4f/2 (42817)
درباره سایت
آخرین مطالب
امکانات وب
U عمق مدفون بالاترین لایه ی ژئوسل
a0 فرکانس بدون بعد
ω فرکانس زاویه ای
d0 قطر اولیه معادل تک سلول ژئوسل
D قطر پی 1
E مدول الاستیسیته ی خاک
G مدول برشی
Ec مدول مقید شده
M مدون سکانت ژئوسل
Ag مساحت حفره ژئوسل
A مساحت قاعده مخروط روی سطح مشترک
ΔM ممان اینرسی دورانی اضافه شده
I0 ممان اینرسی قطبی
ξ میرایی مصالح خاک
ν نسبت پواسون
Q(ω) نیروی خارجی
P نیروی قائم
فهرست شکلهاعنوانصفحه
TOC h z c “شکل” شکل 11: انتشار امواج در مخروط [2] PAGEREF _Toc410674949 h 3شکل 21: سیستم ژئوسل ساخته شده از نوارهایی از ورق های پلیمری جوش شده به هم PAGEREF _Toc410674950 h 8شکل 22: سیستم ژئوسل ساخته شده از ژئوگرید؛ الف) شکل نمونه ی ژئوسل.ب)اتصال ژئوگرید ها [7] PAGEREF _Toc410674951 h 8شکل 23: تصویر شماتیک پیکربندی آزمایش توسط رئا و میشل [8] PAGEREF _Toc410674952 h 9شکل 24: نحوه ی قرارگیری صفحه ی بار در آزمایش های رئا و میشل [8] PAGEREF _Toc410674953 h 9شکل 25: تصویر شماتیک مدل آزمایشگاهی مهایسکار و ماندال [10] PAGEREF _Toc410674954 h 11شکل 26: تصویر شماتیک مدل آزمایشگاهی باتهرست و کرو 1 تست مقاومت برشی بین لایه های 1 [5] PAGEREF _Toc410674955 h 11شکل 27: تصویر شماتیک مدل آزمایشگاهی کریشناسوامی و همکاران [12] PAGEREF _Toc410674956 h 12شکل 28: الگو های استفاده شده در ساخت ژئوسل از ژئوگرید PAGEREF _Toc410674957 h 12شکل 29: تصویر شماتیک نحوه ی انجام آزمایش توسط دش و همکاران [13] PAGEREF _Toc410674958 h 13شکل 210: تصویر شماتیک از مکانیزم شکست و نیرو های موثر بر شیب مسلح با ژئوسل [22] PAGEREF _Toc410674959 h 15شکل 211: نحوه ی انجام آزمایش های سه محوری روی ژئوسل توسط راجاگوپال و همکاران [27] PAGEREF _Toc410674960 h 18شکل 212: انتشار امواج برای دیسک مدفون در خاک لایه ای PAGEREF _Toc410674961 h 22شکل 213:پی متقارن محوری با شکل دلخواه. الف)پی کاملا مدفون درخاک لایه ای نیم فضا؛ ب)پی مدفون در خاک لایه ای بر بستر صلب [42] PAGEREF _Toc410674962 h 22شکل 214: تقسیم بندی ناحیه ی خاک بستر زیر دو پی مجاور هم [43] PAGEREF _Toc410674963 h 23شکل 215: کاربرد مدل مخروط در آنالیز لرزه ای هتل آزادی [44] PAGEREF _Toc410674964 h 24شکل 216: تحلیل گروه شمع در خاک لایه ای توسط یزدانی [46] PAGEREF _Toc410674965 h 25شکل 31: انتشار امواج در مخروط ناقص. الف) مخروط اولیه؛ ب) امواج انعکاس یافته و انکسار یافته [28] PAGEREF _Toc410674966 h 28شکل 32: مخروط یک طرفه PAGEREF _Toc410674967 h 30شکل 33: مخروط دو طرفه [49] PAGEREF _Toc410674968 h 31شکل 34: مخروط ها برای درجات آزادی مختلف [28] PAGEREF _Toc410674969 h 32شکل 35: دیسک واقع بر سطح نیمه بی نهایت همگن. الف) مخروط ناقص نیمه بی نهایت برای حرکت قائم ب) مدل پارامتر متمرکز [28] PAGEREF _Toc410674970 h 33شکل 36: مدل خاک-سازه به وسیله جرم متمرکز-فنر-میراگر [49] PAGEREF _Toc410674971 h 35شکل 37: جرم محبوس ΔM برای درجه آزادی عمودی [42] PAGEREF _Toc410674972 h 38شکل 38: مدل مخروط و مدل گسسته برای پی واقع بر سطح نیم فضای همگن. الف) مخروط نیمه نامحدود ناقص؛ ب) مدل گسسته برای درجه آزادی انتقالی؛ پ) مدل گسسته برای درجه آزادی دورانی [28]. PAGEREF _Toc410674973 h 39شکل 39: انتشار موج در مخروط ها. الف)موج برخوردی به سطح مشترک ؛ب)موج انکسار یافته؛پ) موج انعکاس یافته [48] PAGEREF _Toc410674974 h 44شکل 310: پی واقع بر لايه ی خاک 1 بر نيم فضاي ويسکوالاستيک و انعکاس و انکسار امواج در فصل مشترک لايه ها PAGEREF _Toc410674975 h 46شکل 311: انتشار موج در مخروط ها برای لایه ی مستقر بر بستر صلب [3] PAGEREF _Toc410674976 h 48شکل 312: نمایش الگوی انکسار و انعکاس موج در مرز ناپیوستگی ها [28] PAGEREF _Toc410674977 h 50شکل 313: دیسک واقع بر نیم فضای چندلایه. الف) تقسیم بندی با 20 لایه ی متکی بر نیم فضای همگن؛ ب) مدول برشی افزایشی با عمق به صورت خطی [28] PAGEREF _Toc410674978 h 51شکل 41: لایه ی خاکی بین دو سطح مشترک به عنوان یک مخروط ناقص PAGEREF _Toc410674979 h 53شکل 42: توده مخروطی متشکل از مخروط های ناقص برای یک محیط خاکی با لایه بندی افقی تحت بارگذاری قائم [48] PAGEREF _Toc410674980 h 54شکل 43: مدل سازی نیم فضای زیرین. الف) مخروط ناقص تکی برای مدل سازی نیم فضای الاستیک؛ ب) دو نوع مخروط اولیه، موج های بالا رونده و موج های پایین رونده PAGEREF _Toc410674981 h 55شکل 44: دیسک قرارگرفته در عمق یک نیم فضا [49] PAGEREF _Toc410674982 h 55شکل 45: شرایط تقارن برای دیسک مجازی اصلی و تصویر آن در مدل مخروط دو سویه [49] PAGEREF _Toc410674983 h 56شکل 46: الف) امواج پایین رونده؛ ب) امواج بالا رونده [48] PAGEREF _Toc410674984 h 57شکل 47: دیسک های صلب و تصویر آنها در فضای کامل [48] PAGEREF _Toc410674985 h 58شکل 48: دیسک واقع بر دو لایه ی قرار گرفته بر یک نیم فضای انعطاف پذیر [28] PAGEREF _Toc410674986 h 62شکل 49: بستر خاکی مسلح نشده با ژئوسل PAGEREF _Toc410674987 h 69شکل 410: بستر خاکی مسلح شده با ژئوسل PAGEREF _Toc410674988 h 70شکل 51: هندسه و نحوه قرارگیری ژئوسل در خاک ماسه ای واقع بر محیط نیمه بی نهایت PAGEREF _Toc410674989 h 74شکل 52: پی سطحی مستقر بر خاک مسلح با دو لایه ی ژئوسل PAGEREF _Toc410674990 h 88فهرست نمودارها
عنوانصفحه
