SUPERVISOR
AmirMehdi Halabian,Mohammad ali Rowshan Zamir,Seyed Mehdi Abtahi Forooshani
امیرمهدی حلبیان (استاد راهنما) محمدعلی روشن ضمیر (استاد راهنما) سیدمهدی ابطحی فروشانی (استاد مشاور)
STUDENT
Arian Shakibzadeh
آرین شکیب زاده
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Experimental Studies on Static and Dynamic Behaviors of Amino Based Resin Grouted Sands
Increasing strength and durability in addition to reducing compressibility, porosity and permeability of soil have always been the main objective of ground improvement techniques. In this case, there have been many problems with loose granular soils because of their low strength parameters and bearing capacity, high permeability and the existing problems in excavation. There are many methods to treat and stabilize these kinds of soils like retaining structures, micro pile, nailing and grouting. Grouting is one of common methods for improving static and dynamic behaviors of granular soils in which the voids of soil are filled with injecting a fluid to increase strength and reduce permeability of the soil. Chemical grouts were developed in response to a need to develop strength and control water flow in geologic units were the pore sizes in the rock or soil units were too small to allow the introduction of conventional portland-cement suspensions. The main purpose of this laboratory project is to investigate the effectiveness of using an amino based resin as a new chemical grout on static and dynamic behaviors of soil. This amino based resin can be grouted in saturated units and has two required properties of a good chemical grout, ability of controlling gel time and decreasing its viscosity. This resin is used for grouting for the first time in this study. It showed good results in case of soil stabilization and as an additive to bitumen. A uniform graded saturated sand with different relative dry densities, Dr=50%,70% and 90%, were subjected to this resinous grouting. Soil samples were cylindrical shaped with 5 cm diameter and 10 cm height Grouting procedure was based on ASTM D4320; standard test method for laboratory preparation of chemically grouted soil specimens for obtaining design strength parameters. Grout was injected to both saturated and dry soils. After grouting, the dry samples were cured in 25ْ C room and wet samples were cured under water until test day. In order to investigate the grouting effects on the soil, the specimens were subjected to different tests including one dimensional unconfined compression test on wet and dry samples, permeability test on wet samples, determination of compression pulse velocity of wet and dry samples, unconsolidated-undrained triaxial compression test on dry samples, consolidated-undrained triaxial compression test on wet samples and cyclic triaxial test on wet samples. The results illustrated very good effects of grouting on static and dynamic properties of soil. Dry density of soil increase by about 10% and permeability of soil reduced about 100 times. Internal friction angle dose not affect by grouting greatly but a significant cohesive developed in soil specially in dry state. Undrained cyclic triaxial tests were performed to study dynamic behavior of grouted sand. Cyclic compression behavior of samples was investigated in different frequencies and different dynamic load amplitudes. The hysteretic behavior of grouted sand was studied with the number of loading cycles. Two dynamic properties studied are the shear modulus and the damping ratio. The results illustrate good cyclic resistance of grouted samples. Shearing stress amplitude, relative density of soil and frequency of loading significantly affect the properties of samples. keywords : Chemical grouting, permeability, unconsolidated-undrained triaxial compression test, consolidated-undrained triaxial compression test, cyclic behavior, dynamic behavior
بهبود کیفیت و اصلاح خاک از جمله مسائلی است که مهندسین عمران همواره با آن درگیر بودهاند و روشهای گوناگونی برای انواع خاکها به کار گرفته شده است. در این میان خاکهای دانهای و رسوبات ماسهای سست، به دلیل خصوصیات مقاومتی و ظرفیت باربری پایین، نفوذپذیری زیاد و همچنین مسائلی که در گودبرداری و حفاری در این خاکها وجود دارد همواره مشکل ساز بوده و روشهای مختلفی مانند مهار، میخ کوبی، میکروپایل، تزریق و غیره برای این نوع خاکها به کار گرفته میشود. تکنیک تزریق، امروزه به عنوان یکی از روشهای رایج برای اصلاح این نوع خاکهاست و به منظور رسیدن به اهدافی مشخص،که مهم ترین آنها کاهش نفوذپذیری و بهبود خواص مقاومتی خاک است به کار گرفته میشود. تزریق شیمیایی روشی نسبتاً جدید است که به منظور بهبود خواص خاکهای دانهای ریزدانه، که به دلیل کوچک بودن منافذ آنها امکان تزریق سیمان در آنها وجود ندارد، کاربرد دارد. در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی اثر تزریق شیمیایی روی ماسه بد دانه بندی شده پرداخته شده است. ماده تزریقی یک رزین پایه آمینی با نام تجاری FTR-88، میباشد که برای اولین بار به عنوان دوغاب تزریق مورد استفاده قرار گرفته ولی در تحقیقات پیشین، کاربرد این رزین برای تثبیت سطحی خاک و همچنین به عنوان ماده افزودنی قیر، نتایج قابل قبولی به همراه داشته است . این ماده خصوصیات یک سیال مناسب برای تزریق، یعنی قابلیت رقیق شدن و همچنین کنترل زمان گیرش را داراست و میتوان آن را در محیطهای اشباع نیز به کار گرفت. نمونههای تزریق شده دارای قطر 5 سانتیمتر و ارتفاع 11 سانتیمتر هستند. تزریق هم در نمونههای اشباع و هم در نمونههای خشک و با رعایت کلیات استاندارد ASTM D4320، روش استاندارد برای آمادهسازی آزمایشگاهی نمونههای تزریق شده با دوغاب شیمیایی برای تعیین پارامترهای مقاومت طراحی، انجام شده است. نمونههای اشباع پس از تزریق، در زیر آب، و نمونههای خشک در هوای آزاد عمل آوری شدهاند. متغیرهای درصد تراکم خاک و تعداد روز عمل آوری برای نمونهها در نظر گرفته شده است. آزمایشهای صورت گرفته شامل نفوذپذیری نمونههای اشباع، تک محوری نمونههای خشک، تک محوری نمونههای اشباع، سه محوری UU نمونههای خشک، سه محوری CU نمونههای اشباع، بارگذاری سه محوری دورهای نمونههای اشباع و تعیین سرعت موج فشاری ضربهای نمونههای خشک و اشباع، میباشد. با انجام آزمایشهای ذکر شده، رفتار استاتیکی و دینامیکی خاک دانهای تزریق شده با این پلیمر به طور کامل مورد بررسی قرار گرفت. به طور کلی تزریق این رزین نتایج بسیار مناسبی بر خواص خاک داشت. در حالت خشک تا حدود 10% وزن مخصوص خاک افزایش پیدا کرد. بازهی نفوذپذیری خاک حدود 100 مرتبه کاهش یافت؛ از طرفی مقاومتهای بسیار بالایی در آزمایشهای مختلف بدست آمد. با بررسی این نتایج مشخص شد تأثیر اصلی تزریق این ماده، بر چسبندگی خاک بوده و زاویه اصطکاک داخلی خاک تغییر محسوسی نمیکند. از طرفی با انجام آزمایش سه محوری دورهای مشخص شد تزریق این رزین مقاومت دورهای مناسبی برای خاک فراهم میکند؛ البته پارامترهای فرکانس بارگذاری، دامنه بارگذاری دینامیکی و همچنین درصد تراکم خاک تزریق شده تأثیر کاملاً مستقیمی بر رفتار دینامیکی خاک تزریق شده دارد. کلمات کلیدی: تزریق شیمیایی، نفوذپذیری، مقاومت تک محوری، آزمایش سه محوری، بارگذاری دورهای