پدیده روانگرایی

پديده روانگرايي خاك تاریخ : سه شنبه، 11 فروردين ماه ، 1388موضوع : مقالات وپژوهش ها
روانگرایی خاک (Liquefaction) پدیده ای است که بدلیل کاهش سختی و مقاومت خاک در اثر وارد آمدن نیروی زلزله یا یک بارگذاری سریع صورت می گیرد. روانگرایی خاک و پدیده های مرتبط با آن در زلزله های سالیان گذشته صدمات زیادی را در سراسر جهان وارد کرده اند.روانگرایی فقط در خاکهای اشباع صورت می گیرد.آب موجود بین ذرات خاک فشاری را به ذرات خاک وارد می کند که این فشار سبب می شود ذرات خاک بطور محکم بهم فشرده شوند. پیش از زلزله فشار آب نسبتآ کم است اما با وقوع لرزش زلزله فشار آب افزایش یافته بطوریکه ذرات خاک بسرعت در کنارهم شروع به حرکت می کنند. هرچند اغلب لرزش زمین سبب افزایش فشار آب منفذی می گردد اما فعالیت های مرتبط ساختمانی همانند انفجار یا آبگیری مخازن و بطور کلی تغییر در تنش ارتجاعی زمین از طریق بارگذاری و باربرداری نیز می تواند سبب روانگرایی در خاک گردد.همانگونه که در شکل مشاهده می کنید با وقوع روانگرایی مقاومت خاک کاهش یافته و توانایی خاک زیر پی برای حفظ پایداری ساختمانها و پلها از بین می رود.
همچنین خاک روان شده پشت دیوارهای حائل می تواند سبب نشست و تخریب دیوار حائل گردد.چنانچه افزایش فشار آب منفذی در پشت سدها نیز میتواند سبب زمین لغزه و شکستن سدها گردد. روانگرایی خاک در بسیاری از زلزله های سالیان گذشته مشاهده شده است. به عنوان نمونه می توان به زلزله های آلاسکا (Alaska,USA,1964)، نیگاتا (Niigata,Japan,1964) ، لوماپرییتا (Loma Prieta,USA,1989) و کوبه (Kobe,Japan,1995) اشاره کرد.
بدلیل اینکه روانگرایی فقط در خاکهای اشباع صورت می گیرد این پدیده معمولا در مناطق نزدیک آب همانند رودخانه ها،دریاچه ها ،خلیج هاو اقیانوسها اثرات تخریبی بیشتری دارد. اثرات این پدیده عمده این در مناطق نزدیک آب شامل لغزش عمده خاک بسمت ساحل و فرونشست آن همانند دریاچه مرسید(Lake Merced) در ۱۹۵۷ و یا حرکت زمین و ایجاد ترک در ساحل دریا در اثر تنش اضافی همانند رودخانه موتاگوا (Motagua River) در زلزله ۱۹۷۶ گواتمالا می شود. صدمه به دیوارهای نگهدارنده بنادر و باراندازها با ایجاد فشار به خاک پشت آنها و هل دادن آن به سمت آب از دیگر صدماتی است که روانگرای در مناطق نزدیک سواحل ایجاد می کند بطوریکه در زلزله ۱۹۹۵ کوبه ژاپن روانگرایی خاک صدمه اصلی را به امکانات و تجهیزات بندر کوبه وارد کرد.
پدیده های مشابه روانگرایی خاک
همانطوري كه اشاره شد اصطلاح روانگرایی خاک معمولا برای معرفی تعدادی از پدیده های مشابه نیز بکار میرود. زیرا این پدیده ها اثراتی مشابه دارند و همین مسئله تشخیص آنها را از هم مشکل کرده است .این پدیده های مرتبط عموما به دو دسته زیر تقسیم بندی می شوند:
جریان روانگرایی (flow liquefaction)
پديده اي است كه در آن تعادل استاتيكي خاكهاي رسوبي با مقاومت پسماند در اثر بارهاي استاتيكي يا ديناميكي بهم مي خورد. مقاومت پسماند مقاومت خاك روان شده است.براي مثال بار استاتيكي مي تواند در اثر ساختمان جديدي كه روي شيب ساخته شده است سبب واردآمدن نيروي اضافي به خاك زير پي گردد. زلزله ها ، انفجارات و شمع كوبي مثالهاي از بارهاي ديناميكي هستند كه مي توانند موجب جريان روانگرايي شوند. همچنين يكبار كه پديده روانگرايي در خاك روي داد خاك مستعد وقوع جريان روانگرايي است بطوريكه خاك مقاومت كافي را براي تحمل تنشهاي استاتيكي همانند پيش از ناآرامي ندارد.
مشابه آنچه در شكل بالا ديده مي شود يك اسكي باز پايداري استاتيكي خود را با هل دادن خود به سمت جلو در نقطه شروع بدست مي آورد. بعد از يك ناآرامي اندك در ابتدا نيروي استاتيكي پيش برنده در اثر نيروي وزن (مؤلفه در امتداد افق نيروي ثقلي) بيشتر از نيروي اصطكاكي بين اسكي باز و برف مي گردد و موجب شتاب يافتن اسكي باز به سمت پايين شيب مي شود. بطور مشابه وضعيت ناپايدار ايجاد شده در اثر توزيع نيروي استاتيكي يا ديناميكي سبب شتاب يافتن و حركت خاك مي گردد. حركت سريع و عظيم توده خاك از ويژگيهاي اين پديده است. به عنوان نمونه مي توان به تخريب مجموعه ساختماني كاواگوشي كه در جريان زلزله ۱۹۶۴ نيگاتاي ژاپن اشاره كرد.
روانی مجدد (cyclic mobility)
اين پديده در اثر بارگذاري تكراري در خاكهاي رسوبي با تنشهاي برشي استاتيكي كمتر از مقاومت خاك روي مي دهد. تغيير شكلهاي ناشي از رواني دوره اي بطور افزايشي بدليل تنشهاي استاتيكي و ديناميكي در هنگام زلزله گسترش مي يابد. يكي از نتايج رواني دوره اي پخش جانبي (Lateral spreading) خاك روي نواحي كم شيب و صاف كنار درياها و رودخانه است.زلزله سال ۱۹۷۶ گواتمالا سبب پخش جانبي خاك در سراسر كناره رودخانه مونتگوا شد. در زمين هاي صاف بدليل فشار آب منفذي بالا ايجاد شده در اثر پديده روانگرايي سبب جريان سريع آب در سطح زمين مي گردد.اين جريان هم در جريان زلزله و هم بعد از آن اتفاق مي افتد.اگر جريان آب منفذي به اندازه كافي و به سرعت بالا بيايد سبب حركت ذرات ماسه به سمت تركها و روي دادن پديده جوشش ماسه مي گردد.اين پديده بيشتر در مناطقي كه تحت تاثير پديده روانگراي قرارگرفته اند روي مي دهد.