5162 1314 بهار 1م، شمارۀ نهشناسی مهندسی، جلد نشریه زمین

های آزمایش سازی نمونه آماده ۀبررسی ثأثیر نحو

برش مستقیم برای تعیین مقاومت برشی

اردکانی؛ احمدرضا محبوبی، ستوده ، محمد حاجی*وحید تائبی مهندسی شهید عباسپور پردیس فنیدانشگاه شهید بهشتی،

6/12/12 پذيرش 33/7/12 دريافت: تاريخ

چکيدهسریع و یهای خاک با استفاده از آهک عملیات بهبود ویژگی. استتثبیت خاک رس برای حلی راهاستفاده از آهک

هدف از بهبود خاک با آهک، رسیدن به .شود های بزرگ یا کوچک، گنجانیده تواند در پروژه ساده است که می

تقویت خاک با توجه به کاهش رطوبت و تغییرات شیمیایی در خاک رس را فوری است که یواکنش

،آهک بر مقاومت برشی تأثیرپارامتریک برای بررسی ها سازی نمونه روش آماده. همراه دارد به گیری چشمطور به

رطوبت درصد آهک، درصد تأثیرها به بررسی سازی نمونه آماده ۀدر این تحقیق عالوه بر بررسی نحو. استمهم

. آوری بر مقاومت برشی خاک رس با استفاده از آزمایش برش مستقیم پرداخته شده است آوری و زمان عمل عمل

ها در نتایج حاصل مؤثر است و معین شد که سازی نمونه آماده ۀدست آمده حاکی از آن است که نحو هنتایج ب

گردد شی بیشنیه میآهک و رطوبت وجود دارد که در آن مقاومت براز ای درصد بهینهها، سازی نمونه آماده ۀحونآوری، مقاومت برشی، درصد آهک، درصد رطوبت اختالط، زمان عمل: واژگان کليدی

تثبیت خاک مقدمه

ساختار ملکولی خود، از نظر مقاومت برشی رفتاری کامال متفاوت دلیل های رسی بهخاک

ترتیب که مقاومت برشی ایجاد شده بدین. الی و ماسه دارند مانندتر های درشت دانهبا خاک

و این در حالی استدلیل وجود چسبندگی در بین ذرات رس تر به ها بیشدر ساختار رس

تر اصطکاک بین های درشت دانه مقاومت برشی در ساختار خاک ۀوجودآورند هاست که عامل ب

تواند باعث تغییر در در این ساختار شود، می این، هر عاملی که باعث تغییر بر بنا. استذرات vtaebi@yahoo.com نويسندۀ مسئول*

Dow

nloa

ded

from

jeg.

khu.

ac.ir

at 1

4:20

IRS

T o

n S

unda

y Ja

nuar

y 20

th 2

019

[ D

OI:

10.1

8869

/aca

dpub

.jeg.

9.1.

2615

]

1314 بهار 1م، شمارۀ نهشناسی مهندسی، جلد نشریه زمین 5161

دلیل تغییراتی که در ساختار که به توان انتظار داشتمی. دشوپارامترهای مقاومت برشی خاک

آید، در پارامترهای مقاومت برشی وجود می هدن آهک بکر اضافه علت های خاک رس بهکانی

تثبیت شود تواند میآهک با شروع سیمانتاسیون از نظر مقاومت . اتفاق بیافتد گیری چشمتغییر

مقاومت کوتاه مدت [. 23]، [11]، [8]شود طور محسوسی زیاد می و مقدار مقاومت و سختی به

های تبادل کاتیونی و مقاومت بلندمدت ناشی از خاک تثبیت شده با آهک ناشی از واکنش

های کرد خاک بهبود عملبه ،موردی بررسیچندین [.23]، [21] دهستنی های پوزوال واکنش

های اساسی آشنا بودن با واکنش[. 26]، [18]، [14] دار تثبیت شده با آهک پرداخته است مسئله

دست آمده از هپیوندد برای تفسیر نتایج ب وقوع می هکه عموما پس از اختالط آهک با خاک ب

افزایش مقاومت در طول زمان، در هر دو دیدگاه . استروری های بهبود خاک ض آزمایش

فرایندهای شیمیایی باتواند به نوع و مقدار محصوالت واکنش که مدت و بلندمدت، می کوتاه

. پیوندند، بستگی داشته باشد وقوع می هدر طی تثبیت ب

.[1] های بسیاری تشریح شده است و کتاب ها هی آهک با خاک در مقالها واکنش

و ،1187در سال TRB باآید وجود می هفرایندهای شیمیایی که در خاک تثبیت شده با آهک ب

.بررسی شده است1166و در سال 4و هو 3روف چنین و هم1172سال در 2و متکالف 1 اینگلز

های مختلف کار بینی میزان افزایش مقاومت بدست آمده از اختالط آهک برای خاک پیش

(Su)با بررسی عوامل مختلف مقدار مقاومت برشی 1113در سال 5لوکات .استسختی

.ده استکرها را تابع متغیرهای زیر معرفی آمده از آزمایش دست هب

1

ها، پارامتر نوع کانی Aکشی نشده بالفاصله بعد از تراکم، مقاومت برشی زه که در آن

پارامتر مربوط به ، استذرات و ظرفیت تبادل یون ۀسطح مقطع مخصوص، انداز

درصد مواد افزودنی، درصد رطوبت نمونه، خصوصیات شیمیایی آب منفذی اولیه،

زمان جاافتادگی عبارت . ندهستترتیب زمان جاافتادگی و مراقبت بر حسب روز و به tو

و زمان مراقبت مدت سپری شده ( ساعت 24معموال )است از مدت زمان بین اختالط و تراکم

است که یاز موضوعات مهم خاک ثابت نیست طبیعتکه این. استبندی بعد از تراکم یا قالب1. Ingles 2. Metcalf 3. Ruff 4. Ho 5. Locat

Dow

nloa

ded

from

jeg.

khu.

ac.ir

at 1

4:20

IRS

T o

n S

unda

y Ja

nuar

y 20

th 2

019

[ D

OI:

10.1

8869

/aca

dpub

.jeg.

