۳-۳-۴- خواص معدنی
یک تغییر کوچک در خواص معدنی باعث اثر زیادی روی رفتار خاک می­ شود. برای مثال، تغییر ناچیز در خواص رس فعال، تغییر بسزایی روی تورم آن دارد (میشل و سوگا، ۲۰۰۵).

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

۳-۳-۵- بافت و ساختار
تراکم در خاک­های دارای ساختار لانه‌زنبوری^[۶۹] (مجوف) و فلوکولیت با سرعت بیش­تری نسبت به خاک دارای ساختار پراکنده انجام می­گردد (شکل ۳-۴). در فشارهای پایین­تر از فشار پیش­تحکیمی، خاک­های دارای ساختار فلوکولیت نسبت به خاک­های دارای ساختار پراکنده، تراکم­پذیری کم­تری دارد. البته تراکم­پذیری در فشار بالاتر از فشار پیش­تحکیمی برعکس است (سید و همکاران^[۷۰]، ۱۹۶۲).
شکل ۳-۴: اثر بافت و غلظت الکترولیت بر تورم رس متراکم (سید و همکاران، ۱۹۶۲)
۳-۳-۶- تاریخچه­ تنش
در ابتدای فرایند تحکیم، خاک­های پیش­تحکیم یافته^[۷۱] تراکم­پذیری کم­تر و تخلخل بیش­تری نسبت به خاک­های عادی تحکیم^[۷۲] یافته دارند (شکل ۳-۵).
شکل ۳-۵: مقایسه­ پارامترهای تراکم‌پذیری و تورمی خاک عادی تحکیم یافته و پیش تحکیم یافته (داس، ۲۰۰۰)
قسمت فوقانی نمودار نسبت تخلخل  در مقابل  در شکل ۳-۶، یک منحنی با شیب ملایم است که با یک قسمت تقریباً خطی و شیب تند دنبال می­ شود. این موضوع را این‌طور می­توان توجیه نمود:
شکل ۳-۶: نسبت تخلخل در مقابل فشار (داس، ۲۰۰۵)
ازنقطه‌نظر تاریخچه­ زمین­ شناسی، نمونه­ به‌دست‌آمده از عمق، تحت تأثیر فشار سربار مؤثری قرار داشته و تحت آن تحکیم یافته است. حداکثر فشار سربار مؤثر ممکن است مساوی و یا بزرگ­تر از فشار سربار موجود در هنگام نمونه گیری باشد. کاهش سربار ممکن است دارای فرایند طبیعی (مثل فرسایش) و یا فرایند انسانی باشد. درهرصورت پس از نمونه گیری، نمونه از فشار سربار موجود نیز آزاد شده و درنتیجه مقداری منبسط می­ شود. وقتی‌که این نمونه تحت آزمایش تحکیم قرار گیرد تا جایی که فشار وارده مساوی فشار سربار مؤثر صحرایی در گذشته باشد، مقدار فشردگی (و یا تغییر در نسبت تخلخل) کوچک خواهد بود و درواقع فقط انبساط ایجاد شده به علت آزاد شدن فشار سربار در هنگام نمونه گیری جبران می­ شود. وقتی‌که فشار کل مؤثر بر نمونه در هنگام آزمایش بزرگ­تر از فشار سربار مؤثر در گذشته باشد، تغییرات تخلخل بزرگ­تر شده و نمودار  در مقابل  ، خطی با شیب تندتر خواهد شد (داس، ۲۰۰۵).
موضوع فوق را می­توان در آزمایشگاه با انجام باربرداری در فشاری بزرگ­تر از فشار سربار مؤثر، اثبات کرد. نمودار تخلخل- لگاریتم فشار برای چنین تحقیقی مشابه شکل ۳-۷ خواهد شد که در آن شاخه­  نشان‌دهنده‌ی باربرداری و شاخه­  نشان‌دهنده‌ی فرایند بارگذاری مجدد است.
بر پایه­ مطالب ارائه شده، ازنقطه‌نظر تاریخچه­ سربار مؤثر، رس­ها به دو گروه طبقه ­بندی می­شوند:
شکل ۳-۷: تأثیر بارگذاری و باربرداری و بارگذاری مجدد در نمودار تخلخل در مقابل لگاریتم فشار (داس، ۲۰۰۰)
۱- رس­های عادی تحکیم یافته که برای آن­ها فشار سربار موجود، حداکثر فشار سربار مؤثری است که نمونه تاکنون تحت تأثیر آن بوده است.
