بررسی رابطه زاویه اصطکاک داخلی و شکل ذرات با استفاده از آزمایش‌های آزمایشگاهی و عکس‌برداری از دانه‌ها

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 1 استادیار دانشکده زمین شناسی، پردیس علوم، دانشگاه تهران

2 کارشناس ارشد زمین‌شناسی مهندسی

چکیده

تعیین پارامترهای ژئوتکنیکی رسوبات درشت‌دانه در مطالعات ژئوتکنیک موضوع مهمی می‌باشد. با توجه به تأثیر متغیرهای وابسته به شکل دانه بر روی پارامترهای ژئوتکنیکی خاک، این تحقیق روشی ارائه می‌دهد که در آن با استفاده از متغیرهای شکل دانه می‌توان زاویه اصطکاک داخلی آبرفت درشت‌دانه را تخمین زد. در این تحقیق از 9 محل در آبرفت‌های تهران نمونه خاک مناسب تهیه شد و با آزمایش‌های آزمایشگاهی انجام شده (آزمایش‌های شناسایی، سه محوری و برش مستقیم) زاویه اصطکاک داخلی هر نمونه تعیین گردید. سپس از دانه‌های تشکیل دهنده هر نمونه عکس‌های دیجیتالی تهیه شد و با مقایسه این عکس‌ها با نمودار پیشنهادی کرومباین و اسلاس (Krumbein and Sloss, 1963) متغیرهای شکل دانه (کرویتو گردشدگی) به صورت کمی تعیین شد. بدین منظور از 2520 دانه به روش چشمی و میکروسکوپی عکس‌برداری شده است. با رسم نمودارهایی ارتباط بین زاویه اصطکاک داخلی به دست آمده از آزمایش‌های آزمایشگاهی و متغیرهای شکل دانه بررسی شد و ضمن ارائه روابط تجربی بین آن‌ها مشخص شد که با افزایش زاویه‌دار بودن و کاهش کرویت دانه‌ها، زاویه اصطکاک داخلی خاک افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of correlation between internal friction angle and grains shape using laboratory tests and image technique of grains

نویسندگان [English]

  • Akbar Cheshomi 1
  • Nasim Khanmohammadi 2
  • Esmail Nasiri 2
1 Geology Department, Tehran University, Tehran- Iran
2 .M.Sc. In Engineering Geology
چکیده [English]

 
Determination of geotechnical parameter in coarse grained alluvia is important subject in geotechnical study. The paper presented a method that can be used to determine the angle of friction with use from particle shape for coarse grained alluvia. In this paper from 9 location in Tehran alluvia prepared soil samples. The angle of friction was determined based on the results of a number of laboratory test (Classification, triaxial and direct shear tests). Then, images of the grains forming the samples were taken and compared with the chart presented by Krumbein and Sloss (1963). In this manner determined shape grains variable (Sphericity and Roundness). In order to 2520 grains were taken images with use by microscope and without microscope. A relationship between the angles of friction was determined with laboratory tests and shape grains variable is investigated and proposed. With increase of angularity and decrease roundness, angles of friction increases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Angle of friction
  • Shape grains variable
  • Sphericity
  • Roundness

آژانس همکاری‌های بین المللی ژاپن (Japan International Cooperation Aagency)، 1380. گزارش ریزپهنه‌بندی لرزه‌ای تهران بزرگ. تهیه شده برای مرکز مطالعات زلزله و زیست‌محیطی شهرداری تهران بزرگ، 381 صفحه.

چشمی ا. 1385. مطالعه خواص مکانیکی آبرفت درشت دانه تهران بر اساس ترکیب زمین شناسی و آزمایش‌های مکانیکی. رساله دکتری، بخش زمین شناسی مهندسی دانشکده علوم پایه دانشگاه تربیت مدرس، 262 صفحه.

چشمی ا. فاخر ع. خامه چیان م. 1387. زمین شناسی آبرفت‌های تهران و ارزیابی طبقه‌بندی ریبن جهت مطالعات زمین‌شناسی مهندسی، مجله علوم دانشگاه تهران، شماره 34، صفحات 15-1.

ASTM, D422-63, 1996. Standard test method for particle size analysis of soils. Annual book of ASTM standards, Vol. 04.08. pp. 10-16.

ASTM, D3080-98, 2003. Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under Consolidated Drained Conditions. ASTM Book of Standards, Volume 04.08.

ASTM, D4767-95, 2003. Standard Test Method for Consolidated Undrained Triaxial Compression Test. ASTM Book of Standards, Volume 04.08.

Barrett, P.J., 1980. The shape of rock particles, a critical review. Sedimentology, Vol. 27: 291-303.

Cheshomi, A. , Fakher, A., Jones, C.J.F.P., 2009. A Correlation between Friction Angle and Particle Shape Metrics in Quaternary Coarse Alluvia. Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, Vol. 42: 145-155.

Cho, G.C., Dodds, J.S., Santamarina, J.C., 2004. Particle shape effect on packing density, stiffness and strength: Natural and crushed sand. ASCE Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 132 (5) : 591-602.

De Jaeger, J., 1991. Influence de la Morphologie des Sables sur Leur Comportement Mecanique. PhD Thesis, Universite Catholique de Louvain, 3 tomes. (In French).

Dodds, J., 2003. Particle Shape and Stiffness - Effect on Soil Behavior, MSc Thesis, Georgia Institute of Technology, Atlanta, 173 p.

Krumbein, W.C., Sloss, L.L., 1963. Stratigraphy and Sedimentation. W. H.Freeman and Co., San Francisco, 660 p.

Krumbein, W.C. 1941. Measurement and geological significance of shape and roundness of sedimentary particles. Journal of Sedimentary Petrology, Vol. 11(2) 64-72.

Mirghasemi, A. A., Rothenburg, L. and Matyas, E. L., 2002. Influence of particle shape on engineering properties of assemblies of two- dimensional polygon-shaped particles. Geotechnique, 52(3) : 209- 217.

Powers, M.C., 1953. A new roundness scale for sedimentary particles. Journal of Sedimentary Petrology, 23(2) : 117-119.

Santamarino, J.C., Cho, G.C., 2004. Soil behavior: The role of particle shape. Proc. Skempton Conf., March, London. 14 p.

Santamarina, J.C., Klein, K. and Fam, M., 2001. Soils and Waves. J. Wiley and Sons, Chichester, UK, 488 p.

Sukumaran, B., Ashmawy, A.K., 2001. Quantitative characterization of the geometry of discrete particles. Geotechnique, 51(7) : 619-627.

Terzaghi, K., 1967. Soil Mechanics in Engineering Practice, Wiley, London.

Wadel, H., 1932. Volume, shape, and roundness of rock particles. Journal of Geology, 40(2) : 443-451.

Zelasko, J.S., 1966. An Investigation of the Influences of Particles Size, Size Gradation and Particle Shape on the Shear Strength and Packing Behavior of Quarziferous Sand. PhD Thesis, Northwestern University, Evanston.