Εργαστηριακή μελέτη της συμπεριφοράς ιλυωδών άμμων σε συνθήκες μονοτονικής και ανακυκλικής φόρτισης

Abstract

The purpose of the work presented in the PhD thesis is the laboratory investigation of the monotonic an cyclic behaviour of silty sands. The primary goal was: a) the determination of the effect of non-plastic fines, effective stress and density on the cyclic behaviour of artificial sand-silt mixtures and natural silty sands, as expressed by liquefaction resistance ration and rope water pressure buildup and b) the study of the monotonic behaviour of the tested soils and the relation of their Critical Sate with their liquefaction resistance. The cyclic triaxial apparatus of the Laboratory of Aristotle University of Thessaloniki was used for the performance of monotonic and cyclic triaxial test on artificial mixtures of sand with non-plastic fines as well as on silty sands, liquefied in the field during earthquakes. The kind of monotonic behaviour (contractive, contractive/dilative or clear dilative) of silty sands is determined depending on their density, effective stress of fines content. From the position of their Critical State Lines there is a threshold fines content which is the same with the one determined for the cyclic behaviour of sand-silt mixtures. An equation is proposed for the estimation of the threshold fines content in relation with the void ration of the mixture, the ration of fines to sand diameter, the separation distance and the arrangement of sand grains. This equation is extremely useful because it contributes in explaining and understanding the change in the behaviour of mixtures with increasing fines content indicating the importance of grading distribution, mineralogy and characteristics of fine shape. Even if the positive effect of fines on liquefaction resistance ratio, that is taken in account in all modern codes, is confirmed from the results of this PhD thesis, the results also indicate the significance of other parameters such as the soils mineralogy, grading distribution, characteristics of their grains shape as well as their plasticity, geological history, which affect their liquefaction resistance and are not taken in account in the codes

Αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής είναι η εργαστηριακή μελέτη της μονοτονικής και ανακυκλικής συμπεριφοράς των ιλυωδών άμμων. Ο πρωταρχικός στόχος της είναι: α) ο προσδιορισμός της επίδρασης των μη-πλαστικών λεπτοκόκκων, της ενεργού τάσης και της πυκνότητας στην ανακυκλική συμπεριφορά, όπως εκφράζεται από το λόγο αντίστασης ρευστοποίησης και τη συσσώρευση τη υπερπίεσης του ύδατος των πόρων, τεχνητών μειγμάτων άμμου-ιλύος και φυσικών ιλυωδών άμμων και β) η μελέτη του είδους της συμπεριφοράς των μελετηθέντων εδαφών υπό μονοτονική φόρτιση και η σύνδεση της Κρίσιμης Κατάστασής τους με το λόγο αντίστασης ρευστοποίησης. Χρησιμοποιήθηκε η τριαξονική συσκευή ανακυκλικής φόρτισης του Εργαστηρίου Εδαφομηχανικής, Θεμελιώσεων και Γεωτεχνικής Σεισμικής Μηχανικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης και εκτελέστηκαν τριαξονικές δοκιμές μονοτονικής και ανακυκλικής φόρτισης, σε τεχνικά μείγματα άμμου με μη-πλαστικά λεπτόκοκκα καθώς και σε φυσικές ιλυώδεις άμμους οι οποίες ρευστοποιήθηκαν στο πεδίο κατά τη διάρκεια σεισμών. Το είδος της μονοτονικής συμπεριφοράς των ιλυωδών άμμων (συστολική, συστολική/διαστολική, διαστολική ή καθαρή διαστολική) προσδιορίζεται ανάλογα με την πυκνότητα, την ενεργό τάση και το ποσοστό λεπτοκκόκων τους. Το κρίσιμο ποσοστό λεπτοκόκκων που προκύπτει από τη θέση των Γραμμών Κρίσιμης Κατάστασης είναι το ίδιο με εκείνο που προσδιορίστηκε για την ανακυκλική συμπεριφορά των τεχνητών μειγμάτων. Η προτεινόμενη σχέση για τον προσδιορισμό του κρίσιμου ποσοστού σαν συνάρτηση του δείκτη πόρων του μείγματος , του λόγου των διαμέτρων του λεπτόκκοκου και της άμμου, της διαχωριστικής απόστασης και της διάταξης των κόκκων μεγάλης διαμέτρου, είναι εξαιρετικά χρήσιμη διότι συμβάλλει στην ερμηνεία και στην κατανόηση της αλλαγής της συμπεριφοράς των μειγμάτων με αυξανόμενο ποσοστό λεπτοκκόκων αναδεικνύοντας τη σημασία της κοκκομετρικής διαβάθμισης, της ορυκτολογικής σύστασης και των χαρακτηριστικών του σχήματος των λεπτοκόκκων. Όσον αφορά στην ανακυκλική συμπεριφορά των ιλυωδών άμμων, η επίδραση του ποσοστού λεπτοκόκκων στο λόγο αντίστασης ρευστοποίησης, είναι θετική μέχρι το κρίσιμο ποσοστό και αρνητική στη συνέχεια, όταν η σύγκριση των αποτελεσμάτων γίνεται για σταθερό δείκτη πόρων η επίδραση είναι αρνητική μέχρι το κρίσιμο ποσοστό και θετική στη συνέχεια. Το κρίσιμο ποσοστό λεπτοκόκκων μειώνεται με αυξανόμενη ενεργό τάση. Η επίδραση του ενεργού τάσης στη λέσχη μεταξύ του λόγου αντίστασης ρευστοποίησης και παραμέτρου Κρίσιμης Κατάστασης εξεσθενεί για ποσοστά λεπτοκόκκων μεγαλύτερα από το 15%. Σε μεγάλες τάσεις (≥300kPa) εάν εκδηλωθεί ρευστοποίηση του εδάφους αυτή θα έχει τη μορφή της ανακυκλικής κινητικότητας. Αν και επιβεβαιώνεται η θετική επίδραση των λεπτοκόκκων στο λόγο αντίστασης ρευστοποίησης η οποία υιοθετείται στους σύγχρονους κανονισμούς, τα αποτελέσματα της διατριβής αναδεικνύουν τη σημασία και άλλων παραμέτρων όπως η ορυκτολογική σύσταση των εδαφών, η κoκκομετρική τους διαβάθμιση, τα χαρακτηριστικά του σχήματος των κόκκων τους καθώς κα η πλαστικότητα αλλά και η γεωλογική τους ιστορία, τα οποία επηρεάζουν την αντίστασή τους σε ρευστοποίηση και δεν λαμβάνονται υπόψη στους κανονισμούς.