روانگرایی خاک Liquefaction
- شروع کننده موضوع DDDIQ
- تاریخ شروع
پدیده روانگرایی (Liquefaction)
پدیده روانگرایی (Liquefaction)
وانگرایی خاک (Liquefaction) پدیده ای است که بدلیل کاهش سختی و مقاومت خاک در اثر وارد آمدن نیروی زلزله یا یک بارگذاری سریع صورت می گیرد. روانگرایی خاک و پدیده های مرتبط با آن در زلزله های سالیان گذشته صدمات زیادی را در سراسر جهان وارد کرده اند.روانگرایی فقط در خاکهای اشباع صورت می گیرد.آب موجود بین ذرات خاک فشاری را به ذرات خاک وارد می کند که این فشار سبب می شود ذرات خاک بطور محکم بهم فشرده شوند. پیش از زلزله فشار آب نسبتآ کم است اما با وقوع لرزش زلزله فشار آب افزایش یافته بطوریکه ذرات خاک بسرعت در کنارهم شروع به حرکت می کنند. هرچند اغلب لرزش زمین سبب افزایش فشار آب منفذی می گردد اما فعالیت های مرتبط ساختمانی همانند انفجار یا آبگیری مخازن و بطور کلی تغییر در تنش ارتجاعی زمین از طریق بارگذاری و باربرداری نیز می تواند سبب روانگرایی در خاک گردد.همانگونه که در شکل مشاهده می کنید با وقوع روانگرایی مقاومت خاک کاهش یافته و توانایی خاک زیر پی برای حفظ پایداری ساختمانها و پلها از بین می رود. همچنین خاک روان شده پشت دیوارهای حائل می تواند سبب نشست و تخریب دیوار حائل گردد.چنانچه افزایش فشار آب منفذی در پشت سدها نیز میتواند سبب زمین لغزه و شکستن سدها گردد. روانگرایی خاک در بسیاری از زلزله های سالیان گذشته مشاهده شده است. به عنوان نمونه می توان به زلزله های آلاسکا (Alaska,USA,1964)، نیگاتا (Niigata,Japan,1964) ، لوماپرییتا (Loma Prieta,USA,1989) و کوبه (Kobe,Japan,1995) اشاره کرد.
بدلیل اینکه روانگرایی فقط در خاکهای اشباع صورت می گیرد این پدیده معمولا در مناطق نزدیک آب همانند رودخانه ها،دریاچه ها ،خلیج هاو اقیانوسها اثرات تخریبی بیشتری دارد. اثرات این پدیده عمده این در مناطق نزدیک آب شامل لغزش عمده خاک بسمت ساحل و فرونشست آن همانند دریاچه مرسید(Lake Merced) در ۱۹۵۷ و یا حرکت زمین و ایجاد ترک در ساحل دریا در اثر تنش اضافی همانند رودخانه موتاگوا (Motagua River) در زلزله ۱۹۷۶ گواتمالا می شود. صدمه به دیوارهای نگهدارنده بنادر و باراندازها با ایجاد فشار به خاک پشت آنها و هل دادن آن به سمت آب از دیگر صدماتی است که روانگرای در مناطق نزدیک سواحل ایجاد می کند بطوریکه در زلزله ۱۹۹۵ کوبه ژاپن روانگرایی خاک صدمه اصلی را به امکانات و تجهیزات بندر کوبه وارد کرد.
