برنامه های درس مکانیک خاک و پی
برنامه های درس مکانیک خاک و پی شامل موارد زیر است:
ﻛﺎﻧﻲ ﻫﺎي رﺳﻲ ﻣﻌﻤﻮﻻً داراي ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن ﺑﻠﻮري ﻣﺘﺸﻜﻞ از دو ﺑﺨﺶ اﺳﺎﺳﻲ ﻳﻌﻨﻲ واﺣﺪ ﭼﻬﺎر وﺟﻬﻲ و واﺣﺪ ﻫﺸﺖ وﺟﻬﻲ ﻫﺴﺘﻨﺪ. ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻧﺤﻮه ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻦ اﻳﻦ ذرات در ﻛﻨﺎر ﻫﻢ ﺳﻪ ﮔﺮوه اﺻﻠﻲ ﻛﺎﻧﻲ ﻫﺎي رﺳﻲ ﻳﻌﻨﻲ ﻛﺎﺋﻮﻟﻴﻨﻴﺖ (Kaolinite) و اﻳﻠﻴﺖ (Illite) و ﻣﻮﻧﺖ ﻣﻮرﻳﻠﻮﻧﻴﺖ (Montmorillonite) ﭘﺪﻳﺪ ﻣﻲآﻳﺪ. از دﻳﮕﺮ ﻛﺎﻧﻲ ﻫﺎي رﺳﻲ ﻣﻲ ﺗﻮان ورﻣﻴﻜﻮﻟﻴﺖ، آﺗﺎﭘﻮﻟﮋﻳﺖ و ﻛﻠﺮﻳﺖ را ﻧﺎم ﺑﺮد. در ﺷﻜﻞ 1-6 واﺣﺪ ﻫﺎي ﺗﺸﻜﻴﻞ دﻫﻨﺪه ﻛﺎﻧﻲ ﻫﺎي رﺳﻲ و ﻧﻤﺎد آن ﻫﺎ و در ﺷﻜﻞ 1-7 ﻃﺮز ﻗﺮار ﮔﻴﺮي آن ﻫﺎ در ﻛﻨﺎر ﻳﻜﺪﻳﮕﺮ ﻧﺸﺎن داده ﺷﺪه اﺳﺖ.
ﺷﻜﻞ 1-6 واﺣﺪﻫﺎي ﺗﺸﻜﻴﻞ دﻫﻨﺪه ﻛﺎﻧﻲ ﻫﺎي رﺳﻲ (اﻟﻒ) ﭼﻬﺎروﺟﻬﻲ ﺳﻴﻠﻴﻜﺎ (ب) ﻫﺸﺖ وﺟﻬﻲ آﻟﻮﻣﻴﻨﺎ
ﺷﻜﻞ 1-7 ﻗﺮار ﮔﻴﺮي واﺣﺪ ﻫﺎي ﺗﺸﻜﻴﻞ دﻫﻨﺪه ﻛﺎﻧﻲ ﻫﺎي رﺳﻲ
واﺣﺪﻫﺎي ﺳﺎﺧﺘﻤﺎﻧﻲ اﻳﻦ ﮔﺮوه ﺿﺨﺎﻣﺘﻲ در ﺣﺪود 7 اﻧﮕﺴﺘﺮوم دارﻧﺪ و ﻣﺘﺸﻜﻞ از ﻳﻚ ﻻﻳﻪ ﭼﻬﺎروﺟﻬﻲ ﺳﻴﻠﻴﻜﺎ و ﻳﻚ ﻻﻳﻪ ﻫﺸﺖ وﺟﻬﻲ آﻟﻮﻣﻴﻨﺎ ﻫﺴﺘﻨﺪ. ﺷﻤﺎر زﻳﺎدي از اﻳﻦ ﻻﻳﻪ ﻫﺎ روي