ارزیابی تأثیر شکل و یکنواختی ذرات خاک‌های دانه‌ای بر درصد تخلخل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد زمین­شناسی مهندسی، دانشگاه اصفهان

2 استاد گروه زمین شناسی مهندسی دانشگاه اصفهان

چکیده

یکی از اهداف مهم در ساخت جاده­ها و بدنه سدهای خاکی، متراکم ساختن هرچه بیشتر خاک می‌باشد. افزایش تراکم همراه با کاهش پوکی باعث بهبود خصوصیات مهندسی مصالح خاکی نظیر مقاومت و نفوذپذیری می­شود. نسبت پوکی حداقل خاک علاوه بر انرژی تراکم، به خصوصیات مهندسی خاک نیز وابسته می­باشد. از جمله عوامل تأثیرگذار بر خصوصیات خاک‌های دانه‌ای می‌توان به شکل ذرات و ضریب یکنواختی اشاره کرد. از آنجایی که روابط تجربی در مهندسی ژئوتکنیک از اهمیت ویژه­ای برخوردار هستند، بدین لحاظ در تحقیق حاضر سعی بر آن است که رابطه­ی تجربی بین پوکی و پارامترهای مزبور بدست آورده شود. اگرچه مطالعاتی در این زمینه صورت گرفته است ولیکن نتایج آن مطالعات جامع نبوده و از دقت بالایی برخوردار نیستند. در تحقیق حاضر با استفاده از نتایج آزمایشگاهی روابطی جامع و دقیق جهت برآورد پوکی حداقل خاک‌های دانه‌ای نسبتاً یکنواخت ارائه شده است. در این مطالعه چهل و دو نمونه خاک با شکل و ضریب یکنواختی متفاوت تهیه شدند، سپس با استفاده از وسایل اندازه‌گیری دقیق و نمودارهای مقایسه‌ای ضریب گردشدگی و کرویت هر کدام اندازه‌گیری شد و در نهایت با استفاده از 70 درصد از داده­های حاصل آمده، رابطه‌ای برای محاسبه پوکی حداقل بر اساس درجه گرد شدگی، کرویت و ضریب یکنواختی ارائه گردیده است. اعتبارسنجی روابط بدست­آمده نیز با استفاده از مابقی داده‌ها صورت گرفت. نتایج حاصله روندی منطقی و قابل قبول داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of particles shape and uniformity effects of grain soil on porosity

نویسندگان [English]

  • Ghasem Shahparifar 1
  • Rasoul Ajalloeian 2
1 M.Sc. of Geological Engineering, Faculty of Science, University of Isfahan
2 Professor, Department of Engineering Geology, Isfahan University
چکیده [English]

One of important goals in projects of road and soil dams is to compact whatever more of soil. Compaction of soil with reducing in void ratio causes to improve technical properties such as resistance and permeability. Minimum void ratio depends on soil properties and compaction energy. The most important properties of a soil in this regard are soil particles shape and coefficient of uniformity. Now days, presentation of exact experimental equations in geotechnical engineering have special importance. Therefore in this study it is tried to propose an equation between void ratio and the effective parameters. There are a lot of papers in this field; but the results of those previous studies were not comprehensive. In this paper, an exactly equation for calculation of minimum void ratio was recommended for poorly graded soils. In this study, 42 soil samples with different shapes, coefficient of uniformity and size were prepared; then, using instruments and preparation chart, sphericity and roundness of samples were measured; next minimum void ratio of the samples were measured. At last, using 70 percent of data, an equation for calculating of minimum void ratio based on sphericity, roundness and coefficient of uniformity was presented. Also, using other results, validation of the equation was presented. The results were completely logical.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil particles shape
  • Sphericity
  • Roundness
  • Void ratio
  • Coefficient of uniformity

حامدی، ج.، 1390، روشهای پژوهش خوب، انتشارات دانشگاه تهران، صفحات400 تا410.