۲- رس­های پیش­تحکیم یافته که فشار سربار موجود بر روی آن­ها، کم­تر از فشار سربار حداکثری است که در گذشته، نمونه آن را تجربه کرده است. حداکثر فشار سربار مؤثر در گذشته، فشار پیش تحکیم نامیده می­ شود.
کاساگرانده^[۷۳] (۱۹۳۶) یک روش ترسیمی ساده برای تعیین فشار پیش تحکیم  در روی نمودار آزمایشگاهی  در مقابل  ارائه داده که با توجه به شکل ۳-۸، مطابق زیر است:
۱- با بررسی چشمی، در روی نمودار  در مقابل  ، نقطه­ای مثل a تعیین نمایید که دارای حداقل شعاع انحنا باشد.
۲- خط افقی  را رسم کنید.
۳- مماس  را در نقطه  بر منحنی رسم کنید.
۴- خط  یعنی نیمساز زاویه­ی  را رسم کنید.
۵- قسمت خطی  نمودار  در مقابل  را به سمت عقب ادامه دهید تا  را در  قطع کند. طول نقطه  فشار پیش تحکیم است.
نسبت پیش تحکیم (  ) برای یک خاک به‌صورت زیر تعریف می­ شود:
(۳-۱)
که در آن:
= فشار پیش تحکیم در روی نمونه
= فشار سربار موجود در روی نمونه
شکل ۳-۸: روش ترسیمی برای تعیین فشار پیش تحکیمی (داس، ۲۰۰۰)
۳-۳-۷- دما
در خاک­های زهکشی­شده، افزایش دما سبب کاهش در حجم می­گردد، ولی اگر از زهکشی جلوگیری شود، افزایش دما سبب کاهش تنش مؤثر می­گردد (میشل و سوگا، ۲۰۰۵).
۳-۳-۸- تغییرات شیمیایی آب حفره‌ای
هر تغییری در محلول شیمیایی آب حفره­ای باعث کاهش نیروی آب جذبی با سطح ذرات و درنهایت در تورم و نیروهای ناشی از آن کاهش می­یابد (شکل ۳-۴). این کار با شدت الکترولیت در آب جذبی رس متراکم باعث تغییر تورم می­گردد. در رس­های غیرمتراکم، تغییرات محلول شیمیایی آب حفره­ای به نسبت، اثر کم­تری بر روی رفتار تراکمی دارد (کازی و موم^[۷۴]، ۱۹۷۳; ترانس^[۷۵]، ۱۹۷۴).
۳-۳-۹- دست­خوردگی
دست­خوردگی نمونه در روی نمودار تخلخل- فشار تأثیر می­ گذارد. برای یک خاک رس عادی تحکیم­یافته با حساسیت کم تا متوسط (شکل ۳-۹) تحت فشار سربار مؤثر  با نسبت تخلخل  ، تغییرات نسبت تخلخل با افزایش فشار در صحرا تقریباً به‌صورت منحنی ۱ خواهد بود که منحنی تحکیم بکر نامیده می­ شود و تقریباً در روی مقیاس نیمه­لگاریتمی، به‌صورت خط مستقیم است.
شکل ۳-۹: خصوصیات رس عادی تحکیم یافته با حساسیت کم تا متوسط (داس، ۲۰۰۰)
لیکن منحنی تحکیم آزمایشگاهی برای یک نمونه­ نسبتاً دست­نخورده از همان خاک، مطابق منحنی ۲ خواهد بود که در سمت چپ منحنی ۱ قرار دارد. اگر نمونه کاملاً به هم خورده و آزمایش تحکیم روی آن انجام شود، منحنی تحکیم مطابق منحنی شماره­ ۳ خواهد بود. منحنی­های ۱، ۲ و ۳ یکدیگر را تقریباً در نسبت تخلخل  قطع می­ کنند (ترزاقی و پک^[۷۶] ۱۹۶۷).