TOC h z c “نمودار” نمودار 31: ضریب سختی فنر دیسک واقع بر نیم فضای همگن برای درجه ی آزادی عمودی به ازای نسبت های پواسون مختلف PAGEREF _Toc410674991 h 41نمودار 32: ضریب میرایی دیسک واقع بر نیم فضای همگن برای درجه ی آزادی عمودی به ازای نسبت های پواسون مختلف PAGEREF _Toc410674992 h 42نمودار 41: ضریب سختی فنر دیسک واقع بر دو لایه ی مستقر بر نیم فضای انعطاف پذیر برای درجه آزادی عمودی PAGEREF _Toc410674993 h 63نمودار 42: ضریب میرایی دیسک واقع بر دو لایه ی مستقر بر نیم فضای انعطاف پذیر برای درجه آزادی عمودی PAGEREF _Toc410674994 h 63نمودار 43: ضرایب سختی دینامیکی دیسک واقع بر دو لایه ی مستقر بر نیم فضای انعطاف پذیر برای درجه آزادی عمودی PAGEREF _Toc410674995 h 64نمودار 44 : مقایسه ی ضریب فنر به دست آمده از روش مخروط برای خاک غیر مسلح و خاک مسلح PAGEREF _Toc410674996 h 71نمودار 45 : مقایسه ی ضریب میرایی به دست آمده از روش مخروط برای خاک غیر مسلح و خاک مسلح PAGEREF _Toc410674997 h 71نمودار 46 : مقایسه ی بزرگی سختی دینامیکی به دست آمده از روش مخروط برای خاک غیر مسلح و خاک مسلح PAGEREF _Toc410674998 h 72نمودار 51 : اثر عمق های مختلف قرار گیری لایه ی ژئوسل بر ضریب فنر PAGEREF _Toc410674999 h 76نمودار 52 : اثر عمق های مختلف قرار گیری ژئوسل بر ضریب میرایی PAGEREF _Toc410675000 h 76نمودار 53 : بزرگی سختی دینامیکی به ازای عمق های مختلف قرار گیری ژئوسل PAGEREF _Toc410675001 h 77نمودار 54 : اثر ارتفاع ژئوسل بر ضریب فنر PAGEREF _Toc410675002 h 78نمودار 55 : اثر ارتفاع ژئوسل بر ضریب میرایی PAGEREF _Toc410675003 h 78نمودار 56 : اثر ارتفاع ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی PAGEREF _Toc410675004 h 79نمودار 57 : اثر اندازه ی حفرات ژئوسل بر ضریب فنر PAGEREF _Toc410675005 h 80نمودار 58 : اثر اندازه ی حفرات ژئوسل بر ضریب میرایی PAGEREF _Toc410675006 h 80نمودار 59 : اثر اندازه ی حفرات ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی PAGEREF _Toc410675007 h 81نمودار 510 : اثر درصد میرایی ژئوسل بر ضریب فنر PAGEREF _Toc410675008 h 82نمودار 511 : اثر درصد میرایی ژئوسل بر ضریب میرایی PAGEREF _Toc410675009 h 82نمودار 512 : اثر درصد میرایی ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی PAGEREF _Toc410675010 h 83نمودار 513 : اثر سختی مصالح ژئوسل بر ضریب فنر PAGEREF _Toc410675011 h 84نمودار 514 : اثر سختی مصالح ژئوسل بر ضریب میرایی PAGEREF _Toc410675012 h 84نمودار 515 : اثر سختی مصالح ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی PAGEREF _Toc410675013 h 85نمودار 516 : اثر تراکم خاک پرکننده بر ضریب فنر PAGEREF _Toc410675014 h 86نمودار 517 : اثر تراکم خاک پرکننده بر ضریب میرایی PAGEREF _Toc410675015 h 86نمودار 518 : اثر تراکم خاک پرکننده بر بزرگی سختی دینامیکی PAGEREF _Toc410675016 h 87نمودار 519 : فاصله ی مناسب بین لایه های ژئوسل براساس بیش ترین مقدار ضریب فنر PAGEREF _Toc410675017 h 88نمودار 520 : فاصله ی مناسب بین لایه های ژئوسل براساس بیش ترین مقدار ضریب میرایی PAGEREF _Toc410675018 h 89نمودار 521 : فاصله ی مناسب بین لایه های ژئوسل براساس بیش ترین مقدار سختی دینامیکی PAGEREF _Toc410675019 h 89نمودار 522 : اثر افزایش تعداد لایه های ژئوسل بر ضریب فنر PAGEREF _Toc410675020 h 90نمودار 523 : اثر افزایش تعداد لایه های ژئوسل بر ضریب میرایی PAGEREF _Toc410675021 h 91نمودار 524 : اثر افزایش تعداد لایه های ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی PAGEREF _Toc410675022 h 91
فهرست جدولهاعنوانصفحه
TOC h z c “جدول” جدول 31: ضرایب فنر، میراگر و جرم مدل مخروط و مدل گسسته برای یک پی سطحی PAGEREF _Toc410675023 h 37جدول 41: خصوصیات ژئوگریدها PAGEREF _Toc410675024 h 65جدول 42: مشخصات بستر خاکی زیر پی سطحی PAGEREF _Toc410675025 h 69جدول 43: مشخصات مسلح کننده (ژئوسل) و خاک پرکننده ی آن PAGEREF _Toc410675026 h 70جدول 51: جزئیات مدل سازی مربوط به تاثیر پارامترهای مختلف PAGEREF _Toc410675027 h 75جدول 52: مشخصات مدل سازی جهت بررسی اثر افزایش تعداد لایه های ژئوسل PAGEREF _Toc410675028 h 90کلیات و مقدمهپيشگفتارروش های حل دقیق، علیرغم دقت قابل قبول آن ها، برای تمامی مدل ها کاربردی نیستند. استفاده از روش های حل دقیق و یا روش های عددی منجر به تحلیل های پرهزینه شده و در بعضی موارد نیازمند درک صحیح و عمیق از مسائل مرتبط می باشد که در اکثر مواقع با توجه به پیچیدگی های موجود امکان پذیر نیست. در صورتی که محیط خاکی غیر همگن و دارای لایه بندی مختلف با خصوصیات متفاوت باشد، تحلیل پیچیده و پرهزینه خواهد بود. در نظر گرفتن خاک غیر همگن به صورت خاک همگن و یا استفاده از خصوصیات میانگین برای خاک های لایه ای، ممکن است حل غیر واقعی را نتیجه بدهد. موج های برشی و انبساطی به وسیله ی انتشار نیرو های موجود در هر یک از لایه های خاکی با دامنه های متفاوت ایجاد می گردند. انعکاس امواج در مرزهای مشترک در خاک های لایه ای و کاهش در دامنه برای موج انتقالی به سمت میدان دور پدیده ای است که مسئله را پیچیده می کند. اثر دادن این پدیده ها برای آنالیز 1ی کامل انتشار موج در محیط های نامحدود، در تحلیل دقیق بسیار سخت خواهد بود. به خاطر همین مشکلات، این روش ها را فقط می توان در پروژه های مهم با شرایط بحرانی به کار برد. برای مسائلی که روزمره می باشند، می توان روش مدل سازی فیزیکی را برای مطالعه ی خاک بدون مرز استفاده کرد. از محاسن این روش، کاربرد ساده ی آن ها و ارائه ی دید فیزیکی قابل فهم از مسئله می باشد. روش مخروط یکی از روش های مدل سازی فیزیکی است که ویژگی های برجسته را درنظر می گیرد و بر مبنای تجربه ی به دست آمده از تحلیل های دقیق استوار است.