9.1.

2615

]

5162 مستقیم برای تعیین مقاومت برشیهای آزمایش برش سازی نمونه بررسی ثأثیر نحوۀ آماده

های خاک منجر به تغییراتی در بعضی از پارامترها از جمله توزیع های شیمیایی بر کانی واکنش

های این موضوع باعث اصالح ویژگی. دشو ها می و کانی( اثر سیمانتاسیون با)ها دانه ۀانداز

با توجه به توضیحات ارائه شده رفتار [.13] شود خص از جمله حدود اتربرگ و روانی میشا

های بسیاری نشان داده های تجربی قابل شناسایی هستند ولی بررسی ها فقط با روش خاک

است که اختالط خاک رس با آهک مقدار چسبندگی را کاهش و مقدار ضریب اصطکاک را

کند تر می بیش

های کائولینیت و بررسی اثر تغییر درصد آهک بر مقاومت نمونه به 1116در سال 1بل

ها را با وی مقاومت نمونه. روز پرداخت 28و 14، 7، 3، 1آوری عمل مونتموریلونیت با زمان

نشان داده 1هایش در شکل نتایج آزمایش. دکرگیری اندازه استفاده از آزمایش فشاری ساده

، بررسی شدههای درصد آهک به خاک 4شود با افزودن میکه مشاهده چنان. شده است

تر آهک، مقاومت کسب شده روند کاهشی داشته مقاومت افزایش یافته است و با افزودن بیش

درصد آهک پس 8های کائولینیتی با شود که در بعضی نقاط مثال نمونه اما مشاهده می. است

133ها به این افزایش در بعضی نمونه. ابدی از شروع به کاهش مقاومت، دوباره افزایش می

ها و دن نمونهکرمتراکم ۀهای خود به نحو در گزارش1116در سال بل .رسد کیلوپاسکال نیز می

انرژی تراکمی اشاره نکرده است

برای ، 2333همکارانش در سال و 4پورباها چنین و هم 2332در سال 3و تراشی 2کیتازومی

به بررسی افزایش ، های تثبیت شده با آهک یا سیمان برای خاکتر چند نوع خاک و بیش

آوری زمان عمل پرداختند و به این نتیجه رسیدند که افزایش مدت مقاومت با گذشت زمان

. یابد شود که در نهایت مقاومت برشی افزایش می های پوزوالنی می منجر به انجام واکنش

اثر زمان روی مقاومت برشی سه نوع 2336نیز در سال 6جوهانسون و 5آهنبرگ چنین هم

ها در تحقیقاتشان آن. بررسی کردندآزمایش فشاری ساده، با ،ها رسی بودند خاک که دو نوع آن

دند و به این نتیجه رسیدند که رفتار یک کرمتعددی از جمله آهک استفاده ۀکنند از مواد تثبیت

های خاکبرای مثال اکثر مقاومت کسب شده در . استکننده مختلف، متفاوت مواد تثبیت با خاک1. Bell 2. Kitazume 3. Terashi 4. Porbaha 5. Ahnberg

6. Johansson

Dow

nloa

ded

from

jeg.

khu.

ac.ir

at 1

4:20

IRS

T o

n S

unda

y Ja

nuar

y 20

th 2

019

[ D

OI:

10.1

8869

/aca

dpub

.jeg.

9.1.

2615

]

1314 بهار 1م، شمارۀ نهشناسی مهندسی، جلد نشریه زمین 5162

[2] با درصدهای مختلف آهک مونتموريلونيت( b ،کائولينيت( a :مقاومت فشاری ساده .6 شکل

و از این زمان به بعد استماه اولیه پس از عمل اختالط 3تا 1تثبیت شده با سیمان مربوط به

های تثبیت شده با آهک رود در حالی که برای خاک تری پیش می افزایش مقاومت با سرعت کم

.داردافزایش مقاومت سرعت ثابتی

تأثیرو چند محقق دیگر، ( 2336)، آهنبرگ و همکارانش (1113)لوکات و همکارانش

. دندرا بررسی کر ،تغییرات درصد رطوبت بر مقاومت برشی خاک رس تثبیت شده با آهک

نوع خاک مختلف و برای 4های خود را روی آزمایش، (1113)لوکات و همکارانش

2صورت نمودارهای شکل هدند و نتایج را بدرصدهای مختلف آهک استفاده شده بررسی کر

تر تر مقاومت برشی بیش های کم شود برای درصد رطوبت که مشاهده می چنان. نشان دادند

ترین مقاومت بیش یاین در حالی است که باید در درصد رطوبت معین. دست آمده است هب

رطوبت از مقاومت کاسته تر دست آید و با افزودن بیش هبرشی در اثر افزودن آهک به خاک ب

کاری بین دلیل ایجاد روغن در حقیقت بر اثر افزودن رطوبت به خاک بدون آهک، به. شود

برای خاک .یابد می تر رطوبت، کاهش و با افزودن بیشتا حدی افزایش، ذرات مقاومت برشی

، صرف تثبیت شده با آهک نیز همین رفتار وجود دارد با این تفاوت که مقداری از رطوبت

های برش انجام آزمایش ۀنحو در ادامه به. گردد های هیدراتاسیون و پوزالنی می انجام واکنش

.پردازیم می( درصد 17حدود ) کممستقیم بر روی خاکی با دامنه خمیری

Dow

nloa

ded

from

jeg.

khu.

ac.ir

at 1

4:20

IRS

T o

n S

unda

y Ja

nuar

y 20

th 2

019

[ D

OI:

10.1

8869

/aca

dpub

.jeg.

9.1.

