A basic set of experiments for the determination of mechanical properties of sands is described. This includes the determination of basic physical and mechanical properties, as conventionally applied in soil mechanics, as well as some additional experiments, which provide further information on mechanical properties of granular soils. These additional experiments allow for determination of steady state and instability lines, stress-strain relations for isotropic loading and pure shearing, and simple cyclic shearing tests. Unconventional oedometric experiments are also presented. Necessary laboratory equipment is described, which includes a triaxial apparatus equipped with local strain gauges, an oedometer capable of measuring lateral stresses and a simple cyclic shearing apparatus. The above experiments provide additional information on soil’s properties, which is useful in studying the following phenomena: pre-failure deformations of sand including cyclic loading compaction, pore-pressure generation and liquefaction, both static and caused by cyclic loadings, the effect of sand initial anisotropy and various instabilities. An important feature of the experiments described is that they make it possible to determine the initial state of sand, defined as either contractive or dilative. Experimental results for the “Gdynia” model sand are shown

چکیده

سری اولیه آزمایشات تعیین مشخصات مکانیکی ماسه ها در این مقاله شرح داده خواهد شد. این آزمایشات شامل تعیین مشخصات فیزیکی و مکانیکی اصلی هستند که استفاده بسیاری در مکانیک خاک دارند و علاوه بر این شامل آزمایشات اضافی نیز می شوند که اطلاعات بیشتری را در مورد مشخصات مکانیکی خاک های دانه ای ارائه می دهند. این آزمایشات اضافی اجازه تعیین وضعیت پایدار و خطوط ناپایداری، روابط تنش-کرنش برای بارگذاری ایزوتروپیک و برش خالص و نیز آزمایشات برش تناوبی ساده ارائه دهند. آزمایشات اوئدومتریک غیرمعمول نیز ارائه می شوند. تجهیزات آزمایشگاهی لازم نیز که شامل یک دستگاه سه محوری مجهز به کرنش‌سنج های داخلی، یک اوئودمتر با قابلیت اندازه گیری تنش های جانبی و یک دستگاه برش تناوبی ساده هستند، تشریح می شوند. آزمایشات فوق، اطلاعات اضافه تری در مورد مشخصات خاک ارائه می دهند که در مطالعه پدیده های زیر مفید هستند: تغییرشکل های ماسه پیش از تسلیم شامل متراکم سازی با بارگذاری تناوبی، تولید فشار حفره ای و روانگرایی، اثر ناهمسانگردی اولیه ماسه و ناپایداری های مختلف ناشی از بارگذاری استاتیکی و تناوبی. یک خصوصیت مهم آزمایشات تشریح شده این است که این آزمایشات، تعیین وضعیت اولیه ماسه که بصورت انقباظی یا اتساعی تعریف می شود، ممکن می سازند. نتایج آزمایشگاهی برای مدل ماسه «گداینیا» نشان داده می شوند.

1-مقدمه

در خاک های دانه ای، پدیده های مختلفی ظاهر می شوند که در مصالح دیگر به چشم نمی خورند مانند اتساع، متراکم شدگی، روانگرایی، ناپایداری مشخصه و غیره. این گونه پدیده ها و نیز سایر مشخصات خاک نظیر مقاومت و قابلیت تغییرشکل با تعدادی از مدل های مختلف که روز به روز بیشتر، پیچیده تر و درک آنها دشوارتر می شود، نمایش داده می شوند. اغلب این مدل ها «پیش بینی های مجازی در یک محیط بازی رایانه ای به وجود می آورند» (1) یا به شکلی هستند که «هیچ محقق دیگری نمی تواند با آنها کار کند» (2). این مدل ها برای تمرین مهندسین ژئوتکنیک نیز که به مدل های نسبتاً ساده و قابل اطمینانی نیاز دارند، استفاده کمتری دارند. یکی مشکلات اصلی در مکانیک خاک این است که هر مدل این چنینی شامل تعداد بسیاری از پارامترها یا ثابت های مختلف است که باید بطور آزمایشگاهی تعیین شوند که اغلب آنها معنای فیزیکی ندارند. زمانی که مدل برای آنکه عمومی تر شود پیچیده تر می گردد، تعداد این گونه پارامترها نیز بیشتر می شود. از طرف دیگر، مهندسین ژئوتکنیک ابزار سنتی خود را حفظ کرده و آنها را عمدتاً بر اساس دانش تجربی توسعه می دهند. این دو شاخه، مهندسی ژئومکانیک و ژئوتکنیک، تقریباً بطور مجزا توسعه می یابند. با این حال برخی مسائل در هر دو دیده می شود و یکی از این مسائل، یک سری کمینه از پارامترهایی است که برای توصیف مشخصات مکانیکی خاک های دانه ای لازم هستند...