معرفی پدیده روانگرایی

معرفی پدیده روانگرایی (Introduction to liquefaction)
یکی از خسارات زلزله پدیده روانگرایی است. این پدیده زمانی رخ می دهد که خاک مقاومت خود را از دست می دهد و مانند یک سیال روان می شود. روانگرایی حاصل تمایل خاک ها به کاهش حجم، هنگام قرارگیری تحت تنش های برشی است. در خاک‌های سست اشباع تحت اثر برش، تمایل دانه ها به تغییر آرایش به حالتی متراکم‌تر و ایجاد کمترین فضای حفره ای منجر به بیرون راندن آب حفره ای می‌گردد. درنتیجه در شرایط زهکشی نشده، فشار آب به همراه افزایش تنش برشی تدریجاً افزایش می یابد. این پدیده انتقال تدریجی تنش از اسکلت خاک به آب حفره ای و درنتیجه، کاهش تنش مؤثر و مقاومت برشی خاک را در پی خواهد داشت. در صورت کاهش مقاومت برشی خاک به میزانی کمتر از تنش های برشی محرک استاتیکی، روانگرایی به همراه تغییر شکل های بزرگ روی می دهد. روانگرایی در خاک‌های دانه ای سست تحت بار یکنواخت و نیز سیکلیک برشی مشاهده شده است. روانگرایی فقط در خاک‌های اشباع و اغلب در نزدیکی رودخانه ها، خلیج ها و مناطقی که سطح آب زیرزمینی بالا باشد و اغلب در خاک‌های از جنس ماسه  و ماسه‌ای سیلتی غیر متراکم و اشباع رخ می دهد.


 
تصویری از ساختمان‌های سالم واژگون شده در اثر روانگرایی خاک در زلزله 1964 نیگاتای ژاپن


این پدیده در زلزله های نیگاتا و آلاسکا 1964، لوما پریتا 1989، کوبه 1995 و چی چی 1999 بیشترین نمود را داشته است. از آخرین موارد روانگرایی در جهان می‌توان به روانگرایی حاصل از زلزله پورتو پرنس در هایتی 2010 اشاره کرد. در ایران نیز در زلزله منجیل و رودبار 1369 این پدیده خسارات قابل توجهی وارد نمود؛ بطوریکه در آستانه اشرفيه منبع آب آشاميدنی شهر به كلی ويران و ده‌ها خانه در اثر پديده روانگرايی خاك تخريب گرديدند.
با توجه به مکانیزم گسیختگی خاک، رابرتسن (1994) طبقه بندی جامعی را از روانگرایی خاک ارائه کرده است. این سیستم طبقه بندی را می توان به شکل زیر ارائه کرد:
1- روانگرایی جریانی (flow liquefaction): هنگامی که جریان آب زهکشی نشده در خاک اشباع انقباضی وجود داشته باشد و تنش برشی استاتیکی از مقاومت پسماند خاک فراتر رود، روانگرایی جریانی اتفاق میافتد. گسیختگی ممکن است به وسیله بارگذاری برشی چرخه ای یا یکنواخت شروع شود.
2- نرم شدگی چرخه ای (cyclic softening): برای توصیف تغییرشکل‌های بزرگ که در طول برش چرخه ای به علت فشار آب حفره ای ایجاد شده در خاک اتفاق می افتد، به کار می رود. نرم شدن چرخه ای که در آن تغییرشکل ها پس از توقف بارگذاری چرخه ای ادامه نمی یابد، را می توان به دو دسته زیر طبقه بندی کرد:
روانگرایی چرخه ای (cyclic liquefaction): زمانی اتفاق می افتد که تنش های برشی چرخه ای از مقدار تنش برشی استاتیکی اولیه فراتر می رود و معکوس شدن تنش رخ می دهد.
روانی مجدد یا تحرک چرخه ای (cyclic mobility): این پدیده در اثر بارگذاری تکراری در خاکهای رسوبی با تنشهای برشی استاتیکی کمتر از مقاومت خاک روی می دهد. تغییر شکل های ناشی از روانی مجدد بطور افزایشی به دلیل تنش های استاتیکی و دینامیکی در هنگام زلزله گسترش می یابد. روانی مجدد زمانی اتفاق می افتد که بارهای چرخه ای منجر به معکوس شدن تنش برشی نمی شود و حالت تنش موثر صفر رخ نمی دهد. تغییرشکل نهایی حاصل جمع تغییرشکل اتفاق افتاده در هر چرخه تنش برشی است.
یکی از نتایج روانی مجدد پخش جانبی (Lateral spreading) خاک روی نواحی کم شیب و صاف کنار دریاها و رودخانه است. زلزله سال ۱۹۷۶ گواتمالا که سبب پخش جانبی خاک در سراسر کناره رودخانه مونتگوا شد، مثالی از این پدیده است که در زمین های صاف بدلیل فشار آب منفذی بالا ایجاد شده در اثر پدیده روانگرایی سبب جریان سریع آب در سطح زمین می گردد. این جریان هم در جریان زلزله و هم بعد از آن اتفاق می افتد. اگر جریان آب منفذی به اندازه کافی و به سرعت بالا بیاید سبب حرکت ذرات ماسه به سمت ترکها و روی دادن پدیده جوشش ماسه می گردد. این پدیده بیشتر در مناطقی که تحت تاثیر پدیده روانگرای قرارگرفته اند روی می دهد.