2615

]

5162 مستقیم برای تعیین مقاومت برشیهای آزمایش برش سازی نمونه بررسی ثأثیر نحوۀ آماده

[62] (روزه 03)مقاومت برشی بر حسب درصد رطوبت و برای درصدهای مختلف آهک .5شکل

شدهبررسی خاک

چند نوع خاک مختلف از مناطق مختلف شهر های اولیه روی آزمایش بررسیبرای این

ای از شهرستان ورامین ، سرانجام خاک منطقهی مختلفها آزمایش با انجام .انجام شد ،تهران

بندی خاک مورد نظر قابل مشاهده نمودار دانه 3در شکل . دشها انتخاب برای انجام آزمایش

چنین خاک هم. استدرصد 32و 14ترتیب یک و حد روانی این خاک بهحد پالست. است

های نتایج این آنالیز و سایر آزمایش. آنالیز شد XRF از لحاظدهنده تعیین عناصر تشکیل برای

آمده است 1در جدول بررسی شدهمربوط به تعیین مشخصات فیزیکی خاک

شرکت همکار سنگ ،قم ۀکارخانکیلویی محصول 25های در بستهشده آهک استفاده

قبل از استفاده از آهک، . آمده است 2آن در جدول ۀدهند که مشخصات اجزای تشکیل است

.شد عبور داده 43آن را در اجاق حرارت داده و پس از خشک شدن از الک نمره

Dow

nloa

ded

from

jeg.

khu.

ac.ir

at 1

4:20

IRS

T o

n S

unda

y Ja

nuar

y 20

th 2

019

[ D

OI:

10.1

8869

/aca

dpub

.jeg.

9.1.

2615

]

1314 بهار 1م، شمارۀ نهشناسی مهندسی، جلد نشریه زمین 5153

بررسی شدهمشخصات شيميايی و فيزيکی خاک . 6جدول

(pHو XRFنتایج آزمایش )ترکیبات شیمیایی . 1

pH Fe Ti Ca K Si Al Mg Na O

5/6 32/4 27/3 78/6 37/2 88/11 85/6 17/2 84/3 81/56

مشخصات فیزیکی. 2

ذرات ۀانداز

% 13 متر میلی 5/3تا 1/3

% 65 متر میلی 1/3تا 332/3

% 25 متر میلی 332/3تر از کوچک

61/2 چگالی ویژه

6/31 )%(روانی حد

14 )%(حد خمیری

)%(خمیری ۀنشان

)%(درصد رطوبت بهینه

6/17

5/12

(kN/m3)وزن مخصوص خشک حداکثر

نوع خاک

1/11

CL

بررسی شدهبندی خاک منحنی دانه. 0شکل شده مشخصات آهک استفاده .5جدول

عناصر

331/3 325/1 331/3 332/3 37/3 31/3 33/3 74/3 15/3 36/3 15/83 درصد

وزنی

0

20

40

60

80

100

120

0.001 0.01 0.1 1 10

Pas

sin

g P

erc

en

tage

(%

)

Grain Size Distribution (mm)

Dow

nloa

ded

from

jeg.

khu.

ac.ir

at 1

4:20

IRS

T o

n S

unda

y Ja

nuar

y 20

th 2

019

[ D

OI:

10.1

8869

/aca

dpub

.jeg.

9.1.

2615

]

5156 مستقیم برای تعیین مقاومت برشیهای آزمایش برش سازی نمونه بررسی ثأثیر نحوۀ آماده

های برش مستقيم سازی نمونه آماده ۀنحوآوری بر بررسی پارامترهای درصد آهک، درصد رطوبت و زمان عمل، برای در این بخش

هابرای آزمایش دنهستنمونه که حاوی درصد اختالط مختلف 144مقاومت برشی خاک رس،

عبور داده 4 ۀها ابتدا از الک نمر نمونه ۀبرای تهی بررسی شدهخاک .ه استدر نظر گرفته شد

با درصدهای اختالط های ستقیم بر روی نمونهبرش مهای بدین منظور آزمایش. شده است

.شد متر، انجام سانتی 6×6×2در قالب برش با ابعاد 3آمده در جدول

برش مستقيم کار گرفته شده در آزمايش ههای ب فهرست مخلوط. 0جدول

آوردن عمل دمای

(گراد سانتی ۀدرج)

سرعت

دستگاه

( )

نیروی قائم

( )

مدت زمان

آوری عمل

(روز)

درصد رطوبتدرصد

آهک

ۀشمار

نمونه

A 1 18، 15، 13، 11 13، 28، 7، 1 4، 2، 1 25/3 دمای اتاق

B 3 18، 15، 13، 11 13، 28، 7، 1 4، 2، 1 25/3 دمای اتاق

C 5 18، 15، 13، 11 13، 28، 7، 1 4، 2، 1 25/3 دمای اتاق

خوبی شناسایی بهها نمونه ۀتهیبرای خاک سازی بهاست که عوامل مؤثر در تثبیت و الزم

:خاک عبارتند از سازی بهعوامل مؤثر در .شود

ۀاضافه شونده، نحونوع و مقدار ، ...(ها و ها، مقدار کانی بندی، نوع کانی دانه) جنس خاک

.آوری و زمان عمل شونده آوری، درصد اضافه اختالط، انرژی تراکم، رطوبت عمل

تر به مختلف کم منابعکه در است سازی خاک بهترین عوامل مؤثر در از مهم تراکمی انرژی

ها نادیده گرفته شده استت منظتور از انترژی تراکمتی آن پرداخته شده و حتی در بعضی از آن

از . شتود ها در قالب برش مستتقیم صترف متی ای است که در لحظه کوبیدن نمونه همان انرژی

استت تتا در ضتروری ،تراکم در عمل بر مقاومت برشی اثر دارد ۀجا که انرژی تراکم و نحو آن

. شتود استانداردستازی عبارتی به ،داشته شودتراکم ثابت نگه ۀانرژی تراکم و نحو پژوهشاین

کته هتر روش دارد هتایی ایراد و محاستن و دارائه ش ها نمونه ۀتهیسه روش برای این ادامه در

. شدارزیابی

. ها مقدار وزن مخصوص خشک را ثابت نگه داشت نمونه ۀتوان برای تهی می :روش اول (الف

روش در این .دکرها را ثابت در ساخت نمونهتوان مقدار انرژی تراکم در این حالت، نمی

Dow

nloa

ded

from

jeg.

khu.

ac.ir

at 1

4:20

IRS

T o

n S

unda

y Ja

nuar

y 20

th 2

019

[ D

OI:

10.1

8869

/aca

dpub

.jeg.

