روانگرایی
معرفی پدیده روانگرایی
روشهای كاهش پتانسيل روانگرايي
ارزیابی پتانسیل روانگرایی بر مبنای کرنش تناوبی
ارزیابی پتانسیل روانگرایی بر مبنای تنش
ارزیابی پتانسیل روانگرایی بر مبنای انرژی
معرفی پدیده روانگرایی
معرفی پدیده روانگرایی (Introduction to liquefaction)
یکی از خسارات زلزله پدیده روانگرایی است. این پدیده زمانی رخ میدهد که خاک مقاومت خود را از دست میدهد و مانند یک سیال روان میشود. روانگرایی حاصل تمایل خاکها به کاهش حجم، هنگام قرارگیری تحت تنشهای برشی است. در خاکهای سست اشباع تحت اثر برش، تمایل دانهها به تغییر آرایش به حالتی متراکمتر و ایجاد کمترین فضای حفرهای منجر به بیرون راندن آب حفرهای می‌گردد. درنتیجه در شرایط زهکشی نشده، فشار آب به همراه افزایش تنش برشی تدریجاً افزایش مییابد. این پدیده انتقال تدریجی تنش از اسکلت خاک به آب حفرهای و درنتیجه، کاهش تنش مؤثر و مقاومت برشی خاک را در پی خواهد داشت. در صورت کاهش مقاومت برشی خاک به میزانی کمتر از تنشهای برشی محرک استاتیکی، روانگرایی به همراه تغییر شکلهای بزرگ روی میدهد. روانگرایی در خاکهای دانهای سست تحت بار یکنواخت و نیز سیکلیک برشی مشاهده شده است. روانگرایی فقط در خاکهای اشباع و اغلب در نزدیکی رودخانهها، خلیجها و مناطقی که سطح آب زیرزمینی بالا باشد و اغلب در خاکهای از جنس ماسه و ماسهای سیلتی غیر متراکم و اشباع رخ میدهد.
تصویری از ساختمان‌های سالم واژگون شده در اثر روانگرایی خاک در زلزله 1964 نیگاتای ژاپن
این پدیده در زلزلههای نیگاتا و آلاسکا 1964، لوما پریتا 1989، کوبه 1995 و چی چی 1999 بیشترین نمود را داشته است. از آخرین موارد روانگرایی در جهان میتوان به روانگرایی حاصل از زلزله پورتو پرنس در هایتی 2010 اشاره کرد. در ایران نیز در زلزله منجیل و رودبار 1369 این پدیده خسارات قابل توجهی وارد نمود؛ بطوریکه در آستانه اشرفيه منبع آب آشاميدني شهر به كلي ويران و ده‌ها خانه در اثر پديده روانگرايي خاك تخريب گرديدند.
با توجه به مکانیزم گسیختگی خاک، رابرتسن (1994) طبقه بندی جامعی را از روانگرایی خاک ارائه کرده است. این سیستم طبقه بندی را می توان به شکل زیر ارائه کرد:
1- روانگرایی جریانی (flow liquefaction): هنگامی که جریان آب زهکشی نشده در خاک اشباع انقباضی وجود داشته باشد و تنش برشی استاتیکی از مقاومت پسماند خاک فراتر رود، روانگرایی جریانی اتفاق میافتد. گسیختگی ممکن است به وسیله بارگذاری برشی چرخه ای یا یکنواخت شروع شود.
2- نرم شدگی چرخه ای (cyclic softening): برای توصیف تغییرشکلهای بزرگ که در طول برش چرخهای به علت فشار آب حفرهای ایجاد شده در خاک اتفاق میافتد، به کار میرود. نرم شدن چرخهای که در آن تغییرشکلها پس از توقف بارگذاری چرخهای ادامه نمییابد، را میتوان به دو دسته زیر طبقه بندی کرد:
روانگرایی چرخه ای (cyclic liquefaction): زمانی اتفاق می افتد که تنش های برشی چرخه ای از مقدار تنش برشی استاتیکی اولیه فراتر می رود و معکوس شدن تنش رخ می دهد.
روانی مجدد یا تحرک چرخه ای (cyclic mobility): این پدیده در اثر بارگذاری تکراری در خاکهای رسوبی با تنشهای برشی استاتیکی کمتر از مقاومت خاک روی می دهد. تغییر شکلهای ناشی از روانی مجدد بطور افزایشی به دلیل تنشهای استاتیکی و دینامیکی در هنگام زلزله گسترش مییابد. روانی مجدد زمانی اتفاق میافتد که بارهای چرخه ای منجر به معکوس شدن تنش برشی نمیشود و حالت تنش موثر صفر رخ نمی دهد. تغییرشکل نهایی حاصل جمع تغییرشکل اتفاق افتاده در هر چرخه تنش برشی است.