در بیش از 20 سال گذشته، مدل سازی بر اساس رویکرد مقاومت مصالح با استفاده از میله ها و تیر های مخروطی، که مخروط ها نامیده می شوند، تنها برای پی های سطحی مستقر بر نیم فضای همگن معرف خاک وجود داشت اما امروزه امکان مدل سازی بر مبنای همان فرضیات، برای موارد کاربردی پیچیده تر نیز فراهم شده است. به عنوان مثال، تغییرات خصوصیات خاک با عمق قابل مدل سازی است و ساختگاه می تواند دارای هر تعداد لایه افقی باشد.
در واقع این روش به دلیل کارآیی و انعطافی که جهت تغییر خصوصیات لایه های خاک به دست می دهد، امکان تحلیل خاکی با مسلح کننده های صفحه ای و سه بعدی را فراهم می کند. در این پژوهش روش مخروط به عنوان روشی ساده و فیزیکی جهت تحلیل پی سطحی مستقر بر خاک مسلح شده با ژئوسل معرفی و توسعه داده شده است. دلیل استفاده از ژئوسل به عنوان مسلح کننده داشتن ماهیت سه بعدی و خاصیت mattress بودن آن است که سبب بهبود بیش تر ویژگی های بستر خاکی نسبت به سایر مسلح کننده ها می باشد.
بیان موضوعبه عنوان یک جایگزین برای روش حل دقیق، مدل های فیزیکی ساده را می توان برای ارزیابی اندرکنش خاک و سازه و 1 رابطه ی نیرو-تغییر مکان برای فونداسیون ها معرفی کرد.
برای مثال یک پی صلب بدون جرم با مشخصات معرفی شده در نظر گرفته می شود. برای تعیین رابطه ی نیرو- جابه جایی روش حل دقیق مدنظر می باشد. به همین خاطر قسمتی از ناحیه خاک و قسمتی از نیم فضا به وسیله ی روش المان محدود مدل سازی می گردد. همچنین برای ارائه ی انتشار موج به سمت بی نهایت، مرز مدل را با استفاده از مرز های انتقال سازگار یا از روش عددی اجزای مرزی مدل سازی می گردد. روش حل دقیق همان طور که انتظار می رود، نیازمند یک تئوری فرمول بندی شده ی قوی می باشد، به همین خاطر هزینه ی محاسباتی حتی برای انجام یک بار آنالیز زیاد خواهد بود و در نتیجه روش، قابل کاربرد برای برخی از مسائل مهم و حیاتی می باشد و نمی توان از این روش در کار های روزمره ی مهندسی استفاده کرد. اغلب مهندسین تمایلی برای انجام محاسبات پیچیده و زمان بر ندارند و همیشه سعی در تفسیر نتایج به دست آمده از مدل های گوناگون هستند که با چنین حالتی نمی توان مدل های زیادی را مورد ارزیابی قرار داد. در اکثر پروژه های رایج استفاده از مدل های فیزیکی برای ارائه ی خاک نامحدود پیشنهاد می گردد که در این تحقیق نیز از این مدل ها برای پیش برد اهداف استفاده شده است.
رویکرد اساسی در مدل هاي مخروطي بر مبناي تئوری مقاومت مصالح بنا شده است که در اين مدل، محيط خاك توسط يك مخروط ناقص مدل مي شود CITATION Wol92 l 1065 [1]. تنها تقريب به كار رفته در اين روش، محدود كردن محيط سه بعدي خاك به داخل يك مخروط ناقص است كه به كار بردن چنين تقريبي در مسائل ژئوتكنيك معمول مي باشد. علت انتخاب شكل مخروطي، كاهش تنش هاي ناشي از اعمال بار با افزايش عمق مي باشد. در اثر اعمال بار، تنش هايي در محيط خاك به وجود مي آيد كه با افزايش عمق در سطح وسيع تري پخش مي شود؛ ولي با فاصله گرفتن از محور اعمال بار دامنه آن ها كاهش مي يابد.
1195070-186055
شکل STYLEREF 1 s 1 SEQ شکل * ARABIC s 1 1: انتشار امواج در مخروط CITATION Wol94 l 1065 [2]برخی از مزاياي اين مدل ها در ادامه به اختصار ذكر شده اند:
سادگي مفاهيم، وجود درك فيزيكي و تبعيت از قوانين انتشار امواج
قابليت تعميم روش به حالت هاي كلي نظير فونداسيون مدفون در خاك لايه اي و تطابق مناسب با شرايط خاص مسئله مانند هم گرايي دو جانبه براي فونداسيون سطحي
دقت مهندسي مناسب: نتايج به دست آمده از مدل هاي مخروطي كمتر از 20%± نسبت به نتایج دقيق خطا دارند. اين حد خطا با توجه به اين كه پاره اي از عوامل ايجاد كننده ی خطا قابل حذف نمي باشند، براي كاربرد هاي مهندسي مناسب مي باشد.
ضرورت تحقیقاستفاده از روش های حل دقیق، با توجه به دقت قابل قبول آن ها، کاربردی برای تمامی مدل ها نبوده و لذا به ناچار از شبیه سازی فیزیکی استفاده می گردد. در روش های عددی به طور مثال روش عددی اجزاء محدود، با توجه به مسئله ی خاک نا محدود، این روش نمی تواند کارایی قابل قبولی داشته باشد. روش های دیگر عددی مثل اجزاء مرزی و یا استفاده از المان های بی نهایت گرچه مشکل خاک نامحدود را حل کرده اند ولی به علت پیچیدگی که در حل مسئله دارند، قابل کاربرد برای تمامی مسائل نیستند.
استفاده از لایه های ژئوسنتتیکی برای تسلیح خاک روش نسبتا 1ی در زمینه ی تسلیح خاک است. در این تحقیق، از لایه های ژئوسنتتیکی سلولی به نام ژئوسل برای تقویت خاکها استفاده شده است که از طریق ایجاد محصورشدگی سبب بهبود رفتار خاک می شود. در این تحقیق خاک مسلح شده با ژئوسل به وسیله ی روش مخروط و تعریف توابع انتقال به صورت فیزیکی مدل سازی شده و تابع امپدانس خاک تعیین می گردد.
رویکرد مقاومت مصالح با استفاده از مخروط ها، روشی فیزیکی و ساده است که یک وضوح خوب فیزیکی را با ساده سازی فیزیک مسئله فراهم می کند و علیرغم دقت کم تر نسبت به روش های پیچیده و زمان بر عددی، تقریب خوب مهندسی را به دست می دهد. براساس یافته ها، این پایان نامه اولین اثر در زمینه ی تحلیل پی واقع بر خاک مسلح است و در ادبیات موضوع تاکنون پژوهشی گزارش نشده است.
هدف پژوهشهدف از این پژوهش، معرفی یک روش فیزیکی و ابزار 1 ساده جهت تحلیل پی سطحی مستقر بر خاک مسلح با ژئوسل است. با روش مخروط می توان آثار لایه ای بودن خاک را با مورد بررسی قرار داد. به دست آوردن سختی دینامیکی پی مستقر بر خاک مسلح با استفاده از روش مخروط به ازای درجه ی آزادی قائم و همچنین بررسی اثر پارامتر های مختلف ِ مرتبط با مسلح کننده ی ژئوسل بر سختی دینامیکی پی سطحی از اهداف این تحقیق می باشد.
