بررسی تأثیر سرعت بارگذاری بر پارامترهای مقاومتی فصل مشترک خاک- بتن آسفالتی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری ژئوتکنیک ،گروه عمران، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران.

2 استاد، گروه عمران، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران .

3 استادیار، گروه عمران، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران.

چکیده

مقاومت برشی خاک، تحت تأثیر عوامل مختلفی چون دانه‌بندی، تراکم نسبی مصالح، سطح تنش نرمال، سرعت بارگذاری و عوامل دیگر است. در صورت قرارگیری خاک و مصالح دیگر در مجاورت هم، مسأله‌ی اندرکنش مطرح می‌گردد. چنین شرایطی در سد خاکی با هسته‌ی بتن آسفالتی مشاهده می‌شود که در آن، تعیین رفتار مکانیکی مصالح فصل مشترک از اهمیت زیادی برخوردار است. در این تحقیق، یک بررسی آزمایشگاهی برای تعیین رفتار فصل مشترک مصالح خاکی فیلتر و بتن آسفالتی هسته، با استفاده از دستگاه برش مستقیم بزرگ‌مقیاس انجام شده است. بدین‌منظور، نمونه‌های حاوی مصالح خاکی GC و GP در تراکم نسبی یکسان، تحت سرعت‌های بارگذاری مختلف مورد آزمایش قرار گرفته و پارامترهای مقاومتی مشخص شده‌‌اند. از سوی دیگر، با توجه به تأثیر تراکم نسبی مصالح بر پارامترهای مقاومتی، نمونه‌های حاوی مصالح خاکی GP در دو تراکم نسبی متوسط و بالا، در سرعت‌های بارگذاری مختلف آزمایش شده و پارامترهای موردنظر تعیین گردیده‌اند. بر اساس نتایج حاصل، در مصالح GC سطح تماس، در سرعت‌های بارگذاری پایین، کاهش نسبت اندرکنش و در سرعت‌های بالا، افزایش نسبت اندرکنش مشاهده شده است. میزان افزایش و کاهش نسبت اندرکنش، معادل 36/2 درصد بوده است. در مصالح GP سطح تماس، با افزایش سرعت بارگذاری، نسبت اندرکنش، افزایشی معادل 3/2 درصد داشته است. همچنین، در سرعت بارگذاری ثابت، افزایش تراکم نسبی مصالح خاکی GP در سطح تماس، از سطح متوسط به بالا، منجر به کاهش نسبت اندرکنش شده است. از طرفی، افزایش سرعت بارگذاری در مصالح با تراکم نسبی متوسط و بالا، به ترتیب، افزایش و کاهش نسبت اندرکنش را به دنبال داشته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Study of the impact of the shear rate on strength characteristics of the soil materials-asphalt concrete interface

نویسندگان [English]

  • Ashkan Gholipoor noroozi 1
  • Rasou Ajalloeian 2
  • Meysam Bayat 3
1 Phd student,Department of Civil Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran.
2 Professor,Department of Civil Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran.
3 Assistant Professor,Department of Civil Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad,
چکیده [English]

Soil shear strength is affected by various factors such as grading, compaction percent of materials, vertical load level, shear rate and other factors. When placing soil and other material in the vicinity‌, the interaction problem is discussed‌. Such conditions are observed in embankment dams with asphalt concrete cores, in which determining the mechanical performance of the interfacing materials has great importance. In this research, a laboratory study has been conducted to characterize the interface behavior of soil materials of filter and asphalt concrete in the core, through direct shear test. For this purpose, specimens containing soil materials from classes GC and GP at the same relative density were tested under different shear rates and the strength parameters were determined. On the other hand, for considering the impact of the relative density of the materials on strength characteristics, specimens containing materials from GP class at both medium and high relative densities were tested at different shear rates and the desired parameters were determined. Based on the results, in GC interface materials, the interaction ratio has diminished at small shear rates and increased at elevated shear rates. The amount of increase and decrease of the interaction ratio was equal to 2.36 percent. In GP interface materials, the ratio of interaction has increased by 2.3% with a higher shear rate. Also, for constant shear rates, increasing the compaction percent of materials from GP class in the interface, from medium to high level, has resulted to reduced interaction ratio. Increasing the shear rate in materials with moderate and high relative density also followed, respectively, the increase and decrease of the interaction ratio‌.