9.1.

2615

]

1314 بهار 1م، شمارۀ نهشناسی مهندسی، جلد نشریه زمین 5155

خاک عامل سازی بهاین در حالی است که در .استفاده شده است تحقیقات پیشینبسیاری از

و وزن مخصوص نتیجه آزمایش د تری دار میت بیشانرژی نسبت به وزن مخصوص خشک اه

های با درصد رطوبت متفاوت به برای نمونه خواسته شودعبارت دیگر در صورتی که به .است

این در بر بنا. سان رسید، نیاز است تا انرژی تراکم تغییر داده شود وزن مخصوص یک

وجود هتوان گفت که عامل ب آوری باشد دیگر نمی رطوبت عمل بررسی شدهکه پارامتر صورتی

.استبلکه انرژی تراکم نیز در این تغییرات مؤثر استآمدن تغییرات مقاومت برشی رطوبت

گیری کمی که معیاری برای اندازه ذکر این نکته ضروری است که با توجه به ایناز این رو،

ترین علت برای محتمل به همین سبب،د ندارد، ها وجواعمال انرژی وارد در ساخت نمونه

بروز خطا در نتایج حاصل از انجام آزمایش برش مستقیم، تفاوت در انرژی وارد شده در تراکم

تری خواهد بیش تأثیرهای کوچک مقیاس، این مسئله، خصوصا در ساخت نمونه. ها است الیه

.تراکم ثابت نگه داشته شود انرژیها الزم است سازی نمونه این در آماده بر بنا. داشت

ها را ها، آن آوری نمونه توان بعد از عمل دن انرژی تراکم میکربرای ثابت :روش دوم( ب

ی که مقدار آنو در روز آزمایش با استفاده از انرژی تراکم کردداری بدون ایجاد تراکم نگه

کوبیدن نمونه در برای در این تحقیق . درون قالب برش مستقیم کوبید است استاندارد شده

در پروکتور اصالح شده بر کوبه شده چکش استفاده باوارد کردن ضربه برش مستقیم باقالب

عیین تعداد ضربات برای کوبیدن نمونه در قالب برای تاین بر بنا. (2شکل ) شود استفاده می

الب برش مستقیم برابر برش مستقیم الزم است که مقدار انرژی وارد در واحد حجم در ق

که نمونه در سه الیه درون در صورتی. گردد( پروکتور اصالح شده) 1557ASTM D استاندارد

اطالعات این دن هر الیه با توجه بهکربرای متراکم تعداد ضربهقالب برش مستقیم کوبیده شود

:برابر است با

، (نیوتن 5/44)وزن چکش ، (متر میلی 2/457) ارتفاع سقوط

3) نیرو در واحد حجمkN,m/m2733)، (متر 333372/3)حجم قالب برش مستقیم ،

(الیه 3) تعداد الیه ،(متر 3336/3)سطح مقطع کوبه فلزی / /

/

nn

3

3 0 4572 44 52700000 30 072 10

Dow

nloa

ded

from

jeg.

khu.

ac.ir

at 1

4:20

IRS

T o

n S

unda

y Ja

nuar

y 20

th 2

019

[ D

OI:

10.1

8869

/aca

dpub

.jeg.

9.1.

2615

]

5150 مستقیم برای تعیین مقاومت برشیهای آزمایش برش سازی نمونه بررسی ثأثیر نحوۀ آماده

آن را در ( 4شکل )برای متراکم کردن خاک در قالب برش مستقیم مذکور،با توجه به محاسبه

.شود ضربه کوبیده می 3الیه برای رسیدن به انرژی تراکم اصالح شده با الیه ریخته و هر 3

فلزی و خاک متراکم شده در قالب برش مستقيم کوبه. 4 شکل

بررسی صحت این نوع استانداردسازی یک سری آزمایش برش مستقیم بر خاک رس برای

گیتری شتده بتود انجتام و که در دو حالت متفاوت قالب درصد آهک 5و 3، 1مخلوط شده با

ای از ختود نشتان گیری شده بود رفتار شتکننده د مخلوطی که در روز اختالط قالبشمشاهده

کته درحالی( قابل مشاهده است a 5که در شکل چنان، شبیه به خاک بیش تحکیم یافته)دهد می

شبیه به ختاک عتادی تحکتیم از ختود رفتاری استگیری شده مخلوطی که روز آزمایش قالب

گیتری در روز اختتالط قالتب یی کته هتا نمونته که علت است و به این (. b 5ل شک)نشان داد

شود، این در حالی است کته اگتر تشکیل می ،قالب وندر ،آهک با خاک رسپیوندهای اند شده

دیگر این پیوندها گردد گیری و در روز آزمایش قالب شودداری خاک اختالط شده با آهک نگه

تتر هرچه درصد آهتک مخلتوط کتم .برد وجود ندارند و عمل کوبش این پیوندها را از بین می

5شکل ) است تر سان گیری شده تقریبا یک باشد، رفتار دو نوع خاکی که با روش مختلف قالب

b) ،دشتو سازی نمونه ممکن است باعث بروز دو خطا در آزمتایش این روش آمادهاز این رو:

ۀواکنش بین آهک و ذرات خاک رس در لحظ بااول خطای شکسته شدن پیوندهای ایجاد شده

کته بترای ،سازی چکشتی دوم عدم شبیه ،کوبیدن نمونه در قالب برش مستقیم در روز آزمایش

در شتده بتا توجته بته چکتش استتفاده )شتود کوبیدن نمونه در قالب برش مستقیم استفاده می

.توان از اثر تمرکز تنش غافل شد یزیرا نم، (استاندارد

در این حالت دو روش وجتود . داری شوند صورت متراکم شده نگه هها ب نمونه :روش سوم( ج

ای کته در ضربه 3ها را درون قالب برش با از اثر تمرکز تنش صرف نظر شود و نمونه( 1. دارد

داری درون قالب نگههمان صورت کوبیده شود و تا روز آزمایش به ،بخش قبل محاسبه شد

Dow

nloa

ded

from

jeg.

khu.

ac.ir

at 1

4:20

IRS

T o

n S

unda

y Ja

nuar

y 20

th 2

019

[ D

OI:

10.1

8869

/aca

dpub

.jeg.