قلمرو پژوهشدر اين پژوهش، از روش مخروط برای تحلیل رفتار پی سطحی مستقر بر خاک مسلح با ژئوسل استفاده شده است. فرض اساسی در این مدل سازی بر این است كه صفحات موازي سطح آزاد خاك پس از اعمال بار نيز صفحه باقي مي مانند و كرنش بر روي اين صفحات ثابت باقی می ماند CITATION Wol92 l 1065 [1]؛ هم چنین در مدل های مخروط بر خلاف حل دقیق، استقلال اجزاء مختلف حرکت اعم از جابه جایی افقی، قائم، چرخش و پیچش برقرار است CITATION Pra04 l 1065 [3].
با استفاده از این مدل می توان انواع مختلف پی های سطحی و مدفون با تقارن محوری و با شکل های دلخواه را با در نظر گرفتن شعاع معادل مدل کرد. اما چنان چه پی تقارن محوری نداشته باشد، مدل کردن پی مسئله برانگیز خواهد بود. مانند حالتی که پی دارای شکل L مانند باشد. در این مدل پی صلب و بدون جرم فرض شده است. رفتار خاک نیز در این مدل الاستیک فرض می گردد.
ژئوسنتتیک استفاده شده برای تسلیح خاک ژئوسل می باشد که به صورت خاک معادل مدل سازی شده و در مدل مخروط با مشخصات خاص خود به کار رفته است.
روش انجام پژوهشاین پژوهش بر مبنای روش تقریبی مخروط انجام شده و کاربرد آن برای تحلیل خاک مسلح با ژئوسل مدنظر قرار گرفته است. لایه ی مسلح کننده با استفاده از یک مدل مرکب تجربی به صورت یک لایه ی خاک معادل در محاسبات وارد شده است. این خاک معادل بر مبنای مشخصات مصالح خاک و ماده ی سازنده ی ژئوسل، به صورت توامان، در نظر گرفته شده است. همچنین در این تحقیق جهت مدل سازی لایه های خاکی، انجام عملیات تکراری و انجام محاسبات از نرم افزار MATLAB استفاده شده است.
ساختار پایان نامهدر این پژوهش ابتدا در فصل دوم شرحی از مطالعات انجام شده در زمینه ی کاربرد ژئوسل به عنوان مسلح کننده در خاک و بررسی اندرکنش غشاء ژئوسل و خاک پرکننده ی آن ارائه خواهد شد. تاریخچه ی توسعه ی روش مخروط نیز در بخش دوم از فصل دوم خواهد آمد.
در فصل سوم مفاهیم مدل مخروط و ضرایب و اصلاحات مربوط به شرایط مختلف خاک و شرایط بارگذاری ارائه گردیده است. هم چنین در این فصل به منظور صحت سنجی و بررسی دقت روش مخروط، مقایسه ای بین نتایج به دست آمده از مدل های مخروط برای پی های سطحی با روش های دقیق انجام گرفته است.
در فصل چهارم روش مورد نظر برای آنالیز خاک مسلح شده با ژئوسل ارائه شده است. در مرحله ی اول با استفاده از مدل مخروط سختی دینامیکی پی مستقر بر نیم فضای همگن (خاک غیرمسلح) به ازای درجه ی آزادی قائم به دست می آید و در مرحله ی دوم خاک مسلح لایه ی خاک دارای مسلح کننده نیز به صورت یک لایه ی خاک معمول، مدل سازی شده و بدین صورت پی سطحی مستقر بر خاک مسلح با یک لایه ژئوسل برای درجه ی آزادی قائم تحلیل می شود. از مقایسه ی نتایج به دست آمده بهبود سختی دینامیکی نتیجه می شود.
در فصل پنجم از این تحقیق مطالعات پارامتریک بر روی خاک مسلح با ژئوسل انجام شده و اثرات تغییر پارامترهایی از قبیل محل قرارگیری لایه تسلیح کننده، سختی مواد سازنده آن، ضخامت و خصوصیات خاک پرکننده و… روی سختی دینامیکی خاک مسلح مورد بررسی قرار می گیرد. نهایتا در فصل ششم از این تحقیق، نتیجه گیری و جمع بندی ارائه شده و پیشنهاداتی برای کارهای آینده مطرح می شود.
مروری بر تاریخچه ی موضوعمقدمهاین فصل مشتمل بر دو بخش است. در بخش اول به مطالعاتی که در زمینه ی کاربرد ژئوسل انجام گرفته، پرداخته شده است. بخش دوم این فصل، به تاریخچه ی کاربرد و توسعه ی روش تقریبی و فیزیکی مدل های مخروط می پردازد.
مروری بر تاریخچه و مطالعات انجام شده در زمینه ی کاربرد ژئوسلدر این بخش به بیان پیشینه و زمینه های مطالعاتی کاربرد ژئوسل برای تسلیح خاک پرداخته می شود. در قسمت اول انواع رایج و سیستم های معمول استفاده از ژئوسل معرفی می شود. سپس نمونه هایی از مطالعات انجام شده روی ژئوسل و خاک مسلح با آن به صورت آزمایشگاهی و آنالیز عددی و نتایج به دست آمده از این مطالعات شرح داده می شود.
سیستم های ژئوسل و کاربرد هاتوسعه ی مفهوم تسلیح خاک به وسیله ی محصور سلولی توسط مهندسین ارتش امریکا که مفهوم تثبیت مصالح دانه ای (ماسه ی ساحلی) تحت بارگذاری وسیله ی نقلیه را توسعه داده بودند، معتبر شد CITATION Web79 l 1065 [4].
این کار اولیه که در ایستگاه آزمایشی آبراهه های مهندسی ارتش ایالات متحده انجام شد، به توسعه ی سیستم های ژئوسل منجر شد به گونه ای که از نظر تجاری قابل دسترس باشند. در این جا به دو نوع سیستم ژئوسل اشاره می شود. نوع اول شامل نوارهایی از ورق های پلیمری جوش شده به هم هستند که یک لایه از سلول های به هم پیوسته را تشکیل می دهند (شکل 2-1) این لایه های ژئوسل به طور کلی با عرض سلولی بین 75 میلی متر و 250 میلی متر و با ارتفاع های مشابه تولید می شوند CITATION Bat94 l 1033 [5].
