرایند ذوب و انجماد، به دلیل فروپاشیدگی ذرات از همدیگر و کوچک­تر شدن اندازه ذرات، متوسط نشست‌های تحکیمی بیشتر شده و تغییرشکل‌های خزشی هم افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Study on Effect of Freeze and Thaw Cycles (FTC) on Creep Settlement of Silty Soil

نویسندگان [English]

  • Alireza Negahdar 1
  • Shima Yadegari 2
  • Shiva Rahmani 1
1 Faculty of Engineering, University of Mohaghegh Ardabili
2 Faculty of Civil Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده [English]

Soil properties are affected by environmental conditions. Exposing of soil under multiple freeze thaw cycles may damage soil structure due to generated forces by water freezing and changes in mechanical and deformation features. Silty soils are highly susceptible for frost damage under the F-T cycles so, it is important to investigate their thermal and mechanical behavior. Thermal changes in susceptible soil often lead to irreversible creep deformation. The freeze and thaw cycles change soil engineering properties and mechanical behaviors by varying soil structure (Othman., 1992). A lot of research has devoted to study the effect of freeze-thaw cycles on the geotechnical properties of various soils (Wang et al., 2007). But, less laboratory works have studied the effect of freeze-thaw cycles on long term deformation and consolidation parameter of silty soil. Therefore, the aim of this paper is to determine the magnitude and rate of volume changes of soil specimen under 10 repeated cycles freeze and thaw which subjected to different vertical stresses.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Freeze and thaw cycle
  • Consolidation test
  • Silty soil
  • Secondary compression
  • SEM
محمدی ی، نوری اسلام س، "بررسی تأثیر نانوسیلیس بر مقاومت فشاری بتن حاوی الیاف شیشه‌ای در برابر سیکل‌های انجماد و ذوب"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، 1394، 45، 95-87.
نگهدار ع، یادگاری ش، هوشمندی س، "بررسی رفتار خزشی خاک ماسه رس­دار تحت آزمایش تحکیم یک بعدی"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، 1394، 45، 74-65.
ASTM D560/D560M-16. “Standard Test Methods for Freezing and Thawing Compacted Soil-Cement, Book of Standards”, 4(8).
ASTM D2435 / D2435M-11, “Standard Test Methods for One-Dimensional Consolidation Properties of Soils Using Incremental Loading”, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2011.
Arman A, Thornton SI, “Identification of Collapsible Soils in Louisiana”, Highway Research Rec., 1973, 426, 14-32.
Benson CH, Othman MA, “Hydraulic conductivity of compacted clay frozen and thawed in situ”, ASCE Journal of Geotechnical Engineering, 1993, 119, 276-294.
Berry PL, Poskitt TJ, “The consolidation of peat”, Geotechnique, 1972, 22(1), 27-52.
Bowman ET, Soga K, “Creep, ageing and microstructural change in dense granular materials”, Soils and Foundations, 2003, 43(4), 107-117.
Chamberlain EJ, Iskander I, Hunsiker SE, “Effect of freeze-thaw on the permeability and macrostructure of soils. Proceedings of the International Symposium on Frozen Soil Impacts on Agriculture, Range, and Forest Lands”, Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Hanover, New Hampshire, U.S.A. Special Report 90-1, 1990, 145-155.
Clemence SP, Finbarr AO, “Design Consideration for Collapsible Soils”, Journal of the Geotechnical Engineering Division, 1981, 107 (3).
Ghazavi M, Roustayi V, Safai A, “The effect of melting and ice cycle on the loading- unloading curve in consolidation test”, The first National Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, 1393.
Graham J, Au VCS, “Effects of freeze–thaw and softening on a natural clay at low stresses”, Canadian Geotechnical Journal, 1980, 22 (1), 69-78.
Golchinfar N, Abbassi N, “The effect of freeze and thaw cycles on the mechanical properties of clays stabilized with lime and polypropylene fiber.” Journal of Civil Engineering and Environment University of Technology, 1392, 45 (2), 1-12.
Jang S, Wan-Shin Park, Hyun-Do Yun, “Influence of Rapid Freeze-Thaw Cycling on the Mechanical Properties of Sustainable Strain-Hardening Cement Composite (2SHCC)”, Materials, 2014, 7, 1422-1440, doi: 10. 3390/ma7021422.