9.1.

2615

]

1314 بهار 1م، شمارۀ نهشناسی مهندسی، جلد نشریه زمین 5154

0

5

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Shea

r S

tres

s (k

g/c

m2)

Relative Displacement (ΔL/L)

(a)

molded 7 days befor test's day molded day's test

گيری شده و در روز روز قالب 2 جابجايی نسبی برای نمونه-برشی نحوه تغييرات تنش .2 شکل درصد آهک اختالط 6( b)درصد آهک اختالط 2( a)گيری شده آزمايش قالب

ها در ظرف پروکتور نمونه (2. بر است برش زمان یها دلیل کم بودن قالب که این گزینه به دشو

ها در روز آزمایش درون قالب برش مستقیم کوبیده شوند و از آن 1557ASTM D طبق

شوند و بحث تمرکز تنش ها طبق استاندارد کوبیده می در این صورت نمونه. دشوگیری نمونه

راکم انجام آزمایش ت 144ها باید سازی نمونه که برای آماده آید ولی با توجه به این پیش نمی

توان شود، بدین منظور می گیر می شود، حجم مصالح مصرفی زیاد و از نظر زمانی هم وقت

از قالب خارج کرده و به چهار ( 6شکل )نمونه کوبیده شده را با استفاده از جک هیدرولیکی

توان هر سپس می. یابد عدد کاهش می 36در این صورت تعداد تراکم به .دکرقرص تقسیم

در ،گیری در روزهای مدنظر صورت جداگانه قرار داده و برای نمونه هرا در نایلون بقرص

ها در روز هر کدام از این قرص. دکرداری که رطوبت از دست ندهند نگه طوری هجای مناسب ب

. شود میگیری ها نمونه آزمایش از ظرف خارج شده و با استفاده از قالب برش مستقیم از آن

ها درون قالب پروکتور از روش تراکم با است در این تحقیق برای کوبیدن نمونهذکر هالزم ب

اینچ و با انرژی تراکم 4ها درون قالب به قطر نمونه. انرژی اصالح شده استفاده شده است

ضربه متراکم شدند 25الیه با 5شده در اصالح

تغييرات مقاومت برشی خاک تثبيت شده با آهک

یبا آهک فرایند سازی بهقبل از بررسی نتایج، در نظر گرفتن این نکته مهم است که

. دهد سیمانتاسیون است که مقاومت برشی و چسبندگی خاک را تا حد بسیار زیادی افزایش می

درصد 3های با جایی نسبی برای نمونه هکه نمودار تنش برشی بر حسب جاب 7برای شکل

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 0.1 0.2 0.3

Shea

r S

tres

s (k

g/c

m2)

Relative Displacement (ΔL/L)

(b)

molded 7 day befor test's day molded test's day

Dow

nloa

ded

from

jeg.

khu.

ac.ir

at 1

4:20

IRS

T o

n S

unda

y Ja

nuar

y 20

th 2

019

[ D

OI:

10.1

8869

/aca

dpub

.jeg.

9.1.

2615

]

5152 مستقیم برای تعیین مقاومت برشیهای آزمایش برش سازی نمونه بررسی ثأثیر نحوۀ آماده

0

1

2

3

4

5

6

0 0.05 0.1 0.15

Shea

r S

tres

s (k

g/c

m2)

Relative Displacement

(b)

0

1

2

3

4

5

6

0 0.05 0.1 0.15 0.2

S

hea

r S

tres

s (k

g/c

m2)

Relative Displacement

(a)

Time (Day) t 1

t 7

t 28

t 90

ج ب الف

گيری با قالب ۀنحو( بخارج کردن نمونه با استفاده از جک هيدروليکی، ۀنحو( الف( .1شکل پر کردن قالب برش ۀنحو( جاستفاده از جک هيدروليکی،

و 28، 7، 1های صد رطوبت برای زماندر 11درصد آهک با 1درصد رطوبت و 18آهک و

حاصل آزمایش برش مستقیم برای 7نتایج شکل .دهد این مطلب را نشان می استروز 13

های با برای نمونه دهد، نشان میکه شکل چنان. استمتر مربع کیلوگرم بر سانتی 2تنش قائم

تری دارند و ها رفتار شکننده نمونهشود و تر می تر شیب اولیه منحنی بیش آوری بیش زمان عمل

های با درصد آهک و این رفتار برای نمونه. رسند گسیختگی می ۀتری به نقط مکان کم با تغییر

در طی . متر مربع نیز مشاهده شد کیلوگرم بر سانتی 4و 1و تحت تنش قائم متفاوت،رطوبت

صورت هیم و هیدروکسید بهای کلس دهد و یون های پوزوالنی، سیمانته شدن رخ می واکنش

افزایی هم هایافزایش مقاومت در طول زمان اثر .شوند در محلول مصرف می دست یک

کند فرایندهای سیمانتاسیون را منعکس می

،درصد رطوبت 66درصد آهک با a )6جايی نسبی هنمودار تنش برشی بر حسب جاب .2شکل b )0 درصد رطوبت 62درصد آهک با

Dow

nloa

ded

from

jeg.

khu.

ac.ir

at 1

4:20

IRS

T o

n S

unda

y Ja

nuar

y 20

th 2

019

[ D

OI:

10.1

8869

/aca

dpub

.jeg.

9.1.