a0 فرکانس بدون بعد
ω فرکانس زاویه ای
d0 قطر اولیه معادل تک سلول ژئوسل
D قطر پی 1
E مدول الاستیسیته ی خاک
G مدول برشی
Ec مدول مقید شده
M مدون سکانت ژئوسل
Ag مساحت حفره ژئوسل
A مساحت قاعده مخروط روی سطح مشترک
ΔM ممان اینرسی دورانی اضافه شده
I0 ممان اینرسی قطبی
ξ میرایی مصالح خاک
ν نسبت پواسون
Q(ω) نیروی خارجی
P نیروی قائم
فهرست شکلهاعنوانصفحه
TOC h z c “شکل” شکل 11: انتشار امواج در مخروط [2] PAGEREF _Toc410674949 h 3شکل 21: سیستم ژئوسل ساخته شده از نوارهایی از ورق های پلیمری جوش شده به هم PAGEREF _Toc410674950 h 8شکل 22: سیستم ژئوسل ساخته شده از ژئوگرید؛ الف) شکل نمونه ی ژئوسل.ب)اتصال ژئوگرید ها [7] PAGEREF _Toc410674951 h 8شکل 23: تصویر شماتیک پیکربندی آزمایش توسط رئا و میشل [8] PAGEREF _Toc410674952 h 9شکل 24: نحوه ی قرارگیری صفحه ی بار در آزمایش های رئا و میشل [8] PAGEREF _Toc410674953 h 9شکل 25: تصویر شماتیک مدل آزمایشگاهی مهایسکار و ماندال [10] PAGEREF _Toc410674954 h 11شکل 26: تصویر شماتیک مدل آزمایشگاهی باتهرست و کرو 1 تست مقاومت برشی بین لایه های 1 [5] PAGEREF _Toc410674955 h 11شکل 27: تصویر شماتیک مدل آزمایشگاهی کریشناسوامی و همکاران [12] PAGEREF _Toc410674956 h 12شکل 28: الگو های استفاده شده در ساخت ژئوسل از ژئوگرید PAGEREF _Toc410674957 h 12شکل 29: تصویر شماتیک نحوه ی انجام آزمایش توسط دش و همکاران [13] PAGEREF _Toc410674958 h 13شکل 210: تصویر شماتیک از مکانیزم شکست و نیرو های موثر بر شیب مسلح با ژئوسل [22] PAGEREF _Toc410674959 h 15شکل 211: نحوه ی انجام آزمایش های سه محوری روی ژئوسل توسط راجاگوپال و همکاران [27] PAGEREF _Toc410674960 h 18شکل 212: انتشار امواج برای دیسک مدفون در خاک لایه ای PAGEREF _Toc410674961 h 22شکل 213:پی متقارن محوری با شکل دلخواه. الف)پی کاملا مدفون درخاک لایه ای نیم فضا؛ ب)پی مدفون در خاک لایه ای بر بستر صلب [42] PAGEREF _Toc410674962 h 22شکل 214: تقسیم بندی ناحیه ی خاک بستر زیر دو پی مجاور هم [43] PAGEREF _Toc410674963 h 23شکل 215: کاربرد مدل مخروط در آنالیز لرزه ای هتل آزادی [44] PAGEREF _Toc410674964 h 24شکل 216: تحلیل گروه شمع در خاک لایه ای توسط یزدانی [46] PAGEREF _Toc410674965 h 25شکل 31: انتشار امواج در مخروط ناقص. الف) مخروط اولیه؛ ب) امواج انعکاس یافته و انکسار یافته [28] PAGEREF _Toc410674966 h 28شکل 32: مخروط یک طرفه PAGEREF _Toc410674967 h 30شکل 33: مخروط دو طرفه [49] PAGEREF _Toc410674968 h 31شکل 34: مخروط ها برای درجات آزادی مختلف [28] PAGEREF _Toc410674969 h 32شکل 35: دیسک واقع بر سطح نیمه بی نهایت همگن. الف) مخروط ناقص نیمه بی نهایت برای حرکت قائم ب) مدل پارامتر متمرکز [28] PAGEREF _Toc410674970 h 33شکل 36: مدل خاک-سازه به وسیله جرم متمرکز-فنر-میراگر [49] PAGEREF _Toc410674971 h 35شکل 37: جرم محبوس ΔM برای درجه آزادی عمودی [42] PAGEREF _Toc410674972 h 38شکل 38: مدل مخروط و مدل گسسته برای پی واقع بر سطح نیم فضای همگن. الف) مخروط نیمه نامحدود ناقص؛ ب) مدل گسسته برای درجه آزادی انتقالی؛ پ) مدل گسسته برای درجه آزادی دورانی [28]. PAGEREF _Toc410674973 h 39شکل 39: انتشار موج در مخروط ها. الف)موج برخوردی به سطح مشترک ؛ب)موج انکسار یافته؛پ) موج انعکاس یافته [48] PAGEREF _Toc410674974 h 44شکل 310: پی واقع بر لايه ی خاک 1 بر نيم فضاي ويسکوالاستيک و انعکاس و انکسار امواج در فصل مشترک لايه ها PAGEREF _Toc410674975 h 46شکل 311: انتشار موج در مخروط ها برای لایه ی مستقر بر بستر صلب [3] PAGEREF _Toc410674976 h 48شکل 312: نمایش الگوی انکسار و انعکاس موج در مرز ناپیوستگی ها [28] PAGEREF _Toc410674977 h 50شکل 313: دیسک واقع بر نیم فضای چندلایه. الف) تقسیم بندی با 20 لایه ی متکی بر نیم فضای همگن؛ ب) مدول برشی افزایشی با عمق به صورت خطی [28] PAGEREF _Toc410674978 h 51شکل 41: لایه ی خاکی بین دو سطح مشترک به عنوان یک مخروط ناقص PAGEREF _Toc410674979 h 53شکل 42: توده مخروطی متشکل از مخروط های ناقص برای یک محیط خاکی با لایه بندی افقی تحت بارگذاری قائم [48] PAGEREF _Toc410674980 h 54شکل 43: مدل سازی نیم فضای زیرین. الف) مخروط ناقص تکی برای مدل سازی نیم فضای الاستیک؛ ب) دو نوع مخروط اولیه، موج های بالا رونده و موج های پایین رونده PAGEREF _Toc410674981 h 55شکل 44: دیسک قرارگرفته در عمق یک نیم فضا [49] PAGEREF _Toc410674982 h 55شکل 45: شرایط تقارن برای دیسک مجازی اصلی و تصویر آن در مدل مخروط دو سویه [49] PAGEREF _Toc410674983 h 56شکل 46: الف) امواج پایین رونده؛ ب) امواج بالا رونده [48] PAGEREF _Toc410674984 h 57شکل 47: دیسک های صلب و تصویر آنها در فضای کامل [48] PAGEREF _Toc410674985 h 58شکل 48: دیسک واقع بر دو لایه ی قرار گرفته بر یک نیم فضای انعطاف پذیر [28] PAGEREF _Toc410674986 h 62شکل 49: بستر خاکی مسلح نشده با ژئوسل PAGEREF _Toc410674987 h 69شکل 410: بستر خاکی مسلح شده با ژئوسل PAGEREF _Toc410674988 h 70شکل 51: هندسه و نحوه قرارگیری ژئوسل در خاک ماسه ای واقع بر محیط نیمه بی نهایت PAGEREF _Toc410674989 h 74شکل 52: پی سطحی مستقر بر خاک مسلح با دو لایه ی ژئوسل PAGEREF _Toc410674990 h 88فهرست نمودارها
عنوانصفحه