ﻫﻢ ﻗﺮار ﻣﻲ ﮔﻴﺮﻧﺪ ﺗﺎ ذراﺗﻲ ﺑﻪ ﺿﺨﺎﻣﺖ 500 ~ 1000 اﻧﮕﺴﺘﺮوم ﺗﺸﻜﻴﻞ دﻫﻨﺪ. ﻧﺴﺒﺖ ﻗﻄﺮ ﺑﻪ ﺿﺨﺎﻣﺖ 10 ﺗﺎ 20 اﺳﺖ. ﺷﻜﻞ 1-8 ﻗﺮارﮔﻴﺮي واﺣﺪﻫﺎي ﺳﺎزﻧﺪه را ﺑﺮاي ﺗﺸﻜﻞ ﻛﺎﺋﻮﻟﻴﻨﻴﺖ ﻧﺸﺎن ﻣﻲ دﻫﺪ. ﭘﻴﻮﻧﺪ ﺑﻴﻦ واﺣﺪﻫﺎ از ﻧﻮع ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻫﻴﺪروژﻧﻲ ﺑﻮده ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ ﺷﺒﻜﻪ ﻧﺴﺒﺘﺎً ﻣﺴﺘﺤﻜﻤﻲ ﭘﺪﻳﺪ ﻣﻲ آورﻧﺪ ﻛﻪ ﺑﻪ آﺳﺎﻧﻲ ﻣﻲ ﺗﻮاﻧﺪ از ﻧﻔﻮذ آب و ﺷﻜﺎﻓﺘﻪ ﺷﺪن ﺗﻮﺳﻂ آب ﺟﻠﻮﮔﻴﺮي ﺑﻪ ﻋﻤﻞ آورد. از اﻳﻦ رو ﻗﺪرت ﺟﺬب آب ﭘﺎﻳﻴﻦ دارد ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ ﺗﻮاﻧﺎﻳﻲ ﻣﻨﻘﺒﺾ و ﻣﺘﻮرم ﺷﺪن در اﻳﻦ ﮔﺮوه در ﺑﺮاﺑﺮ ﺗﻐﻴﻴﺮات رﻃﻮﺑﺖ ﻧﻴﺰ ﺑﺴﻴﺎر ﭘﺎﻳﻴﻦ اﺳﺖ. رﻧﮓ ﻛﺎﺋﻮﻟﻴﻨﻴﺖ ﺳﻔﻴﺪ اﺳﺖ و از آن در ﺳﺎﺧﺖ ﺿﺮوف ﭼﻴﻨﻲ اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲ ﺷﻮد.
ﺷﻜﻞ 1-8 ﻧﺤﻮه ﭘﻴﻮﻧﺪ واﺣﺪﻫﺎي ﭘﺎﻳﻪ ﻛﺎﻧﻲ ﻛﺎﺋﻮﻟﻴﻨﻴﺖ
ﻫﺮ واﺣﺪ ﺳﺎﺧﺘﻤﺎﻧﻲ اﻳﻠﻴﺖ ﺿﺨﺎﻣﺘﻲ در ﺣﺪود 10 اﻧﮕﺴﺘﺮوم دارد ﻛﻪ ﻣﺘﺸﻜﻞ اﺳﺖ از ﻳﻚ ﻫﺸﺖ وﺟﻬﻲ آﻟﻮﻣﻴﻨﺎ ﻛﻪ ﺑﻴﻦ دو ﻻﻳﻪ ﭼﻬﺎر وﺟﻬﻲ ﺳﻴﻠﻴﻜﺎ ﻗﺮار ﻣﻲ ﮔﻴﺮد. ﻻﻳﻪ ﻫﺎي اﻳﻠﻴﺖ ﺑﻪ وﺳﻴﻠﺔ ﻳﻮن ﻫﺎي ﭘﻮﺗﺎﺳﻴﻮم ﺑﻪ ﻫﻢ ﻣﺘﺼﻞ ﻫﺴﺘﻨﺪ. ﻫﻨﮕﺎﻣﻲ ﻛﻪ آﻟﻮﻣﻴﻨﻴﻮم ﺳﻪ ﺑﺎر ﻣﺜﺒﺖ ﺟﺎﻳﮕﺰﻳﻦ ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن ﭼﻬﺎر ﺑﺎر ﻣﺜﺒﺖ در واﺣﺪ ﭼﻬﺎروﺟﻬﻲ ﻣﻲ ﺷﻮد ﻳﻚ ﺑﺎر ﻣﻨﻔﻲ ﺧﻨﺜﻲ ﻧﺸﺪه ﺑﺎﻗﻲ ﻣﻲ ﻣﺎﻧﺪ ﻛﻪ ﺑﺎﻋﺚ اﻳﺠﺎد ﺑﺎر ﻣﻨﻔﻲ در ﺳﻄﺢ رس ﻣﻲ ﮔﺮدد. ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ ﻳﻮن ﻫﺎي ﭘﺘﺎﺳﻴﻢ ﺑﺮاي ﺑﺮ ﻗﺮار ﻛﺮدن ﺗﻌﺎدل و از ﺑﻴﻦ ﺑﺮدن ﻛﻤﺒﻮد ﺑﺎر ﺑﺎ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻦ ﺑﻴﻦ واﺣﺪ ﻫﺎي اﻳﻠﻴﺖ ﺑﺎ آﻧﻬﺎ ﭘﻴﻮﻧﺪ ﺑﺮﻗﺮار ﻣﻲ ﻛﻨﻨﺪ. ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻳﻮن ﻫﺎي ﭘﺘﺎﺳﻴﻢ اﺟﺎزه ﻣﻲ دﻫﺪ ﻛﻪ اﻳﻦ واﺣﺪﻫﺎ ﻫﻤﺎﻧﻨﺪ ﺷﻜﻞ زﻳﺮ ﺑﺮ روي ﻫﻢ ﭼﻴﺪه ﺷﻮﻧﺪ اﻣﺎ اﻳﻦ ﭘﻴﻮﻧﺪ ﺿﻌﻴﻒ ﺗﺮ از ﭘﻴﻮﻧﺪه ﻫﻴﺪروژﻧﻲ در ﻛﺎﺋﻮﻟﻴﻨﻴﺖ اﺳﺖ. در ﻧﺘﻴﺠﻪ ذرات اﻳﻠﻴﺖ ﺿﺨﺎﻣﺘﻲ ﺣﺪود 200 ~ 300 اﻧﮕﺴﺘﺮوم ﺧﻮاﻫﻨﺪ داﺷﺖ و ﻧﺴﺒﺖ ﻗﻄﺮ ﺑﻪ ﺿﺨﺎﻣﺖ ﻧﻴﺰ ﺣﺪود 20 ﺗﺎ 50 اﺳﺖ. ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ از آﻧﺠﺎﺋﻴﻜﻪ ﻫﺮ ﻳﻚ از ﭘﻮﻟﻚ ﻫﺎي رﺳﻲ ﺗﻘﺮﻳﺒﺎً ﺑﻪ ﻣﻘﺪار ﻳﻜﺴﺎﻧﻲ در اﻃﺮاف ﺧﻮد آب ﺟﻤﻊ ﻣﻲ ﻛﻨﺪ، اﻳﻠﻴﺖ ﺑﺴﻴﺎر ﻣﺴﺘﻌﺪ ﺗﺮ از ﻛﺎﺋﻮﻟﻴﻨﻴﺖ در ﺟﺬب آب و اﻧﻘﺒﺎض و ﺗﻮرم اﺳﺖ. ﺷﻜﻞ 1-9 ﻗﺮار ﮔﻴﺮي واﺣﺪﻫﺎي ﺳﺎزﻧﺪه را ﺑﺮاي ﺗﺸﻜﻴﻞ اﻳﻠﻴﺖ ﻧﺸﺎن ﻣﻲ دﻫﺪ.