پدیده های مشابه روانگرایی خاک
همانطوری که اشاره شد اصطلاح روانگرایی خاک معمولا برای معرفی تعدادی از پدیده های مشابه نیز بکار میرود. زیرا این پدیده ها اثراتی مشابه دارند و همین مسئله تشخیص آنها را از هم مشکل کرده است .این پدیده های مرتبط عموما به دو دسته زیر تقسیم بندی می شوند:
جریان روانگرایی (flow liquefaction)
پدیده ای است که در آن تعادل استاتیکی خاکهای رسوبی با مقاومت پسماند در اثر بارهای استاتیکی یا دینامیکی بهم می خورد. مقاومت پسماند مقاومت خاک روان شده است.برای مثال بار استاتیکی می تواند در اثر ساختمان جدیدی که روی شیب ساخته شده است سبب واردآمدن نیروی اضافی به خاک زیر پی گردد. زلزله ها ، انفجارات و شمع کوبی مثالهای از بارهای دینامیکی هستند که می توانند موجب جریان روانگرایی شوند. همچنین یکبار که پدیده روانگرایی در خاک روی داد خاک مستعد وقوع جریان روانگرایی است بطوریکه خاک مقاومت کافی را برای تحمل تنشهای استاتیکی همانند پیش از ناآرامی ندارد.
حرکت سریع و عظیم توده خاک از ویژگیهای این پدیده است. به عنوان نمونه می توان به تخریب مجموعه ساختمانی کاواگوشی که در جریان زلزله ۱۹۶۴ نیگاتای ژاپن اشاره کرد.
روانی مجدد (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 دوره ای بطور افزایشی بدلیل تنشهای استاتیکی و دینامیکی در هنگام زلزله گسترش می یابد.
یکی از نتایج روانی دوره ای پخش جانبی (Lateral spreading) خاک روی نواحی کم شیب و صاف کنار دریاها و رودخانه است.زلزله سال ۱۹۷۶ گواتمالا سبب پخش جانبی خاک در سراسر کناره رودخانه مونتگوا شد. 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 می افتد.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 قرارگرفته اند روی می دهد.
منبع:civilmaster.ir
پدیده روانگرایی (Liquefaction)
وانگرایی خاک (Liquefaction) پدیده ای است که بدلیل کاهش سختی و مقاومت خاک در اثر وارد آمدن نیروی زلزله یا یک بارگذاری سریع صورت می گیرد. روانگرایی خاک و پدیده های مرتبط با آن در زلزله های سالیان گذشته صدمات زیادی را در سراسر جهان وارد کرده اند.روانگرایی فقط در خاکهای اشباع صورت می گیرد.آب موجود بین ذرات خاک فشاری را به ذرات خاک وارد می کند که این فشار سبب می شود ذرات خاک بطور محکم بهم فشرده شوند. پیش از زلزله فشار آب نسبتآ کم است اما با وقوع لرزش زلزله فشار آب افزایش یافته بطوریکه ذرات خاک بسرعت در کنارهم شروع به حرکت می کنند. هرچند اغلب لرزش زمین سبب افزایش فشار آب منفذی می گردد اما فعالیت های مرتبط ساختمانی همانند انفجار یا آبگیری مخازن و بطور کلی تغییر در تنش ارتجاعی زمین از طریق بارگذاری و باربرداری نیز می تواند سبب روانگرایی در خاک گردد.همانگونه که در شکل مشاهده می کنید با وقوع روانگرایی مقاومت خاک کاهش یافته و توانایی خاک زیر پی برای حفظ پایداری ساختمانها و پلها از بین می رود. همچنین خاک روان شده پشت دیوارهای حائل می تواند سبب نشست و تخریب دیوار حائل گردد.چنانچه افزایش فشار آب منفذی در پشت سدها نیز میتواند سبب زمین لغزه و شکستن سدها گردد. روانگرایی خاک در بسیاری از زلزله های سالیان گذشته مشاهده شده است. به عنوان نمونه می توان به زلزله های آلاسکا (Alaska,USA,1964)، نیگاتا (Niigata,Japan,1964) ، لوماپرییتا (Loma Prieta,USA,1989) و کوبه (Kobe,Japan,1995) اشاره کرد.