TOC h z c “نمودار” نمودار 31: ضریب سختی فنر دیسک واقع بر نیم فضای همگن برای درجه ی آزادی عمودی به ازای نسبت های پواسون مختلف PAGEREF _Toc410674991 h 41نمودار 32: ضریب میرایی دیسک واقع بر نیم فضای همگن برای درجه ی آزادی عمودی به ازای نسبت های پواسون مختلف PAGEREF _Toc410674992 h 42نمودار 41: ضریب سختی فنر دیسک واقع بر دو لایه ی مستقر بر نیم فضای انعطاف پذیر برای درجه آزادی عمودی PAGEREF _Toc410674993 h 63نمودار 42: ضریب میرایی دیسک واقع بر دو لایه ی مستقر بر نیم فضای انعطاف پذیر برای درجه آزادی عمودی PAGEREF _Toc410674994 h 63نمودار 43: ضرایب سختی دینامیکی دیسک واقع بر دو لایه ی مستقر بر نیم فضای انعطاف پذیر برای درجه آزادی عمودی PAGEREF _Toc410674995 h 64نمودار 44 : مقایسه ی ضریب فنر به دست آمده از روش مخروط برای خاک غیر مسلح و خاک مسلح PAGEREF _Toc410674996 h 71نمودار 45 : مقایسه ی ضریب میرایی به دست آمده از روش مخروط برای خاک غیر مسلح و خاک مسلح PAGEREF _Toc410674997 h 71نمودار 46 : مقایسه ی بزرگی سختی دینامیکی به دست آمده از روش مخروط برای خاک غیر مسلح و خاک مسلح PAGEREF _Toc410674998 h 72نمودار 51 : اثر عمق های مختلف قرار گیری لایه ی ژئوسل بر ضریب فنر PAGEREF _Toc410674999 h 76نمودار 52 : اثر عمق های مختلف قرار گیری ژئوسل بر ضریب میرایی PAGEREF _Toc410675000 h 76نمودار 53 : بزرگی سختی دینامیکی به ازای عمق های مختلف قرار گیری ژئوسل PAGEREF _Toc410675001 h 77نمودار 54 : اثر ارتفاع ژئوسل بر ضریب فنر PAGEREF _Toc410675002 h 78نمودار 55 : اثر ارتفاع ژئوسل بر ضریب میرایی PAGEREF _Toc410675003 h 78نمودار 56 : اثر ارتفاع ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی PAGEREF _Toc410675004 h 79نمودار 57 : اثر اندازه ی حفرات ژئوسل بر ضریب فنر PAGEREF _Toc410675005 h 80نمودار 58 : اثر اندازه ی حفرات ژئوسل بر ضریب میرایی PAGEREF _Toc410675006 h 80نمودار 59 : اثر اندازه ی حفرات ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی PAGEREF _Toc410675007 h 81نمودار 510 : اثر درصد میرایی ژئوسل بر ضریب فنر PAGEREF _Toc410675008 h 82نمودار 511 : اثر درصد میرایی ژئوسل بر ضریب میرایی PAGEREF _Toc410675009 h 82نمودار 512 : اثر درصد میرایی ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی PAGEREF _Toc410675010 h 83نمودار 513 : اثر سختی مصالح ژئوسل بر ضریب فنر PAGEREF _Toc410675011 h 84نمودار 514 : اثر سختی مصالح ژئوسل بر ضریب میرایی PAGEREF _Toc410675012 h 84نمودار 515 : اثر سختی مصالح ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی PAGEREF _Toc410675013 h 85نمودار 516 : اثر تراکم خاک پرکننده بر ضریب فنر PAGEREF _Toc410675014 h 86نمودار 517 : اثر تراکم خاک پرکننده بر ضریب میرایی PAGEREF _Toc410675015 h 86نمودار 518 : اثر تراکم خاک پرکننده بر بزرگی سختی دینامیکی PAGEREF _Toc410675016 h 87نمودار 519 : فاصله ی مناسب بین لایه های ژئوسل براساس بیش ترین مقدار ضریب فنر PAGEREF _Toc410675017 h 88نمودار 520 : فاصله ی مناسب بین لایه های ژئوسل براساس بیش ترین مقدار ضریب میرایی PAGEREF _Toc410675018 h 89نمودار 521 : فاصله ی مناسب بین لایه های ژئوسل براساس بیش ترین مقدار سختی دینامیکی PAGEREF _Toc410675019 h 89نمودار 522 : اثر افزایش تعداد لایه های ژئوسل بر ضریب فنر PAGEREF _Toc410675020 h 90نمودار 523 : اثر افزایش تعداد لایه های ژئوسل بر ضریب میرایی PAGEREF _Toc410675021 h 91نمودار 524 : اثر افزایش تعداد لایه های ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی PAGEREF _Toc410675022 h 91
فهرست جدولهاعنوانصفحه
TOC h z c “جدول” جدول 31: ضرایب فنر، میراگر و جرم مدل مخروط و مدل گسسته برای یک پی سطحی PAGEREF _Toc410675023 h 37جدول 41: خصوصیات ژئوگریدها PAGEREF _Toc410675024 h 65جدول 42: مشخصات بستر خاکی زیر پی سطحی PAGEREF _Toc410675025 h 69جدول 43: مشخصات مسلح کننده (ژئوسل) و خاک پرکننده ی آن PAGEREF _Toc410675026 h 70جدول 51: جزئیات مدل سازی مربوط به تاثیر پارامترهای مختلف PAGEREF _Toc410675027 h 75جدول 52: مشخصات مدل سازی جهت بررسی اثر افزایش تعداد لایه های ژئوسل PAGEREF _Toc410675028 h 90کلیات و مقدمهپيشگفتارروش های حل دقیق، علیرغم دقت قابل قبول آن ها، برای تمامی مدل ها کاربردی نیستند. استفاده از روش های حل دقیق و یا روش های عددی منجر به تحلیل های پرهزینه شده و در بعضی موارد نیازمند درک صحیح و عمیق از مسائل مرتبط می باشد که در اکثر مواقع با توجه به پیچیدگی های موجود امکان پذیر نیست. در صورتی که محیط خاکی غیر همگن و دارای لایه بندی مختلف با خصوصیات متفاوت باشد، تحلیل پیچیده و پرهزینه خواهد بود. در نظر گرفتن خاک غیر همگن به صورت خاک همگن و یا استفاده از خصوصیات میانگین برای خاک های لایه ای، ممکن است حل غیر واقعی را نتیجه بدهد. موج های برشی و انبساطی به وسیله ی انتشار نیرو های موجود در هر یک از لایه های خاکی با دامنه های متفاوت ایجاد می گردند. انعکاس امواج در مرزهای مشترک در خاک های لایه ای و کاهش در دامنه برای موج انتقالی به سمت میدان دور پدیده ای است که مسئله را پیچیده می کند. اثر دادن این پدیده ها برای آنالیز 1ی کامل انتشار موج در محیط های نامحدود، در تحلیل دقیق بسیار سخت خواهد بود. به خاطر همین مشکلات، این روش ها را فقط می توان در پروژه های مهم با شرایط بحرانی به کار برد. برای مسائلی که روزمره می باشند، می توان روش مدل سازی فیزیکی را برای مطالعه ی خاک بدون مرز استفاده کرد. از محاسن این روش، کاربرد ساده ی آن ها و ارائه ی دید فیزیکی قابل فهم از مسئله می باشد. روش مخروط یکی از روش های مدل سازی فیزیکی است که ویژگی های برجسته را درنظر می گیرد و بر مبنای تجربه ی به دست آمده از تحلیل های دقیق استوار است.
در بیش از 20 سال گذشته، مدل سازی بر اساس رویکرد مقاومت مصالح با استفاده از میله ها و تیر های مخروطی، که مخروط ها نامیده می شوند، تنها برای پی های سطحی مستقر بر نیم فضای همگن معرف خاک وجود داشت اما امروزه امکان مدل سازی بر مبنای همان فرضیات، برای موارد کاربردی پیچیده تر نیز فراهم شده است. به عنوان مثال، تغییرات خصوصیات خاک با عمق قابل مدل سازی است و ساختگاه می تواند دارای هر تعداد لایه افقی باشد.