Wang Z, “Soil creep behaviour-laboratory testing and numerical modeling”, PhD thesis, Department of Civil Engineering, University of Calgary, Calgary, Alberta, Canada, 2010.
Konrad JM, Morgenstern NR, “A Mechanistic Theory of Ice Lens Formation in Fine-Grained Soils”, Canadian Geotechnical Journal, 1980, 17 (1), 473-486.
Kyachehr B, Salemi N, “laboratory investigation of the effects of nanoparticles on the durability of concrete surfaces under the freeze and thaw cycle”, Master's thesis, Ministry of Science, Research and Technology, Isfahan University of Technology, Faculty of Civil Engineering, 1390.
Lambe TW, “The structure of compacted clay”, Journal of Soil Mechanics and Foundation Division, 1958, 82(2), 1-34.
Luo Lifang, Henry Lin, Shuangcai Li, “Quantification of 3-D Soil Macropore Networks in Different Soil Types and Land Uses Using Computed Tomography”, Journal of Hydrology 2010, 393(1), 53-64.
Mesri G, “Coefficient of secondary compression”, Journal of Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, 1973, 99(1), 123-137.
Mitchell JK, Soga K, “Fundamentals of soil behavior”, 3rd ed., John Wiley & Sons, New Jersey, 2005.
Mitchell JK, “Fabric of natural clays and its relation to engineering properties”, Procs, Highway Research Board 1956, 35, 693-713.
Navarro V Alonso EE, “Secondary compression of clays as a local dehydration process”, Geotechnique, 2001, 5(10), 859-869.
Negahdar A, Yadegari S, “Investigation of Parameters Affecting Creep Behavior of Sandy Clay Soil in Laboratory Conditions”, Jordan Journal of Civil Engineering, 2017, 11 (1), 80-90.
Oda M, “Initial fabrics and their relations to mechanical properties of granular material”, Soils and Foundations, 1972, 12, 17-35.
Othman MA, “Effect of freeze-thaw on the structure and hydraulic conductivity of compacted clay”, Ph.D. Thesis, University of Wisconsin Madison, Wisconsin, USA, 1992.
Padyab F, Parvizi M, “The effect of waste tires on clay stabilized with lime resistance against melting and freezing cycles”, The first National Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, 1393.
Qi JL, Zhang JM, Zhu YL, “Influence of freezing-thawing on soil structure and its soils mechanics significance”, Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering (Supp. 2), 2004, 260-269.
Qi J, Vermeer PA, Cheng G, “A review of the influence of freeze-thaw cycles on soil geotechnical properties”, Permafrost and Periglac. Process. 2006, 17, 245-252.
Simonsen E, Janoo V, Isacsson U, “Resilient properties of unbound road materials during seasonal frost conditions”, Journal of Cold Regions Engineering, 2002, 16, 28-50.
Standard Test Methods for Freezing and Thawing Compacted Soil-Cement, Book of Standards, 4(8).
Tang C, Shi B, Zhao L, “The interfacial shear strength of fiber reinforced soil”, Geotextile and Geomembrance, No. 28, 2010, 54-62.
Terzaghi K, Principles of soil Mechanics IV. Settlement and consolidation of clay Engineering News-Record, 1925, 95. 874-878.
Varatharajan S, “1D comperssion creep behavior of kaolinite and bentonite clay”, department of civil engineering Calgary, Alberta, 2011.
Wang D, Ma W, Niu YH, Chang X, Wen Z, “Effects of cyclic freezing and thawing on mechanical properties of Qinghai-Tibet clay”. Cold Regions Science and Technology, 2007, 48, 34-43.
Wang YH, Xu D, “Dual porosity and secondary consolidation”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, 2007, 133(7), 793-801.
Yaling C, Binbin H, “Effect of freezing and thawing on shear behavior and structural strength of artificially structural loess”, Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 2014, 19, 6201-6212.
Ye WM, XL Lai Q, Wang YG, Chen B, Chena YJ, Cui “An experimental investigation on the secondary compression of unsaturated GMZ01 bentonite”, Appl. Clay Sci.6, 2014.
Zhen-Dong Cui Peng-Peng He Wei-HaoYang, “Mechanical properties of a silty clay subjected to freezing–thawing”, Cold Regions Science and Technology, 2014, 98, 26-34.