ﺷﻜﻞ 1-9 ﻧﺤﻮه ﭘﻴﻮﻧﺪ واﺣﺪﻫﺎي ﭘﺎﻳﻪ ﻛﺎﻧﻲ اﻳﻠﻴﺖ
واﺣﺪﻫﺎي ﺳﺎﺧﺘﻤﺎﻧﻲ ﻣﻮﻧﺖ ﻣﻮرﻳﻠﻮﻧﻴﺖ ﺑﺴﻴﺎر ﺷﺒﻴﻪ ﮔﺮوه اﻳﻠﻴﺖ اﺳﺖ ﺑﺎ اﻳﻦ ﺗﻔﺎوت ﻛﻪ ﻋﻼوه ﺑﺮ ﺟﺎﻧﺸﻴﻨﻲ آﻟﻮﻣﻴﻨﻴﻮم 3 ﺑﺎر ﻣﺜﺒﺖ ﺑﻪ ﺟﺎي ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن 4 ﺑﺎر ﻣﺜﺒﺖ در واﺣﺪﻫﺎي ﭼﻬﺎروﺟﻬﻲ ﺑﻌﻀﻲ از ﻳﻮن ﻫﺎي ﻣﻨﻴﺰﻳﻢ 2 ﺑﺎر ﻣﺜﺒﺖ و آﻫﻦ 2 ﺑﺎر ﻣﺜﺒﺖ ﺟﺎﻳﮕﺰﻳﻦ آﻟﻮﻣﻴﻨﻴﻮم 3 ﺑﺎر ﻣﺜﺒﺖ در واﺣﺪ ﻫﺎي ﻫﺸﺖ وﺟﻬﻲ ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ. در ﺷﻜﻞ 1-10 ﻗﺮار ﮔﻴﺮي واﺣﺪﻫﺎي ﺳﺎزﻧﺪه ﺑﺮاي ﺗﺸﻜﻴﻞ ﻣﻮﻧﺖ ﻣﻮرﻳﻠﻮﻧﻴﺖ ﻧﺸﺎن داده ﺷﺪه اﺳﺖ. اﻳﻦ ﺗﻐﻴﻴﺮات ﺳﺒﺐ ﻣﻲ ﺷﻮد ﻳﻚ ﺷﺒﻜﻪ از ﺑﺎرﻫﺎي ﻣﻨﻔﻲ ﻛﻪ ﻣﻮﻟﻜﻮل ﻫﺎي آب و ﻫﺮ ﻛﺎﺗﻴﻮن ﻣﻮﺟﻮد در ﺷﺒﻜﻪ ﻛﺮﻳﺴﺘﺎل را ﺟﺬب ﻣﻲ ﻛﻨﺪ ﺑﻮﺟﻮد آﻳﺪ. ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻣﻮﻟﻜﻮل ﻫﺎي آب ﺑﺎ اﻳﻦ ﮔﺮوه ﺑﺴﻴﺎر ﺿﻌﻴﻒ ﺗﺮ از ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻳﻮﻧﻲ ﭘﺘﺎﺳﻴﻢ در اﻳﻠﻴﺖ اﺳﺖ. از اﻳﻦ رو ﻣﻮﻧﺖ ﻣﻮرﻳﻠﻮﻧﻴﺖ ﺑﻪ آﺳﺎﻧﻲ ﺷﻜﺴﺘﻪ ﺷﺪه و ﺑﻪ ذرات ﺑﺴﻴﺎر رﻳﺰ ﺗﻘﺴﻴﻢ ﻣﻲ ﺷﻮد ﻛﻪ ﻣﻌﻤﻮﻻً ﺿﺨﺎﻣﺘﻲ در ﺣﺪود 10 ~ 30 اﻧﮕﺴﺘﺮوم ﺑﺎ ﻧﺴﺒﺖ ﻗﻄﺮ ﺑﻪ ﺿﺨﺎﻣﺖ 200 ﺗﺎ 400 دارﻧﺪ. از ﺟﻤﻠﻪ وﻳﮋﮔﻲ ﻫﺎي اﻳﻦ ﮔﺮوه ﻗﺪرت ﺑﺎﻻي ﺟﺬب آب، اﻧﻘﺒﺎض و ﺗﻮرم اﺳﺖ.