کلیدواژه‌ها [English]

  • embankment dam
  • asphalt concrete
  • interface element
  • direct shear apparatus
  • shear rate
  • relative density
[1] Wang, Weibiao.; Feng, Shan.; & Zhang, Yingbo. (2017). Investigation of asphalt core-plinth connection in embankment dams. Case Studies in Construction Materials, 7(2017), Pages: 305-316. doi:10.1016/j.cscm.2017.09.002
[2] Tajdini, M.; Rezaei Arjroudi, A. and Mahpoor, A.R. (2019). Investigation of shear strength parameters of sand and asphalt in the contact surface element. Scientific Journal of Transportation, Vol. 16, Issue 59, Pages: 189-198(in Persian).
[3] Nicholson, Peter G. (2015). Soil improvement and ground modification methods. Butterworth-Heinemann publications (Elsevier Inc.).
­[4] Li, Y., Chan, L. S., Yeung, A. T., & Xiang, X. (2013). Effects of test conditions on shear behaviour of composite soil. Proceedings of the Institution of Civil Engineers: Geotechnical Engineering, 166(3), Pages: 310–320. https://doi.org/10.1680/geng.11.00013
­[5] Chevalier, B.; Baudouin, G.; Godi, G.; Bacconnet, C. & Breul, P. (2016). Mechanical testing of coarse soils with large direct shear box. Eurofuge 2016 - 3rd European Conference on Physical Modelling in Geotechnics, June 2016, Nantes, France. ‌hal-01658947‌.
­[6] Chai, W., Long, Z. L., Kuang, D. M., Chen, J. M., & Yan, C. P. (2019). Effect of shear rate on shear strength and deformation characteristics of calcareous sand in direct shear test. Yantu Lixue/Rock and Soil Mechanics, 40, Pages:         359–366. https://doi.org/10.16285/j.rsm.2018.2311
[7] Hamed, M., Sidik, W. S., Canakci, H., Celik, F., & Georgees, R. N. (2020). Characterization of shear strength and interface friction of organic soil. In Key Engineering Materials (Vol. 857 KEM, Pages: 203–211). Trans Tech Publications Ltd. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.857.203
­[8] Beren, M., Çobanoglu, I., Çelik, S. B., & Ündül. (2020). Shear Rate Effect on Strength Characteristics of Sandy Soils. Soil Mechanics and Foundation Engineering, 57(4), Pages: 281–287. https://doi.org/10.1007/s11204-020-09667-y
[9] Zhang, M., Sang, S., Wang, Y., & Bai, X. (2020). Factors Influencing the Mechanical Characteristics of a Pile–Soil Interface in Clay Soil. Frontiers in Earth Science, 7. https://doi.org/10.3389/feart.2019.00364
[10] Ghaffari, J. & Binay, R. (2021). Investigation of loading rate effect on the shear strength of clay-sand mixture in triaxial test. Amir Kabir journal of Civil Engineering, 53(4), 1-3. doi:10.22060/ceej.2019.16947.6439
­[11] Raj Bhat, D. (2022). Shear rate effect on residual strength of typical clay soils. Innovative Infrastructure Solutions, 7(1). https://doi.org/10.1007/s41062-021-00629-3
[12] ASTM-D422, Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils, West Conshohocken, PA: ASTM International (2007).
[13] ASTM-D4318, Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils, West Conshohocken, PA: ASTM International (2010).
[14] ASTM-D1557, Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Modified Effort (56,000 ft-lbf/ft3 (2,700 kN-m/m3)), West Conshohocken, PA: ASTM International (2012).
[15] ASTM-D4254, Standard Test Methods for Minimum Index Density and Unit Weight of Soils and Calculation of Relative Density, West Conshohocken, PA: ASTM International (2017).
[16] ASTM-D5581, Standard Test Method for Resistance to Plastic Flow of Bituminous Mixtures Using Marshall Apparatus (6 inch-Diameter Specimen), West Conshohocken, PA: ASTM International (2007).
[17] Moradi, Dariush. (1401). Comprehensive directory of soil mechanics, soil and geotechnical engineering. First Edition.­ Tehran: Noavar Publication (in Persian).
­­[18] Bowles JE. (1982). Foundation analysis and design. 3rd ed. Canada: McGraw-Hill.