فرآیند سمنتاسیون در خاکهای درشت دانه
مهمترین عامل ظهور و پیدایش چسبندگی در خاکهای درشت دانه سیمانی شدن ذرات میباشد گرچه در خاکهای نیمه اشباع نیز چسبندگی ظاهری ضعیفی بر اثر کشش ظاهری بین ذرات دیده می شود که ممکن است در خاکهای درشت دانه حاوی مواد ریزدانه قابل توجه باشد در فرآیند سمنتاسیون و سیمانی شدن خاک بافت Fabric نقش اساسی را داراست بافت در برگیرنده همه مشخصات دانه بندی ؛ شکل و جهت یابی ذرات ؛ نحوه اتصال ذرات به یکدیگر میباشد.
اتصال ذرات خاک آبرفتی درشت دانه در یک خاک رسوبی به سه صورت زیر دیده می شود:
- اتصال نقطه ای و طولی که در خاکهایی با دانه بندی یکنواخت و با اجزای گرد دیده می شود. موقعی که وزن مخصوص خاک کم است اتصال به صورت نقطه ای و در وزن مخصوص های بالا اتصال به صورت طولی میباشد .
- اتصال تقعر-تحدب و یا قفل و بست بین دانه ای Interlocking که بیشتر در خاکهایی با ذرات گوشه دار و تیز گوشه دیده می شود.
- اتصال بوسیله مواد خمیره یا بافت شناور که در رسوبات با دانه بندی گسسته شایع بوده و در این حالت اجزای درشت دانه به ندرت در تماس مستقیم با یکدیگر بوده و در مواد ریز سیمانی شناورند.
سیمانی شدن اجزای درشت دانه یک ساختار آبرفتی در نتیجه و تاثیر دو عامل زیر به مقاومت خاک می افزاید :
- با ایجاد پوششی در اطراف و نقاط تماس دانه های درشت و تولید پیوندهای سیمانی
- با پرکردن فضاهای خالی و افزایش تراکم خاک
تاثیر سمنتاسیون ناشی از تزریق دوغاب سیمان بر چسبندگی خاک درشت دانه
مهمترین جلوه پدیده سمنتاسیون ناشی از تزریق در خاکهای درشت دانه ؛ افزایش چسبندگی توده خاک میباشد. تحقیقات بسیاری در رابطه با افزایش چسبندگی خاک با انجام عمل تزریق در آن انجام پذیرفته ( کلاف و همکاران – آلمن و پولوس ) که همه آنها تایید کننده افزایش میزان چسبندگی خاک با انجام عمل تزریق دوغاب سیمان میباشد به طوریکه در یک خاک دانه ای با ۴ درصد سیمان چسبندگی ۳ برابر بیش از حالتی میباشد که از ۲ درصد سیمان جهت تزریق استفاده گردد . به طوریکه با افزودن ۵ درصد وزنی سیمان در اثر تزریق به خاک می توان چسبندگی را تا 30 کیلوپاسکال افزایش داد. حتی پس از گسیختگی خاک نیز اثر این چسبندگی به صورت چسبندگی پسماند ظاهر میگردد و از کاهش مقاومت پیاپی خاک جلوگیری میکند.
تاثیر سمنتاسیون ناشی از تزریق دوغاب سیمان بر ضرائب تغییر شکل خاک درشت دانه
مهمترین ضرائب تغییر شکل و یا سختی خاک مدول یانگ E ؛ ضریب عکس العمل بستر Ks و مدول برشی خاک G میباشند. این ضرائب که مستقیما در ارتباط با فابریک خاک هستند که به زبان ساده تر به اسکلت ساختاری خاک مربوط می شوند با انجام عملیات تزریق دوغاب سیمان افزایش چشمگیری پیدا میکنند در واقع با افزایش درجه سمنتاسیون خاک مقدار کاهش مدول برشی خاک کم شده و در نتیجه توده خاک در برابر کرنش های برشی مقاومت بیشتری از خود نشان خواهد داد و رفتار خاک بیشتر به سمت الاستیک میل پیدا میکند. در واقع به علت انجام عملیات تزریق نسبت تخلخل توده خاک کاهش پیدا کرده و موجب سخت شدن اسکلت خاک میگردد و در نتیجه تمام ضرائب الاستیک خاک افزایش قابل توجهی پیدا میکند که نتیجه آن افزایش مقاومت برشی خاک میگردد.
بر اثر سمنتاسیون پوش گسیختگی موهر انحنا پیدا کرده و کم و بیش شبیه به پوش گسیختگی سنگها میگردد در واقع سمنتاسیون باعث افزایش مقاومت اوج شده و کرنش متناظر با نقطه اوج را کاهش میدهد. در واقع دوغاب سیمان با ایجاد چسبندگی مابین ذرات دانه ای خاک گراولی خاصیت آرچینگ خاک بالاسر میکروتونل را افزایش داده و این خاصیت قوسی که در نتیجه پیوند سمنتاسیون بین اجزای دانه ای بوجود آمده است مانند پل قوسی مانع از فروریزش توده خاکی به هنگام حفاری میگردد
نکته مهم در تاثیر سمنتاسیون در افزایش مقاومت خاک در فشارهای جانبی کم و یا به عبارتی در عمق کمتر میباشد چرا که با افزایش عمق و افزایش فشارهای همه جانبه خاک تاثیر سمنتاسیون کمتر میگردد لذا برای سمنتاسیون خاکهای روباره تونل که ضخامت کمتری دارند تاثیر بسزایی خواهد داشت .