2615

]

1314 بهار 1م، شمارۀ نهشناسی مهندسی، جلد نشریه زمین 5151

آهک بر ميکروساختار ذرات خاک رس ايشافز تأثيربدون بررسی تغییرات میکروساختار ذرات خاک رس پس از اختالط با آهک از نمونه برای

. گرفته شده است SEMروزه عکس 28آوری عمل درصد آهک با زمان 3و 1چنین آهک و هم 8شکل . مشاهده استقابل 8در شکل بررسی شدهمیکروساختار واکنش آهک با خاک رسی

a 8و b میکرومتر 2و 23نمایی خاک رس را قبل از اضافه کردن آهک با بزرگ ترتیب، به اند صورت منفرد قابل مشاهده ههای خاک ب قبل از اضافه کردن آهک ذرات و دانه. دهد نشان می

د درص 3خاک رس را با f 8و e 8درصد آهک و شکل 1خاک رس را با d 8و c 8شکل

اضافه شدن آهک . دهد میکرومتر نشان می 2و 23های نمایی روز با بزرگ 28آهک بعد از شود که زمان می صورت هم همنجر به شروع فرایند هیدراتاسیون حرارتی سریع و تبادل یون ب

8و b 8شکل )کند تر لخته می های بزرگ روز ذرات خاک را در یک کلوخه 28بعد از مدت

c .)8شکل )شوند دیگر کم و بیش سیمانته می های پوزوالنی با یک تبع واکنش ها به این کلوخه e 8و f .)ندهستهای پوزوالنی عامل مقاومت بلندمدت دهد که واکنش نشان می ها هاین مشاهد .

در سال 3کروفت و( 1166) 2و گریم 1ادیس های قبلی از جمله این نتیجه در تعدادی از گزارش .های دیگری آمده است خاکنیز برای 1164

خاک رس با ( eو b)خاک رس ( bو a) شده های آزمايش از نمونه SEMهای عکس ..2شکل درصد آهک 0خاک رس با ( fو c)درصد آهک 6

Dow

nloa

ded

from

jeg.

khu.

ac.ir

at 1

4:20

IRS

T o

n S

unda

y Ja

nuar

y 20

th 2

019

[ D

OI:

10.1

8869

/aca

dpub

.jeg.

9.1.

2615

]

5152 مستقیم برای تعیین مقاومت برشیهای آزمایش برش سازی نمونه بررسی ثأثیر نحوۀ آماده

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3 4 5 6

W= 13%

1 Day

7 Days

28

Days

آوری عمل و زمان نحوه تغييرات مقاومت برشی بر حسب درصد آهک اختالط با رطوبت. 2شکل (باشدها میمحور قائم نشان دهنده مقاومت برشی حداکثر نمونه)مختلف

درصد آهک نسبت 3شود افزایش مقاومت در طول زمان برای نمونه با مشاهده می که نانچ

گر این مطلب استت کته درصتد بهینته ایتن و این موضوع بیان استتر های دیگر بیش به نمونه

شایان ذکر است . استصد وزنی خاک خشک در 3شده آهک برای تثبیت خاک مورد آزمایش

ایتن یتک بتر بنتا . [17] های قبلی نیز به یک درصد آهک بهینه اشاره شده بتود که در پژوهش

که در صتورت طوری هب. گردد درصد وزنی بهینه وجود دارد که در آن مقاومت برشی بیشینه می

همتراه فتزایش مقاومتت بته افزودن آهک به خاک که بیش از درصد وزنی بهینه باشد نته تنهتا ا

علت ایتن پدیتده را بایتد در ستازوکار . آورد بلکه منجر به کاهش مقاومت نیز خواهد شد نمی

بتا شتروع سیمانتاستیون خاک ترکیب شتده بتا آهتک . واکنش آهک با ذرات خاک بررسی کرد

اه مقاومتت کوتت . گردد طور محسوسی زیاد می تواند تثبیت شود و مقدار مقاومت و سختی به می

های تبادل کاتیونی و مقاومت بلندمتدت ناشتی مدت خاک تثبیت شده با آهک ناشی از واکنش

با افزودن آهک به خاک تا حد درصد بهینه، حتداکثر تغییتر در . ندهستهای پوزوالنی از واکنش

فتتد و درگیتری ا پتوزوالنی اتفتاق متی های سیمانتاستیون و دلیل واکنش های خاک رس به کانی

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3 4 5 6

Shea

r S

tren

gth

(kg/c

m2) W= 11%

0

2

4

6

8

0 1 2 3 4 5 6

Lime Content (%)

W=18%

0

2

4

6

8

0 1 2 3 4 5 6

Shea

r S

tren

gth

(kg/c

m2)

Lime content (%)

W=15%

Dow

nloa

ded

from

jeg.

khu.

ac.ir

at 1

4:20

IRS

T o

n S

unda

y Ja

nuar

y 20

th 2

019

[ D

OI:

10.1

8869

/aca

dpub

.jeg.

9.1.

2615

]

1314 بهار 1م، شمارۀ نهشناسی مهندسی، جلد نشریه زمین 5152

شود که همین تغییرات ستاختاری اصطکاک می ۀن ذرات خاک منجر به افزایش زاویمکانیکی بی

د، کنت که این مقدار از درصد بهینه عبتور عاملی در افزایش مقاومت برشی است ولی درصورتی

دلیل عدم افزایش قابل مالحظته در مقاومتت برشتی بتا احتماال. یابد مقاومت برشی کاهش می

تر که وجود آهک بیش استآهک درصد، اشباع شدن مخلوط از 5ه ب 3افزایش میزان آهک از

. نه تنها مؤثر واقع نشده است بلکه نهایتا باعث کاهش مقاومت برشی نیز خواهد شد

چته این با توجه به توضیحاتی که در مورد علت افزایش مقاومت در باال ذکر شتد، آن بر بنا

مقدمته بته کته در چنانتواند توجیه علمی داشته باشد و گزارش کرده است نمی (1116)بل که

یتا . استت هتا ستازی نمونته آمتاده ۀنحتو دلیتل شاید به بل آن اشاره شد این پراکندگی در نتایج

