مکانیزم روانگرایی خاک های ماسه ای

در خاک های ماسه ای قبل از اینکه زلزله و نیروهای ناشی از آن از طریق تماس ذرات بتوانند منتقل شوند، ذرات خاک دارای تماس های پایداری بین یکدیگر هستند، این امر موجب می شود که مقاومت برشی خاک پایداری سازه ای را که بر سطح زمین قرار دارد، تامین نماید. هنگامی که خاک در اثر تنش های برشی ناشی از ارتعاشات زلزله، تغییر شکل می دهد، تماس میان ذرات از بین می رود، در نتیجه نیروهایی که اصولا" به وسیله تماس های ذرات در امتداد قائم تحمل می شدند، به آب منفذی منتقل می‌شوند، این حالت همان بروز شرایط روانگرایی خواهد بود.

در این حالت تماس میان ذرات از بین رفته و مقاومت برشی خاک صفر می شود و خاک ماسه ای رفتاری شبیه یک مایع که وزن مخصوص آن برابر خاک اشباع است از خود نشان خواهد داد. بعد از روانگرایی همزمان با خروج آب تماس بین ذرات خاک مجدداً برقرار شده و گیرش مجدد توده خاک پس از وقوع مقدار زیادی نشست خواهد بود. کاهش حجم در خاک نشست کرده برابر حجم آب حفره ای است که از خاک خارج شده است.

مکانیزم اساسی روانگرایی در لایه های ماسه ای اشباع و سست، افزایش تدریجی فشار منفذی در اثر اعمال تنش های سیکلی حاصل از انتشار موج برشی زلزله است، یک المان خاک در زمین مسطح در شرایط طبیعی تحت تنش های جانبی حاصل از وزن لایه های بالا قرار می گیرد. در هنگام اعمال تنش های سیکلی به یک المان ماسه سست، تمایل به تراکم و در نتیجه کاهش حجم در آن المان وجود دارد.

اگر زمان بارگذاری بسیار کمتر از زمان لازم برای زهکشی و خروج آب باشد، امکان کاهش حجم در زمان کوتاه ایجاد نشده و در نتیجه در وضعیت تنش سیستم تغییراتی ایجاد می شود، این تغییرات شامل کاهش تنش موثر بین ذرات و افزایش فشار منفذی است. بنابراین مقدار فشار منفذی ایجاد شده به وضعیت فشردگی، خصوصیات کاهش حجم المان در اثر بارگذاری، شدت و دوام بارگذاری بستگی پیدا می کند.

اگر ماسه به اندازه کافی سست و شدت بارگذاری به اندازه کافی بزرگ باشد، ممکن است فشار منفذی معادل تنش موثر اولیه بین ذرات شود. در این لحظه نیروهای بین ذرات از بین رفته و ذرات به صورت معلق و غوطه ور قرار می گیرند، به یک چنین وضعیتی روانگرایی گفته می شود. گروهی از محققین اعتقاد دارند که در این وضعیت مقاومت ذرات به حداقل رسیده و جسم در یک تنش موثر، تنش برشی و حجم ثابت به طور پیوسته تغییر شکل می دهد. پس از ایجاد روانگرایی، ذرات مجزای ماسه در آب رسوب کرده و پس از اتمام رسوب گذاری، ماسه در یک وضعیت متراکم تر قرار می گیرد.