همانطوری که اشاره شد اصطلاح روانگرایی خاک معمولا برای معرفی تعدادی از پدیده های مشابه نیز بکار میرود. زیرا این پدیده ها اثراتی مشابه دارند و همین مسئله تشخیص آنها را از هم مشکل کرده است .این پدیده های مرتبط عموما به دو دسته زیر تقسیم بندی می شوند:
جریان روانگرایی (flow liquefaction)
پدیده ای است که در آن تعادل استاتیکی خاکهای رسوبی با مقاومت پسماند در اثر بارهای استاتیکی یا دینامیکی بهم می خورد. مقاومت پسماند مقاومت خاک روان شده است.برای مثال بار استاتیکی می تواند در اثر ساختمان جدیدی که روی شیب ساخته شده است سبب واردآمدن نیروی اضافی به خاک زیر پی گردد. زلزله ها ، انفجارات و شمع کوبی مثالهای از بارهای دینامیکی هستند که می توانند موجب جریان روانگرایی شوند. همچنین یکبار که پدیده روانگرایی در خاک روی داد خاک مستعد وقوع جریان روانگرایی است بطوریکه خاک مقاومت کافی را برای تحمل تنشهای استاتیکی همانند پیش از ناآرامی ندارد.
حرکت سریع و عظیم توده خاک از ویژگیهای این پدیده است. به عنوان نمونه می توان به تخریب مجموعه ساختمانی کاواگوشی که در جریان زلزله ۱۹۶۴ نیگاتای ژاپن اشاره کرد.
روانی مجدد (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 دوره ای بطور افزایشی بدلیل تنشهای استاتیکی و دینامیکی در هنگام زلزله گسترش می یابد.
یکی از نتایج روانی دوره ای پخش جانبی (Lateral spreading) خاک روی نواحی کم شیب و صاف کنار دریاها و رودخانه است.زلزله سال ۱۹۷۶ گواتمالا سبب پخش جانبی خاک در سراسر کناره رودخانه مونتگوا شد. 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 می افتد.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 قرارگرفته اند روی می دهد.
منبع:civilmaster.ir
آخرین ویرایش توسط مدیر:
[FONT="]روانگرایی خاک ( [/FONT][FONT="]liquefaction[/FONT][FONT="] )چیست؟[/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="]روانگرایی خاک پدیده‌ای است که در آن خاک اشباع در اثر تنش شدیدی که به آن وارد می‌شود، مقاومت و سختی خود را به طور کامل ازدست می‌دهد و مانند یک مایع رفتار می‌کند. این تنش وارده میتواند در اثر تکان‌های ناشی از زمین‌لرزه یا دگرگونی‌های ناگهانی در شرایط تنش خاک باشد.[/FONT]
[FONT="]عبارت روانگرایی در مکانیک خاک برای اولین بار توسط هازن[۱] در مسئله[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] شکست سد کالاوراس در کالیفرنیا مطرح شد. وی دلیل روانی دیواره[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] خاکی سد را چنین توضیح داد:[/FONT]
[FONT="]اگر فشار آب حفره‌ای میان دانه‌های خاک آن‌قدر زیاد باشد تا بتواند بار وارده را تحمل کند، ممکن است باعث شود تا دانه‌های خاک بوسیله[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] آب از یکدیگر جدا شوند و گویی وضعیت خاک موجود به شرایط ماسه[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] روان تبدیل شده باشد، به این معنی که با جابجایی بخشی از ماده درون آن تجمع فشار بوجود آید و با جابجایی یک ذره دیگری نیز پس از آن جابجا شود و کم کم مانند یک مایع روان شود.[/FONT]