ﺷﻜﻞ 1-10 ﻧﺤﻮه ﭘﻴﻮﻧﺪ واﺣﺪﻫﺎي ﭘﺎﻳﻪ ﻛﺎﻧﻲ ﻣﻮﻧﺖ ﻣﻮرﻳﻠﻮﻧﻴﺖ
ﻳﻜﻲ از اﻋﻀﺎي ﺧﺎﻧﻮاده ﻣﻮﻧﺖ ﻣﻮرﻳﻠﻮﻧﻴﺖ، ﺑﻨﺘﻮﻧﻴﺖ (ﮔﻞ ﺣﻔﺎري) اﺳﺖ ﻛﻪ ﺧﺎﺻﻴﺖ ﺟﺬب آب ﺑﺴﻴﺎر ﺑﺎﻻ (ﺗﺎ 8 ﺑﺮاﺑﺮ وزن ﺧﻮدش) دارد. در ﺷﻜﻞ 1-11 ﺗﺼﺎوﻳﺮ ﺳﺎﺧﺘﺎري ﻛﺎﻧﻲ ﻫﺎي رﺳﻲ در ﻛﻨﺎر ﻳﻜﺪﻳﮕﺮ ﻧﺸﺎن داده ﺷﺪه اﺳﺖ.
ﺷﻜﻞ 1-11 مقایسه ﺳﺎﺧﺘﺎري کاﻧﻲ ﻫﺎي رﺳﻲ
ﻣﻘﺪار ﺳﻄﺢ ﺟﺎﻧﺒﻲ ﻛﺎﻧﻲ ﻫﺎي رﺳﻲ در واﺣﺪ ﺟﺮم، ﻄﺢ وﻳﮋه ﻧﺎﻣﻴﺪه ﻣﻲ ﺷﻮد. از ﺠﺎﺋﻲ ﻛﻪ ﻫﺮﭼﻪ ﻧﺴﺒﺖ ﻗﻄﺮ به ﺿﺨﺎﻣﺖ ﭘﻮﻟﻚ ﻫﺎي رﺳﻲ ﺑﻴﺸﺘﺮ ﺷﺪ، ﺳﻄﺢ وﻳﮋه ﺑﻴﺸﺘﺮ ﺧﻮاﻫﺪ ﺷﺪ، ﻛﺎﺋﻮﻟﻴﻨﻴﺖ ﻛﻤﺘﺮﻳﻦ ﺳﻄﺢ وﻳﮋه و ﻣﻮﻧﺖ ﻮرﻳﻠﻮﻧﻴﺖ ﺑﻴﺸﺘﺮبن سطح وﻳﮋه را در ﻣﻴﺎن ﻛﺎﻧﻲ ﻫﺎي رﺳﻲ اﺻﻠﻲ دارد. ﻣﻘﺪار ﺗﻘﺮﻳﺒﻲ ﻣﺸﺨﺼﺎت ﻲ ﻫﺎي ﻣﻬﻢ ﺳﻲ در ﺟﺪول 1-4 اراﺋﻪ ﺷﺪه ﺳﺖ.