.ها انرژی تراکمی را ثابت نگه نداشته است عبارت دیگر وی در ساخت نمونه به

تغيير درصد رطوبت و زمان بر مقاومت برشی تأثيرنمودارهای مقاومت برشی بر حسب درصد رطوبت را برای درصدهای آهک و 13شکل

کیلوگرم 2این نمودارها برای نیروی قائم . دهد روز نشان می 13و 28، 7، 1آوری زمان عمل

و حدودا بین این دو نمونه را ها نیز رفتاری مشابه بقیه نمونه. اند متر مربع ترسیم شده بر سانتی

دست آید هتر ب تر مقاومت برشی بیش های کم رفت که در درصد رطوبت از قبل انتظار می. دارند

5/3درصد که حدود 13مشخص است در رطوبت 13که از نمودارهای شکل چناناما .[71]

.آمده استدست هب تر از رطوبت بهینه خاک بدون آهک است حداکثر مقاومت درصد بیش

گيری نتيجهبررسی بررسی اثر افزودن آهک به خاک بر مقاومت برشی خاک رس پژوهش برایدر این

نتتایج نشتان داد . ندهای برش مستقیم بررسی و تحلیل شد دست آمده از آزمایش ه، نتایج بشده

ختاک بوقتوع های سیمانتاسیون که در طی افزودن آهتک بته که خاک رس در اثر انجام واکنش

تتری دچتار بتیش تر امتا بتا تتنش جایی کم هکه با جاب طوری هگیرد ب پیوندد، حالت شکننده می می

تتر نشتان آوری افزایش یابتد ایتن پدیتده ختود را بتیش هرچه زمان عمل. گردد گسیختگی می

درصتد آهتک نشتان 3و 1هتای بتا گرفته شده از نمونته SEMهای چنین عکس هم. دهد می

کنتد و ذرات ای ختاک رس تغییتر متی دهد که در اثر افزودن آهک به خاک ساختار صتفحه می

Dow

nloa

ded

from

jeg.

khu.

ac.ir

at 1

4:20

IRS

T o

n S

unda

y Ja

nuar

y 20

th 2

019

[ D

OI:

10.1

8869

/aca

dpub

.jeg.

9.1.

2615

]

5152 مستقیم برای تعیین مقاومت برشیهای آزمایش برش سازی نمونه بررسی ثأثیر نحوۀ آماده

0

2

4

6

10 12 14 16 18 20

7 Days

. گیرند خود می ای به حالت کلوخه

محور قائم ) مقاومت برشی بر حسب رطوبت برای درصدهای مختلف آهک .63شکل استها مقاومت برشی حداکثر نمونه ۀدهند نشان

های آزمتایش سازی نمونه آماده ۀیکی از نکات حائز اهمیت در تحقیقات آزمایشگاهی نحو

هتا بهتترین ها ذکر شد و بتا مقایسته آن های مختلف تهیه نمونه در این تحقیق روش. شده است

های خاک در تهیه نمونه یکی از عواملی که باید. دشگونه تحقیقات ارائه روش برای اجرای این

ستازی دن انترژی تتراکم در آمتاده کتر نحتوه وارد شودتوجه به آنسازی شده با آهک رس به

.ها است که در این تحقیق روشی مناسب ارائه شد نمونهدرصد منجر به افزایش 3نتایج مقاومت برشی حاکی از آن است که افزودن آهک به خاک تا

اما است آوری این مقدار متغیر ه به درصد رطوبت و زمان عملگردد که بست مقاومت برشی می

ها چنین نتایج آزمایش هم. شود تر درصد آهک روند کاهشی در مقاومت دیده می با افزودن بیش

افزایش میزاندهد که با گذشت زمان نیز مقاومت روند افزایشی دارد اما در طول زمان نشان می

درصد . یابد روز نسبت به قبل از این زمان کاهش می 28 مقاومت برای این نوع خاک بعد از

باکسب شده آوری نیز یکی دیگر از عوامل مؤثر در تغییرات مقاومت برشی رطوبت عمل

0

2

4

6

10 12 14 16 18 20

Shea

r S

tren

gth

(kg/c

m2)

1 Day

0

2

4

6

10 12 14 16 18 20

Water Content(%)

90 Days

Lime 1%

Lime 3%

Lime 5%

0

2

4

6

10 12 14 16 18 20

Shea

r S

tren

gth

(kg/c

m2)

Water Content(%)

28 Days

Dow

nloa

ded

from

jeg.

khu.

ac.ir

at 1

4:20

IRS

T o

n S

unda

y Ja

nuar

y 20

th 2

019

[ D

OI:

10.1

8869

/aca

dpub

.jeg.

9.1.

2615

]

1314 بهار 1م، شمارۀ نهشناسی مهندسی، جلد نشریه زمین 5103

نتایج نشان داد که افزودن رطوبت تا حدی منجر به افزایش . استخاک تثبیت شده با آهک

چنین با بررسی هم. نامطلوب بر آن داردتر رطوبت اثر گردد و با افزودن بیش مقامت برشی می

آوری بر پارامترهای مقاومت برشی آوری و زمان عمل درصد آهک، درصد رطوبت عمل تأثیر

تغییرات پارامترهای مقاومت آمد که روند دست هاین نتیجه ب( اصطکاک ۀچسبندگی و زاوی)

ده شدکه در باال شرح دا استبرشی نیز مشابه روند تغییرات مقاومت برشی

منابعتأثیر کلراید بر مقاومت فشاری و خواص خمیری کائولینیت تثبیت شده با ، .، عبدی م.آذرفر پ .1

(.1382)المللی مهندسی عمران، سمنان، ایران ، ششمین کنفرانس بینآهک

(.1372)، جهاد دانشگاهی دانشگاه تهران ها تورم و واگرایی خاک، .، عسگری ف.فاخر ع .2

3. Ahnberg H., Johansson S. E., Pihl H., Carlsson T., "Stabilizing Effect of

Different Binders in Some Swedish Soils", Swedish Geotechnical

Institute, Vol. 7, No. 1 (2006) 9-23.