[FONT="]این پدیده بیشتر در خاکهای اشباع، شُل (با چگالی کم یا غیر متراکم) و ماسه‌ای دیده شده‌است. این مطلب به این دلیل است که ماسه‌های شُل در اثر بار وارده تمایل به متراکم شدن دارند اما ماسه‌های متراکم در مقابل تمایل به افزایش حجم دارند. اگر خاک از آب اشباع باشد، مانند خاکی که پایین تر از سطح آب زیرزمینی یا سطح دریا است، آنگاه آب فضای میان دانه‌های جامد را پر می‌کند (فضای حفره‌ای) حال اگر فشاری به خاک وارد شود، این فشار به آب موجود در این فضاهای خالی وارد می‌گردد درمقابل آب تلاش می‌کند تا از فضای حفره‌ای خاک تحت فشار خارج شود و به جایی با فشار کمتر سرازیر گردد (معمولاً آب به سمت سطح زمین یا به سمت بالا حرکت می‌کند). با این حا اگر فشار سریع واردشود و به اندازه[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] کافی بزرگ باشد یا به تعداد زیاد تکرار شود (مانند آنچه که در زمین‌لرزه اتفاق می‌افتد یا فشاری که در اثر طوفان وارد می‌شود) به گونه‌ای که آب فرصت آن را پیدا نکند تا دور بعدی (چرخه[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] بعدی) که دوباره بار وارد می‌شود از میان دانه‌های خاک به بیرون جاری شود، آنگاه فشاری در آب بوجود می‌آید که از تنشی که باعث کنار هم و در تماس نگه داشتن دانه‌های جامد خاک می‌شود بسیار فراتر میرود. تماس میان دانه‌های خاک تنها راهی است که بوسیله[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] آن وزن ساختمان و لایه‌های زیر آن به لایه‌های خاک در عمق پایین تر یا سنگ بستر منتقل می‌شود. حال وقتی خاک این چنین ساختارش را از دست می‌دهد و تماس میان دانه‌های جامد از بین میرود، دیگر هیچ مقاومتی از خود نشان نمی‌دهد (توانایی خود در انتقال تنش برشی را ازدست می‌دهد) و مانند یک سیال جاری می‌شود.[/FONT]
[FONT="]با وجود آنکه مفهوم روان گرایی خاک پیش‌تر برای مهندسان شناخته شده بود اما پس از زمین‌لرزه‌های ۱۹۶۴ نیگاتا و ۱۹۶۴ آلاسکا مورد توجه مهندسان قرار گرفت. همچنین روانگرایی عامل اصلی ویرانی‌های سان‌فرانسیسکو در زمین‌لرزه[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] ۱۹۸۹ لوماپریئتا و بندر کوبه در زمین‌لرزه[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] بزرگ هانشین در سال ۱۹۹۵ بود. همچنین ویرانی‌های شدیدی که در منطقه[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] مسکونی و حومه‌ای کرایست‌چرچ در زلاندنو در طول زمین‌لرزه ۲۰۱۰ کنتربری[۲] و شدیدتر آن در زمین‌لرزه ۲۰۱۱ زلاندنو[۳] اتفاق افتاد همگی ناشی از روانگرایی خاک بود.[/FONT]
[FONT="]در بسیاری از کشورهای پیشرفته آیین‌نامه[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] ساخت و ساز مهندسان را مجبور می‌کند که اثرات روانگرایی خاک را در طراحی ساختمانها، پلها، سدها و سازه‌های نگهدارنده در نظر بگیرند.[/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="]روانگرایی خاک پدیده‌ای است که در آن خاک اشباع در اثر تنش شدیدی که به آن وارد می‌شود، مقاومت و سختی خود را به طور کامل ازدست می‌دهد و مانند یک مایع رفتار می‌کند. این تنش وارده میتواند در اثر تکان‌های ناشی از زمین‌لرزه یا دگرگونی‌های ناگهانی در شرایط تنش خاک باشد.[/FONT]
[FONT="]عبارت روانگرایی در مکانیک خاک برای اولین بار توسط هازن[۱] در مسئله[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] شکست سد کالاوراس در کالیفرنیا مطرح شد. وی دلیل روانی دیواره[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] خاکی سد را چنین توضیح داد:[/FONT]