یکی از نتایج روانی مجدد پخش جانبی (Lateral spreading) خاک روی نواحی کم شیب و صاف کنار دریاها و رودخانه است. زلزله سال ۱۹۷۶ گواتمالا که سبب پخش جانبی خاک در سراسر کناره رودخانه مونتگوا شد، مثالی از این پدیده است که در زمین های صاف بدلیل فشار آب منفذی بالا ایجاد شده در اثر پدیده روانگرایی سبب جریان سریع آب در سطح زمین می گردد. این جریان هم در جریان زلزله و هم بعد از آن اتفاق میافتد. اگر جریان آب منفذی به اندازه کافی و به سرعت بالا بیاید سبب حرکت ذرات ماسه به سمت ترکها و روی دادن پدیده جوشش ماسه می گردد. این پدیده بیشتر در مناطقی که تحت تاثیر پدیده روانگرای قرارگرفتهاند روی میدهد.
روشهای كاهش پتانسيل روانگرايي
روشهای كاهش پتانسيل روانگرايي
مقابله با روانگرايي تحت دو ديدگاه كلي زير قابل بررسي و مطالعه است
- اصلاح خاك روانگرا به منظور كاهش پتانسيل روانگرايي خاك
- طراحي مناسب سازه‌های مرتبط با خاك روانگرا براي كاهش خرابي ناشي از روانگرايي
روشهای اصلاح در كاهش پتانسيل روانگرايي می‌توانند با اهداف زير انجام گيرند:
- بهبود عملكرد اسكلت خاك در مقابل تغيير شکلهای ناشي از زلزله
- افزايش سرعت محو فشار آب حفرهاي اضافي
تاکنون روشهای مختلفي براي اصلاح خاك روانگرا ارائه شده است.
از روشهای کاهش پتانسیل روانگرایی میتوان به‌عنوان نمونه به خاکبرداری و جایگزینی با خاک مناسب، اجرای زهکش، تراکم درجای خاک (تراکم دینامیکی، انفجار و…)، اختلاط عمیق، استفاده از شمع و میکروپایل و… اشاره نمود.
- از بین رفتن ظرفیت باربری خاک
- نشست
- گسترش جانبی توده خاک
- جوشش ماسه
- بالا آمدن سازه‌های سبک از زیر خاک
|
 |
|
از بین رفتن ظرفیت باربری خاک |
نشست |
|
گسترش جانبی توده خاک |
|
 |
 |
|
جوشش ماسه |
بالا آمدن سازه‌های سبک از زیر خاک |
معرفی پدیده روانگرایی (Introduction to liquefaction)
یکی از خسارات زلزله پدیده روانگرایی است. این پدیده زمانی رخ میدهد که خاک مقاومت خود را از دست میدهد و مانند یک سیال روان میشود. روانگرایی حاصل تمایل خاکها به کاهش حجم، هنگام قرارگیری تحت تنشهای برشی است. در خاکهای سست اشباع تحت اثر برش، تمایل دانهها به تغییر آرایش به حالتی متراکمتر و ایجاد کمترین فضای حفرهای منجر به بیرون راندن آب حفرهای می‌گردد. درنتیجه در شرایط زهکشی نشده، فشار آب به همراه افزایش تنش برشی تدریجاً افزایش مییابد. این پدیده انتقال تدریجی تنش از اسکلت خاک به آب حفرهای و درنتیجه، کاهش تنش مؤثر و مقاومت برشی خاک را در پی خواهد داشت. در صورت کاهش مقاومت برشی خاک به میزانی کمتر از تنشهای برشی محرک استاتیکی، روانگرایی به همراه تغییر شکلهای بزرگ روی میدهد. روانگرایی در خاکهای دانهای سست تحت بار یکنواخت و نیز سیکلیک برشی مشاهده شده است. روانگرایی فقط در خاکهای اشباع و اغلب در نزدیکی رودخانهها، خلیجها و مناطقی که سطح آب زیرزمینی بالا باشد و اغلب در خاکهای از جنس ماسه و ماسهای سیلتی غیر متراکم و اشباع رخ میدهد.