نشریه علوم زمین خوارزمی

نشریه علوم زمین خوارزمی

ناهمسانی ساختار بافتی در ماسه‌ها و سنجش وابستگی آن به پارامترهای دانه‌بندی و مشخصات ظاهری دانه‌ها

نویسندگان
دانشگاه خوارزمی
چکیده
ناهمسانی ساختار بافتی دارای نقشی مهم در الگوی تغییرات مقادیر منتسب به درجه ناهمسانی ضرایب کشسانی خاک می‌باشد. این ناهمسانی بیشتر ناشی از تفاوت موجود در چیدمان هندسی ذرات و به طور کلی خواص اسکلتی در صفحات مختلف توده خاک می‌باشد. شناخت این ویژگی همواره منجر به درک بهتر و تحلیل دقیق‌تری از رفتار ژئوتکنیکی خاک تحت تأثیر انواع بارگذاری خواهد شد. بر همین اساس، هدف این مطالعه، تعیین این ناهمسانی در خاک‌های ماسه‌ای، بررسی محدوده تغییرات آن بر حسب شرایط تنش حاکم و در نهایت سنجش وابستگی آن به پارامترهای دانه‌بندی، شکل و وزن دانه‌های خاک می‌­باشد. بدین منظور، با فرض وجود همسانگردی عرضی در محیط خاک، ضرایب کشسانی حاصل از ۴۱۹ آزمون آزمایشگاهی بر روی ۲۸ نمونه متفاوت از ۱۷ نوع ماسه مختلف که از اندازه‌گیری سرعت‌های لرزه‌ای بدست آمده بودند همراه با داده‌های نسبت تخلخل، حالت تنش، ویژگی‌های دانه‌بندی، شکل و وزن ذرات، از مقالات معتبر گردآوری شدند. بر مبنای یک معادله تجربی معتبر، اطلاعات گردآوری شده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند و مقادیر نسبت ناهمسانی ساختار بافتی برای خاک‌های مورد بررسی محاسبه شدند. با ترسیم نتایج به‌دست آمده در مقابل حالات تنش متناظر، الگو تغییرپذیری و دامنه تغییرات این نسبت بر حسب شرایط تنش موجود مشخص گردید. در انتها، با اجرای یک سری از تحلیل‌های رگرسیونی ساده و چند گانه، پتانسیل همبستگی میان نسبت ناهمسانی ساختار بافتی و مشخصات تشریح کننده دانه‌بندی، شکل و وزن دانه‌ها بررسی شده و روابط تجربی حاکم بر آنها استخراج گردیدند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Fabric anisotropy in sands and assessing its dependence on grading and surface appearance parameters

نویسندگان English

Farideh Talaee Firozjaee
Ehsan Pegah
Ali Misaghi
چکیده English

Fabric anisotropy plays a crucial role in the variations model of anisotropy degree of soil elastic coefficients. This study aims to quantify this anisotropy in sandy soils, examining its variations in terms of the available stress conditions, and assessing its dependence on grading, shape and soil particles weight characteristics. To this end, by presuming the transverse isotropy in the soil medium, the elastic coefficients obtained from 419 laboratory tests on 28 different samples of 17 different sands were collected from literature. Indeed, those were attained from the seismic velocity measurements and supplemented with corresponding data on void ratio, stress state, grading, shape and weight properties. Based using on a famous experimental equation, the collected data was analyzed, and the fabric anisotropy ratio was computed for each soil sample. By drawing these results versus the respective experienced stresses, the variability model and the amplitude of the ratio were identified with respect to the applied stresses. Finally, by performing a series of simple and multiple regression analyses, the potential correlations between the fabric anisotropy ratio and the representative characteristics of grading, shape and particles weight were investigated resulting in a couple of mutual relationships.