[FONT="]اگر فشار آب حفره‌ای میان دانه‌های خاک آن‌قدر زیاد باشد تا بتواند بار وارده را تحمل کند، ممکن است باعث شود تا دانه‌های خاک بوسیله[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] آب از یکدیگر جدا شوند و گویی وضعیت خاک موجود به شرایط ماسه[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] روان تبدیل شده باشد، به این معنی که با جابجایی بخشی از ماده درون آن تجمع فشار بوجود آید و با جابجایی یک ذره دیگری نیز پس از آن جابجا شود و کم کم مانند یک مایع روان شود.[/FONT]
[FONT="]این پدیده بیشتر در خاکهای اشباع، شُل (با چگالی کم یا غیر متراکم) و ماسه‌ای دیده شده‌است. این مطلب به این دلیل است که ماسه‌های شُل در اثر بار وارده تمایل به متراکم شدن دارند اما ماسه‌های متراکم در مقابل تمایل به افزایش حجم دارند. اگر خاک از آب اشباع باشد، مانند خاکی که پایین تر از سطح آب زیرزمینی یا سطح دریا است، آنگاه آب فضای میان دانه‌های جامد را پر می‌کند (فضای حفره‌ای) حال اگر فشاری به خاک وارد شود، این فشار به آب موجود در این فضاهای خالی وارد می‌گردد درمقابل آب تلاش می‌کند تا از فضای حفره‌ای خاک تحت فشار خارج شود و به جایی با فشار کمتر سرازیر گردد (معمولاً آب به سمت سطح زمین یا به سمت بالا حرکت می‌کند). با این حا اگر فشار سریع واردشود و به اندازه[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] کافی بزرگ باشد یا به تعداد زیاد تکرار شود (مانند آنچه که در زمین‌لرزه اتفاق می‌افتد یا فشاری که در اثر طوفان وارد می‌شود) به گونه‌ای که آب فرصت آن را پیدا نکند تا دور بعدی (چرخه[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] بعدی) که دوباره بار وارد می‌شود از میان دانه‌های خاک به بیرون جاری شود، آنگاه فشاری در آب بوجود می‌آید که از تنشی که باعث کنار هم و در تماس نگه داشتن دانه‌های جامد خاک می‌شود بسیار فراتر میرود. تماس میان دانه‌های خاک تنها راهی است که بوسیله[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] آن وزن ساختمان و لایه‌های زیر آن به لایه‌های خاک در عمق پایین تر یا سنگ بستر منتقل می‌شود. حال وقتی خاک این چنین ساختارش را از دست می‌دهد و تماس میان دانه‌های جامد از بین میرود، دیگر هیچ مقاومتی از خود نشان نمی‌دهد (توانایی خود در انتقال تنش برشی را ازدست می‌دهد) و مانند یک سیال جاری می‌شود.[/FONT]
[FONT="]با وجود آنکه مفهوم روان گرایی خاک پیش‌تر برای مهندسان شناخته شده بود اما پس از زمین‌لرزه‌های ۱۹۶۴ نیگاتا و ۱۹۶۴ آلاسکا مورد توجه مهندسان قرار گرفت. همچنین روانگرایی عامل اصلی ویرانی‌های سان‌فرانسیسکو در زمین‌لرزه[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] ۱۹۸۹ لوماپریئتا و بندر کوبه در زمین‌لرزه[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] بزرگ هانشین در سال ۱۹۹۵ بود. همچنین ویرانی‌های شدیدی که در منطقه[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] مسکونی و حومه‌ای کرایست‌چرچ در زلاندنو در طول زمین‌لرزه ۲۰۱۰ کنتربری[۲] و شدیدتر آن در زمین‌لرزه ۲۰۱۱ زلاندنو[۳] اتفاق افتاد همگی ناشی از روانگرایی خاک بود.[/FONT]
[FONT="]در بسیاری از کشورهای پیشرفته آیین‌نامه[/FONT][FONT="]ٔ[/FONT][FONT="] ساخت و ساز مهندسان را مجبور می‌کند که اثرات روانگرایی خاک را در طراحی ساختمانها، پلها، سدها و سازه‌های نگهدارنده در نظر بگیرند.[/FONT][FONT="][/FONT]