4. Al-Mukhtar M., Lasledj A., Alcover J., ''Behaviour and Mineralogy

Changes in Lime-Treated Expansive Soil at 20°C'', Applied Clay Science,

Vol. 50 (2010) 191-198.

5. ASTM D2487, ''Standard Practice for Classification of Soils for

Engineering Purposes (Unified Soil Classification System)'', Annual

Book of American Society for Testing and Material Standards, West

Conshohocken, USA (2006).

6. ASTM D4318, ''Standard Test Method for Liquid Limit, Plastic Limit

and Plasticity Index of Soil'', Annual Book of American Society for

Testing and Material Standards, West Conshohocken, USA (2005) 561-

572.

7. ASTM D4972, ''Standard test Method for pH of Soils'', Annual Book of

American Society for Testing and Material Standards, West

Conshohocken, USA (2007).

Dow

nloa

ded

from

jeg.

khu.

ac.ir

at 1

4:20

IRS

T o

n S

unda

y Ja

nuar

y 20

th 2

019

[ D

OI:

10.1

8869

/aca

dpub

.jeg.

9.1.

2615

]

5106 مستقیم برای تعیین مقاومت برشیهای آزمایش برش سازی نمونه بررسی ثأثیر نحوۀ آماده

8. Bell F. G. "Lime Stabilization of Clay Minerals and Soils", Department

of Geology and Applied Geology, Engineering Geology, Vol. 42 (1996)

223-237.

9. Boynton R. ''Chemistry and Technology of Lime and Limestone.'' 2nd

Edition, John Wiley and Sons, Inc., New York, NY (1980).

10.Choquette M., ''La stabilisation a la chaux des sols argileux du Quebec''.

Ph.D. thesis, Department of Geology, Universite Laval, Quebec, Que

(1988).

11. Consoli N. C., Lopes L. S., Jr. Prietto P. D. M., Festugato L., Cruz R. C.,

''Variables Controlling Stiffness and Strength of Lime-Stabilized Soils.''

J. Geotech. Geoenviron. Eng., 137 (6) (2011) 628-632.

12. Croft J. B., ''The Processes Involved in the Lime Stabilization of Clay

Soils'', Proc. Aust. Road Research Board, Vol. 2, part 2 (1964) 1169-1203.

13. Eades J. L., Grim R. E., ''A quick test to determine lime requirements for

soil stabilization'', Highway Research Record, Vol. 139 (1966) 61-72.

14. Joshi R. C., Natt G. S., Wright P. J., ''Soil Improvement by Lime-Flyash

Slurry Injection.'' Proc. 10th Int. Conf. on Soil Mechanics and Foundation

Engineering, AA Balkema, Stockholm, Rotterdam, 3 (1981) 707-712.

15. Le roux A., ''Traitement des sols argileux par la chaux'', Bulletin de

Liaison des Laboratoires des Ponts et Chaussees, No. 40 (1969) 59-95.

16. Le roux A., Toubeau Ph. ''Mise en evidence du seuil de nocivite et du

mecanisme d'action des sulfures au cours d'un traitement a la chaux''. 9th

South East Asian Geotechnical Conference, Bangkok, Thailand (1987).

17. Locat J., Berube M., Choquette M., "Laboratory Investigations on the

Lime Stabilization of Sensitive Clays–Shear Strength Development",

Sainte-Foy (Qukbec) Canada (1990).

Dow

nloa

ded

from

jeg.

khu.

ac.ir

at 1

4:20

IRS

T o

n S

unda

y Ja

nuar

y 20

th 2

019

[ D

OI:

10.1

8869

/aca

dpub

.jeg.

9.1.

2615

]

1314 بهار 1م، شمارۀ نهشناسی مهندسی، جلد نشریه زمین 5105

18. Petry T. M., Little D. N., ''Review of Stabilization of Clays and

Expansive Soils in Pavements and Lightly Loaded Structures-History,

Practice and Future.'' J. Mater. Civ. Eng., 14(6) (2002) 447-460.

19. Porbaha A., Shibuya S., Kishida T., ''State of the Art in Deep Mixing

Technology'', Geomaterial Characterization and Ground Improvement,

Vol. 4, No. 3, Part 3 (2000) 91-110.

20. Rajasekaran G., Rao S. N., ''Strength Characteristics of Lime-Treated

Marine Clay.'' Proc. Inst. Civ. Eng. Ground Improv., 4(3) (2000) 127-136.

21. Khattab S. A. A., Al-Mukhtar M., Fleureau J. M., ''Long-Term Stability

Characteristics of a Lime-Treated Plastic Soil.'' J. Mater. Civ. Eng., 19(4)

(2007) 358-366.

22. Kitazume M., Terashi M., ''The Deep Mixing Method-Principle, Design

and Construction'', Coastal Development Institute of Technology (CDIT),

A. A. Balkema Publishers Tokyo, Japan (2002).

23. Rogers C. D. F., Boardman D. I., Papadimitriou G., ''Stress Path Testing

of Realistically Cured Lime and Lime/Cement Stabilized Clay.'' J. Mater.

Civ. Eng., 18(2) (2006) 259-266.

24. Ruff C. G., Ho C., ''Time-Temperature Strength-Reaction Product

Relationships in Lime-Bentonite-Water Mixtures'', Highway Research

Record No. 139, Highway Research Board (1966) 42-60.

25. TRB ''Lime Stabilization, Reactions, Properties, Design, and

Construction'', State-of-the-Art Report 5. Transportation Research Board,

National Research Council, Washington, D.C, USA (1987).

26. Wilkinson A., Haque A., Kodikara J., Adamson J., Christie D.,

''Improvement of Problematic Soils by Lime Slurry Pressure Injection:

Case Study'', Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,

Vol.136, Issue 10 (2010) 1459-1468.

Dow

nloa

ded

from

jeg.

khu.

ac.ir

at 1

4:20

IRS

T o

n S

unda

y Ja

nuar

y 20

th 2

019

[ D

OI:

10.1

8869

/aca

dpub

.jeg.

9.1.

2615

]