در واقع این روش به دلیل کارآیی و انعطافی که جهت تغییر خصوصیات لایه های خاک به دست می دهد، امکان تحلیل خاکی با مسلح کننده های صفحه ای و سه بعدی را فراهم می کند. در این پژوهش روش مخروط به عنوان روشی ساده و فیزیکی جهت تحلیل پی سطحی مستقر بر خاک مسلح شده با ژئوسل معرفی و توسعه داده شده است. دلیل استفاده از ژئوسل به عنوان مسلح کننده داشتن ماهیت سه بعدی و خاصیت mattress بودن آن است که سبب بهبود بیش تر ویژگی های بستر خاکی نسبت به سایر مسلح کننده ها می باشد.
بیان موضوعبه عنوان یک جایگزین برای روش حل دقیق، مدل های فیزیکی ساده را می توان برای ارزیابی اندرکنش خاک و سازه و 1 رابطه ی نیرو-تغییر مکان برای فونداسیون ها معرفی کرد.
برای مثال یک پی صلب بدون جرم با مشخصات معرفی شده در نظر گرفته می شود. برای تعیین رابطه ی نیرو- جابه جایی روش حل دقیق مدنظر می باشد. به همین خاطر قسمتی از ناحیه خاک و قسمتی از نیم فضا به وسیله ی روش المان محدود مدل سازی می گردد. همچنین برای ارائه ی انتشار موج به سمت بی نهایت، مرز مدل را با استفاده از مرز های انتقال سازگار یا از روش عددی اجزای مرزی مدل سازی می گردد. روش حل دقیق همان طور که انتظار می رود، نیازمند یک تئوری فرمول بندی شده ی قوی می باشد، به همین خاطر هزینه ی محاسباتی حتی برای انجام یک بار آنالیز زیاد خواهد بود و در نتیجه روش، قابل کاربرد برای برخی از مسائل مهم و حیاتی می باشد و نمی توان از این روش در کار های روزمره ی مهندسی استفاده کرد. اغلب مهندسین تمایلی برای انجام محاسبات پیچیده و زمان بر ندارند و همیشه سعی در تفسیر نتایج به دست آمده از مدل های گوناگون هستند که با چنین حالتی نمی توان مدل های زیادی را مورد ارزیابی قرار داد. در اکثر پروژه های رایج استفاده از مدل های فیزیکی برای ارائه ی خاک نامحدود پیشنهاد می گردد که در این تحقیق نیز از این مدل ها برای پیش برد اهداف استفاده شده است.
رویکرد اساسی در مدل هاي مخروطي بر مبناي تئوری مقاومت مصالح بنا شده است که در اين مدل، محيط خاك توسط يك مخروط ناقص مدل مي شود CITATION Wol92 l 1065 [1]. تنها تقريب به كار رفته در اين روش، محدود كردن محيط سه بعدي خاك به داخل يك مخروط ناقص است كه به كار بردن چنين تقريبي در مسائل ژئوتكنيك معمول مي باشد. علت انتخاب شكل مخروطي، كاهش تنش هاي ناشي از اعمال بار با افزايش عمق مي باشد. در اثر اعمال بار، تنش هايي در محيط خاك به وجود مي آيد كه با افزايش عمق در سطح وسيع تري پخش مي شود؛ ولي با فاصله گرفتن از محور اعمال بار دامنه آن ها كاهش مي يابد.
1195070-186055
شکل STYLEREF 1 s 1 SEQ شکل * ARABIC s 1 1: انتشار امواج در مخروط CITATION Wol94 l 1065 [2]برخی از مزاياي اين مدل ها در ادامه به اختصار ذكر شده اند:
سادگي مفاهيم، وجود درك فيزيكي و تبعيت از قوانين انتشار امواج
قابليت تعميم روش به حالت هاي كلي نظير فونداسيون مدفون در خاك لايه اي و تطابق مناسب با شرايط خاص مسئله مانند هم گرايي دو جانبه براي فونداسيون سطحي
دقت مهندسي مناسب: نتايج به دست آمده از مدل هاي مخروطي كمتر از 20%± نسبت به نتایج دقيق خطا دارند. اين حد خطا با توجه به اين كه پاره اي از عوامل ايجاد كننده ی خطا قابل حذف نمي باشند، براي كاربرد هاي مهندسي مناسب مي باشد.
ضرورت تحقیقاستفاده از روش های حل دقیق، با توجه به دقت قابل قبول آن ها، کاربردی برای تمامی مدل ها نبوده و لذا به ناچار از شبیه سازی فیزیکی استفاده می گردد. در روش های عددی به طور مثال روش عددی اجزاء محدود، با توجه به مسئله ی خاک نا محدود، این روش نمی تواند کارایی قابل قبولی داشته باشد. روش های دیگر عددی مثل اجزاء مرزی و یا استفاده از المان های بی نهایت گرچه مشکل خاک نامحدود را حل کرده اند ولی به علت پیچیدگی که در حل مسئله دارند، قابل کاربرد برای تمامی مسائل نیستند.
استفاده از لایه های ژئوسنتتیکی برای تسلیح خاک روش نسبتا 1ی در زمینه ی تسلیح خاک است. در این تحقیق، از لایه های ژئوسنتتیکی سلولی به نام ژئوسل برای تقویت خاکها استفاده شده است که از طریق ایجاد محصورشدگی سبب بهبود رفتار خاک می شود. در این تحقیق خاک مسلح شده با ژئوسل به وسیله ی روش مخروط و تعریف توابع انتقال به صورت فیزیکی مدل سازی شده و تابع امپدانس خاک تعیین می گردد.
رویکرد مقاومت مصالح با استفاده از مخروط ها، روشی فیزیکی و ساده است که یک وضوح خوب فیزیکی را با ساده سازی فیزیک مسئله فراهم می کند و علیرغم دقت کم تر نسبت به روش های پیچیده و زمان بر عددی، تقریب خوب مهندسی را به دست می دهد. براساس یافته ها، این پایان نامه اولین اثر در زمینه ی تحلیل پی واقع بر خاک مسلح است و در ادبیات موضوع تاکنون پژوهشی گزارش نشده است.
هدف پژوهشهدف از این پژوهش، معرفی یک روش فیزیکی و ابزار 1 ساده جهت تحلیل پی سطحی مستقر بر خاک مسلح با ژئوسل است. با روش مخروط می توان آثار لایه ای بودن خاک را با مورد بررسی قرار داد. به دست آوردن سختی دینامیکی پی مستقر بر خاک مسلح با استفاده از روش مخروط به ازای درجه ی آزادی قائم و همچنین بررسی اثر پارامتر های مختلف ِ مرتبط با مسلح کننده ی ژئوسل بر سختی دینامیکی پی سطحی از اهداف این تحقیق می باشد.
قلمرو پژوهشدر اين پژوهش، از روش مخروط برای تحلیل رفتار پی سطحی مستقر بر خاک مسلح با ژئوسل استفاده شده است. فرض اساسی در این مدل سازی بر این است كه صفحات موازي سطح آزاد خاك پس از اعمال بار نيز صفحه باقي مي مانند و كرنش بر روي اين صفحات ثابت باقی می ماند CITATION Wol92 l 1065 [1]؛ هم چنین در مدل های مخروط بر خلاف حل دقیق، استقلال اجزاء مختلف حرکت اعم از جابه جایی افقی، قائم، چرخش و پیچش برقرار است CITATION Pra04 l 1065 [3].
با استفاده از این مدل می توان انواع مختلف پی های سطحی و مدفون با تقارن محوری و با شکل های دلخواه را با در نظر گرفتن شعاع معادل مدل کرد. اما چنان چه پی تقارن محوری نداشته باشد، مدل کردن پی مسئله برانگیز خواهد بود. مانند حالتی که پی دارای شکل L مانند باشد. در این مدل پی صلب و بدون جرم فرض شده است. رفتار خاک نیز در این مدل الاستیک فرض می گردد.