Aschenbrenner, B.C., 1956. A new method of expressing particle sphericity, Journal of sedimentary petrology, 26: 15-31.

Blott, S. J., Pye, K., 2008. Particle shape: a review and new methods of characterization and classification, Journal of sedimentology, 55 (1): 31-63.

Chan, L.C.Y,. Page, N.W., 1997. Particle fractal and load effects on internal friction in powders, Journal of powder technology, 90: 259-266.

Cho, G.C., Dodds, J.S., Santamarina, J.C., 2006. Particle shape effects on packing density, Stiffness and strength: natural and crushed sands, Journal of geotechnical and geoenviromental engineering, 132 (5): 591–602.

Cubrinovski, M,. Ishihara, K., 2002. Maximum and minimum void ratio characteristics of sands, Journal of soils and foundation, 42 (6): 65-78.

Dyskin, A. V., Estrin, Y., Kanel-Belov, A. J., Pasternak, E., 2001. Toughening by fragmentation - How topology helps, Advance engineering material, 3(1): 885-888.

Erdogan, S. T,. Fowler, D. W., 2005. Determination of aggregate shape properties using X-ray Topographic Methods and the effect of shape on concrete rheology, International center for aggregates research, Research report: ICAR 106-1.

Jia, X., Williams, R. A., 2001. A packing algorithm for particles of arbitrary shapes, Journal of powder technology, 120: 175-186.

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

Krumbein, W. C., Sloss, L. L., 1963. Stratigraphy and sedimentation, Freeman, San Francisco, Second edition.

Kuo, C., Rollings, R. S., Lynch, L. N., 1998. Morphological study of coarse aggregates using image analysis, Journal of materials in civil engineering, 10 (3): 135-142.

Kuo, C-Y,. Freeman, R. B., 2000. Imaging indices for quantification of shape, Angularity and surface texture of aggregates, Transportation research board 79th annual meeting, Washington, 686.

Mitchell, J. K., Soga, K., 2005. Fundamentals of soil behavior, Third edition, Wiley, New Jersey.

Miura, K., Maeda K., Furukawa, M., Toki, S., 1998. Mechanical characteristics of sands with different primary properties, Journal of soils and foundations, 38: 159-172.

Nakata, Y., Kato, Y., Hyodo, M., Hyde, A. F. L., Murata, H., 2001. One dimensional compression behavior of uniformly graded sand related to single particle crushing strength, Journal of soils and foundations, 41(2): 39-51.

Santamarina, J.C., Cho, G.C., 2004. Soil behavior: the role of particle shape, The Skempton conference, Thomas Telford, London, 604–617.

Shimobe, S., Moroto, N., 1995. A new classification chart for sand liquefaction, Earthquake geotechnical engineering conference, Rotterdam, The Netherlands, 315-320.

Siang, A. J. L. M., Wijeyesekera, D. C., Zainorabidin, A., Bakar, E., 2012. The Effects of particle morphology (shape and sizes) characteristics on its engineering behavior and sustainable engineering performance of sand, International journal of integrated engineering - Special issue on ICONCEES, 4 (3): 27-37.

Tickell, F. G., Hiatt, W. N., 1938. Effect of the angularity of grains on porosity and permeability, Journal of bulleting of the American association of petroleum geologist, 22: 1272-1274.

Wadell, H., 1932. Volume, shape and roundness of rock particles, Journal of geology, 40: 443-451.

Wadell, H., 1935. Volume, shape and roundness of quartz particles, Journal of geology, 43 (3): 250- 279.

Youd, T.L., 1973. Factors controlling maximum and minimum densities of sands, Evaluation of relative density and its role in geotechnical projects involving cohesion less soils, ASTM STP523, West Conshohocken, 98–112.

Youssef, G., Gihan A., 2007. Correlations between relative density and compaction test parameters, Twelfth international colloquium on structural and geotechnical engineering.