ﺟﺪول 1-4 ﺸﺨﺼﺎت ﻛﺎﻧﻲ ﻫﺎي ﻣﻬﻢ رﺳﻲ
ﺳﻄﺢ ﺟﺎﻧﺒﻲ ﻛﺎﻧﻲ ﻫﺎي ﺳﻲ داراي ﺑﺎر اﻟﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ ﻣﻨﻔﻲ ﺑﻮده و ﻫﻨﮕﺎﻣﻲ ﻛﻪ در ﺗﻤﺎس ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ ﺑﺎ آب ﻗﺮار ﻣﻲ ﮔﻴﺮد، ﻳﻮن ﻫﺎي ﻣﺜﺒﺖ ﻣﻮﻟﻜﻮلی دو ﻗﻄﺒﻲ ب (ﺷﻜﻞ 1-12) را ﺟﺬب ﻣﻲ ﻧﻤﺎﻳﺪ. از لحاظ ﺗﺮاﻛﻢ ﻣﻮﻟﻜﻮﻟﻲ آب در ﺳﻪ ﻻﻳﻪ در اﻃﺮاف ﭘﻮﻟﻚ ﻫﺎي رسی ﻗﺮار ﻣﻲ ﮔﻴﺮد. ﻻﻳﻪ اول ﻛﻪ داراي ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻣﻮﻟﻜﻮﻟﻲ ﺑﺎ ﺟﺪاره ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻻﻳﻪ اي ﻧﺎزك و ﻣﺘﺮاﻛﻢ ﺑﻮده و ﻻﻳﻪ آب جذب سطحی (Adsorb water) ﻧﺎﻣﻴﺪه ﻣﻲ ﺷﻮد. ﻻﻳﻪ دوم ﻛﻪ ﻻﻳﻪ ﻣﻀﺎﻋﻒ ﺧﻮاﻧﺪه ﻣﻲ ﺷﻮد، دارای ﺗﺮاﻛﻢ ﻣﻮﻟﻜﻮﻟﻲ کمتر و ﺿﺨﺎﻣﺖ بیشتری ﻧﺴﺒﺖ به ﻻﻳﻪ ﺟﺬب ﻄﺤﻲ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ. در اﻃﺮاف ﻻﻳﻪ ﻫﺎي ﻣﺬﻛﻮر نیز آب ﺑﻪ ﺻﻮرت ﭘﺮاﻛﻨﺪه ﻗﺮار دارد. ﺷﻜﻞ
1-13 ﻧﺤﻮه ﻗﺮار ﮔﻴﺮي و ﺟﺬب آب را در ااﻃﺮاف ﭘﻮﻟﻚ ﻫﺎي رﺳﻲ ﻧﺸﺎن ﻣﻲ دﻫﺪ.
ﺷﻜﻞ 1-12 ﺧﺎﺻﻴﺖ دو ﻗﻄﺒﻲ ﻣﻮﻟﻜﻮل آب
ﺷﻜﻞ 1-13 ﺟﺬب آب در اﻃﺮاف ﭘﻮﻟﻚ رﺳﻲ
ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻣﻄﺎﻟﺐ ﻫﺮﭼﻪ ﻣﻘﺪار ﺳﻄﺢ وﻳﮋه ﻛﺎﻧﻲ ﺑﻴﺸﺘﺮ ﺑﺎﺷﺪ، ﺳﻄﺢ ﺗﻤﺎس رس ﺑﺎ آب ﺑﻴﺸﺘﺮ ﺧﻮاﻫﺪ ﺷﺪ و در ﻧﺘﻴﺠﻪ ﻣﻘﺪار آب ﺟﺬب ﺷﺪه در ﺟﺪاره ﻛﺎﻧﻲ ﺑﻴﺸﺘﺮ ﺧﻮاﻫﺪ ﺷﺪ. از اﻳﻦ ﻧﻈﺮ از ﻟﺤﺎظ ﻣﻘﺪار آب، ﻣﻮﻧﺖ ﻣﻮرﻳﻠﻮﻧﻴﺖ و ﻛﺎﺋﻮﻟﻴﻨﻴﺖ ﺑﻪ ﺗﺮﺗﻴﺐ داراي ﺑﻴﺸﺘﺮﻳﻦ و ﻛﻤﺘﺮﻳﻦ ﻣﻘﺪار آب ﺟﺬب ﺷﺪه در ﺑﻴﻦ ﺳﻪ ﻧﻮع ﻣﻬﻢ ﻛﺎﻧﻲ ﻫﺎي رﺳﻲ ﻫﺴﺘﻨﺪ. ﺷﻜﻞ 1-14 ﻛﻪ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻣﻘﻴﺎس ﻧﺴﺒﻲ ﺗﺮﺳﻴﻢ ﺷﺪه اﺳﺖ. ﺑﻴﺎﻧﮕﺮ ﻫﻤﻴﻦ ﻣﻄﻠﺐ اﺳﺖ.
ﺷﻜﻞ 1-14 آب اﺣﺎﻃﻪ ﻛﻨﻨﺪه ذرات رس