برای یک خاک رسی پیش تحکیم یافته با حساسیت کم تا متوسط که تحت فشار پیش تحکیم  قرار داشته است (شکل ۲-۹) و فشار سربار موجود و نسبت تخلخل نظیر به ترتیب مساوی  و  می­باشد، منحنی تحکیم صحرایی تقریباً دارای مسیر  خواهد بود. توجه شود که  قسمتی از منحنی تحکیم بکر است. نتیجه آزمایش تحکیم بر روی نمونه ­ای با دست­خوردگی متوسط مطابق منحنی ۲ خواهد بود. اشمرتمن^[۷۷] (۱۹۵۳) چنین نتیجه ­گیری کرد که شیب خط  که مسیر تحکیم مجدد صحرایی است، تقریباً مشابه شیب منحنی باربرداری  است.
رس­های حساس دارای ساختاری فولکوله بوده و در صحرا، معمولاً مقداری پیش تحکیم یافته هستند. مشخصه­ی تحکیم برای چنین خاک­هایی در شکل ۳-۱۰ نشان داده شده است.
شکل ۳-۱۰: خصوصیات تحکیم رس پیش تحکیم یافته با حساسیت کم تا متوسط (داس،۲۰۰۰)
۳-۳-۱۰- تأثیر دوام بار
در آزمایش تحکیم مرسوم، هر بارگذاری روی نمونه به مدت ۲۴ ساعت حفظ می­ شود. بعدازآن بار روی نمونه دو برابر می­ شود. این سؤال پیش می ­آید که چه تغییری در روی نمودار  در مقابل  پیش می ­آید، اگر (الف) زمان حفظ بار روی نمونه غیر از ۲۴ ساعت باشد، (ب) با ثابت بودن تمام عوامل، نسبت افزایش بار  غیر از ۱ انتخاب شود (  = افزایش بار بر واحد سطح نمونه،  = بار موجود در روی نمونه بر واحد سطح).
کرافورد^[۷۸] (۱۹۶۴) آزمایش­های متعددی روی خاک رس لدا^[۷۹] انجام داد که در آن­ها میزان بار در دو مرحله­ پی­درپی دو برابر می­شد (  )، لیکن مدت حفظ بار در روی نمونه­ها متغیر بود. در شکل ۳-۱۱ نمودارهای  در مقابل  حاصل از این آزمایش­ها نشان داده شده است.
شکل ۳-۱۱: تأثیر دوام بار در روی نمودار نسبت تخلخل- فشار (داس، ۲۰۰۰)
از این منحنی­ها مشاهده می­ شود که با افزایش زمان حفظ بار در روی نمونه، نمودار  در مقابل  به‌تدریج به سمت چپ حرکت می­ کند. بدین معنی که برای هر شدت بار وارد بر روی نمونه (  )، نسبت تخلخل در انتهای تحکیم، با افزایش  ، کاهش می­یابد. برای مثال در شکل ۳-۱۱، در  ،  برای ۲۴  ساعت و  برای ۷  روز است که در آن  می­باشد.
علت چنین تغییراتی در روی منحنی  در مقابل  این است که با افزایش زمان  ، مقدار تحکیم ثانویه­ی نمونه افزایش می­یابد که این موضوع باعث کاهش نسبت تخلخل  می­ شود. توجه شود که در منحنی­های شکل ۳-۱۱، مقادیر نسبتاً مختلفی برای فشار پیش تحکیم  به دست می ­آید. با کاهش زمان  ، مقدار  افزایش می­یابد.
۳-۳-۱۱- نسبت افزایش بار
نسبت افزایش بار  نیز در روی منحنی  در مقابل  تأثیر می­ گذارد. این موضوع توسط لئونارد و اتشافل^[۸۰] دقیقاً مورد بحث قرار گرفته است (۱۹۶۴). شکل ۳-۱۲ تغییرات منحنی  در مقابل  را برای مقادیر مختلف  نشان می­دهد. با افزایش تدریجی  ، منحنی­های  در مقابل  به‌تدریج به سمت چپ حرکت می­ کنند.
شکل ۳ - ۱۲: تأثیر نسبت افزایش بار بر روی نمودار نسبت تخلخل- فشار
۳-۴- بررسی روابط تنش-کرنش
تاکنون روش­های بسیاری درباره رابطه­ بین تخلخل و تنش بیان شده است. یکی از اولین روابط، رابطه­ خطی ترزاقی (در فضای نیمه­لگاریتمی) است که همواره جزو پرکاربردترین هاست. مطالعات انجام شده نشان می­دهد که این رابطه می ­تواند حالت خطی نداشته باشد و یا در فضای تمام­لگاریتمی خطی گردد.
۳-۴-۱- خط حالت بحرانی^[۸۱] خاک (معادله­ ترزاقی)