کلیدواژه‌ها English

Transverse isotropy
Sandy soils
Soil skeleton
Seismic wave velocity
Grains physical properties
Baxter, C. D. P., Sharma, M. S. R., 2012. Shear wave velocity of weakly cemented silty sand during drained and undrained triaxial compression. Proceedings of GeoCongress 2012, ASCE, 890-899.
Bellotti, R., Jamiolkowski, M., Lo Presti, D. C. F., O’Neill, D. A., 1996. Anisotropy of small strain stiffness in Ticino sand. Geotechnique, 46, 1, 115-131.
Clayton, C. R. I., 2011. Stiffness at small strain: research and practice. Geotechnique, 61, 1, 5-37.
Das, B. M., Sobhan, K., 2014. Principles of Geotechnical Engineering, 4th Edition. Cengage Learning, Stamford, USA.
Dutta, T. T., Otsubo, M., Kuwano, R., Sato, T., 2020. Estimating multidirectional stiffness of soil using planer pizoelectric transducers in a large triaxial apparatus. soil and faundation, 60, 1269-1286.
Ezaoui, A., Di Benedetto, H., 2009. Experimental measurements of the global anisotropic elastic behaviour of dry Hostun sand during triaxial tests, and effect of sample preparation. Geotechnique, 59, 7, 621-635.
Fioravante, V., Giretti, D., Jamiolkowski, M., 2013. Small strain stiffness of carbonate Kenya Sand. Engineering Geology, 161, 65-80.
Gu, X. Q., Hu, J., Huang, M., 2017. Anisotropy of elasticity and fabric of granular soils. Granular Matter, 19:33.
Gu, X. Q., Li, Y., Hu, J., Shi, Z., Liang, F., Huang, M., 2022. Elastic shaer stiffness and fabric anisotropy of natural clays. Acta Geotechnica, 17, 3229-3243.
Gu, X. Q., Yang, J., Huang, M., 2013. DEM simulations of the small strain stiffness of granular soils: effect of stress ratio. Granular Matter, 15, 287 -298.
Handy, R. L., Spangler, M. G., 2007. Geotechnical Engineering: Soils and Foundation Principles and Practice, 5th Edition. The McGraw-Hill, New York, USA.
Ku, T., Mayne, P. W., 2013a. Profiling of K0 lateral stress coefficient in soils using paired directional G0 ratios. Jouranl of Applied Geophysics, 94, 15-21.
Ku, T., Subramanian, S., Moon, S. W., Jung, J., 2017. Stress dependency of shear wave velocity measurements in soils. Journal of Geotechnical and geoenvironmental Engineering, 143, 2, 04016092.
Kuwano, R., Jardine, R.J., 2002. On the applicability of cross-anisotropic elasticity to granular materials at very small strains. Ge´otechnique 52 (10), 727–749.
Masin, D., Rott, J., 2014. Small strain stiffness anisotropy of natural sedimentary clays: review and a model. Acta Geotechnica, 9, 299-312.
Pegah, E., Gu, X. Q., Liu, H., 2024. Fabric anisotropy of granular soils and its dependency on grading and particles specifications. Acta Geotechnica, https://doi.org/10.1007/s11440-024-02357-1.
Pegah, E., Liu, H., 2020a. Evaluation of hyperbolic stress-strain and bulk-modulus model parameters in granular soil mass using seismic surveying. Engineering Geology, 266, 105456.
Pegah, E., Liu, H., 2020b. Evaluating the overconsolidation ratios and peak friction angles of granular soil deposits using noninvasive seismic surveying. Acta Geotechnica, 15, 3193-3209.
Pegah, E., Liu, H., Gholami, A., 2021. Estimating drained cross-anisotropic elastic parameters in saturated clays using the undrained properties. Engineering Geology, 293, 106340.
Pegah, E., Liu, H., Gu, X. Q., Gholami, A., 2022. A semi-analytical approach for efficient calculation of drained cross-anisotropic elastic moduli in saturated granular soils from undrained attributes. Computers and Geotechnics, 148, 104794.
Pegah, E., Mahmoodi, M., Siavashpoo, A., 2016. Evaluation of seismic hazard and site geodynamic properties by using geophysical methods in the north of Iran. Journal of Civil Engineering and Construction, 5 (2), 126-142.
Shi, J., Haegeman, W., Cnudde, V., 2021. Anisotropic small-strain stiffness of calcareous sand affected by sample preparation, particle characteristic and gradation. Geotechnique, 71, 4, 305-319.
Styler, M. A., Howie, J. A., 2014. Continuous monitoring of bender element shear wave velocities during triaxial testing. Geotechnical Testing Journal, 37, 2, 218-229.