ژئوسنتتیک استفاده شده برای تسلیح خاک ژئوسل می باشد که به صورت خاک معادل مدل سازی شده و در مدل مخروط با مشخصات خاص خود به کار رفته است.
روش انجام پژوهشاین پژوهش بر مبنای روش تقریبی مخروط انجام شده و کاربرد آن برای تحلیل خاک مسلح با ژئوسل مدنظر قرار گرفته است. لایه ی مسلح کننده با استفاده از یک مدل مرکب تجربی به صورت یک لایه ی خاک معادل در محاسبات وارد شده است. این خاک معادل بر مبنای مشخصات مصالح خاک و ماده ی سازنده ی ژئوسل، به صورت توامان، در نظر گرفته شده است. همچنین در این تحقیق جهت مدل سازی لایه های خاکی، انجام عملیات تکراری و انجام محاسبات از نرم افزار MATLAB استفاده شده است.
ساختار پایان نامهدر این پژوهش ابتدا در فصل دوم شرحی از مطالعات انجام شده در زمینه ی کاربرد ژئوسل به عنوان مسلح کننده در خاک و بررسی اندرکنش غشاء ژئوسل و خاک پرکننده ی آن ارائه خواهد شد. تاریخچه ی توسعه ی روش مخروط نیز در بخش دوم از فصل دوم خواهد آمد.
در فصل سوم مفاهیم مدل مخروط و ضرایب و اصلاحات مربوط به شرایط مختلف خاک و شرایط بارگذاری ارائه گردیده است. هم چنین در این فصل به منظور صحت سنجی و بررسی دقت روش مخروط، مقایسه ای بین نتایج به دست آمده از مدل های مخروط برای پی های سطحی با روش های دقیق انجام گرفته است.
در فصل چهارم روش مورد نظر برای آنالیز خاک مسلح شده با ژئوسل ارائه شده است. در مرحله ی اول با استفاده از مدل مخروط سختی دینامیکی پی مستقر بر نیم فضای همگن (خاک غیرمسلح) به ازای درجه ی آزادی قائم به دست می آید و در مرحله ی دوم خاک مسلح لایه ی خاک دارای مسلح کننده نیز به صورت یک لایه ی خاک معمول، مدل سازی شده و بدین صورت پی سطحی مستقر بر خاک مسلح با یک لایه ژئوسل برای درجه ی آزادی قائم تحلیل می شود. از مقایسه ی نتایج به دست آمده بهبود سختی دینامیکی نتیجه می شود.
در فصل پنجم از این تحقیق مطالعات پارامتریک بر روی خاک مسلح با ژئوسل انجام شده و اثرات تغییر پارامترهایی از قبیل محل قرارگیری لایه تسلیح کننده، سختی مواد سازنده آن، ضخامت و خصوصیات خاک پرکننده و… روی سختی دینامیکی خاک مسلح مورد بررسی قرار می گیرد. نهایتا در فصل ششم از این تحقیق، نتیجه گیری و جمع بندی ارائه شده و پیشنهاداتی برای کارهای آینده مطرح می شود.
مروری بر تاریخچه ی موضوعمقدمهاین فصل مشتمل بر دو بخش است. در بخش اول به مطالعاتی که در زمینه ی کاربرد ژئوسل انجام گرفته، پرداخته شده است. بخش دوم این فصل، به تاریخچه ی کاربرد و توسعه ی روش تقریبی و فیزیکی مدل های مخروط می پردازد.
مروری بر تاریخچه و مطالعات انجام شده در زمینه ی کاربرد ژئوسلدر این بخش به بیان پیشینه و زمینه های مطالعاتی کاربرد ژئوسل برای تسلیح خاک پرداخته می شود. در قسمت اول انواع رایج و سیستم های معمول استفاده از ژئوسل معرفی می شود. سپس نمونه هایی از مطالعات انجام شده روی ژئوسل و خاک مسلح با آن به صورت آزمایشگاهی و آنالیز عددی و نتایج به دست آمده از این مطالعات شرح داده می شود.
سیستم های ژئوسل و کاربرد هاتوسعه ی مفهوم تسلیح خاک به وسیله ی محصور سلولی توسط مهندسین ارتش امریکا که مفهوم تثبیت مصالح دانه ای (ماسه ی ساحلی) تحت بارگذاری وسیله ی نقلیه را توسعه داده بودند، معتبر شد CITATION Web79 l 1065 [4].
این کار اولیه که در ایستگاه آزمایشی آبراهه های مهندسی ارتش ایالات متحده انجام شد، به توسعه ی سیستم های ژئوسل منجر شد به گونه ای که از نظر تجاری قابل دسترس باشند. در این جا به دو نوع سیستم ژئوسل اشاره می شود. نوع اول شامل نوارهایی از ورق های پلیمری جوش شده به هم هستند که یک لایه از سلول های به هم پیوسته را تشکیل می دهند (شکل 2-1) این لایه های ژئوسل به طور کلی با عرض سلولی بین 75 میلی متر و 250 میلی متر و با ارتفاع های مشابه تولید می شوند CITATION Bat94 l 1033 [5].
شکل STYLEREF 1 s 2 SEQ شکل * ARABIC s 1 1: سیستم ژئوسل ساخته شده از نوارهایی از ورق های پلیمری جوش شده به همنوع دیگر سیستم ژئوسل که در این جا به آن اشاره می شود، شامل رشته هایی از ژئوگرید به هم پیوسته است که به صورت سلول های سه بعدی شکل گرفته اند (شکل 2-2) ژئوسل های این نوع در ابعاد و اندازه های مختلفی بسته به نیاز پروژه به صورت دست ساز و کارخانه ای تولید می شوند. این نوع ژئوسل اغلب برای تسلیح فونداسیون خاکریز های واقع بر خاک های نرم و یا تشکیل پی سازه های دریایی به کار می روند CITATION Bus90 l 1033 [6].
شکل STYLEREF 1 s 2 SEQ شکل * ARABIC s 1 2: سیستم ژئوسل ساخته شده از ژئوگرید؛ الف) شکل نمونه ی ژئوسل.ب)اتصال ژئوگرید ها CITATION Koe97 l 1033 [7]مطالعات انجام شده روی ژئوسلدر چند دهه ی گذشته مطالعات آزمایشگاهی زیادی روی اثر تقویتی ژئوسل انجام شده است. این مطالعات گستره ی گوناگونی از کاربرد ها و تنظیمات و روند های تجربی متفاوتی را مورد هدف قرار دادند.
رئا و میشل (1978) یک سری آزمایشات آزمایشگاهی را به منظور تقویت ماسه با استفاده از شبکه ی سلول های ورقه ای گزارش دادند (شکل 2-3).
شکل STYLEREF 1 s 2 SEQ شکل * ARABIC s 1 3: تصویر شماتیک پیکربندی آزمایش توسط رئا و میشل CITATION Rea78 l 1065 [8]
در این مطالعه اثر نسبت قطر محدوده ی بارگذاری به عرض سلول ها، نسبت عرض به ارتفاع سلول و سختی بستر برای یک لایه ی شبکه ی سلولی با ضخامت غشاء 2/0 میلیمتر و ارتفاع سلول 51 میلی متر پر شده با ماسه ی کوارتزی یکنواخت با حداکثر تراکم 8/16 کیلونیوتن بر مترمکعب بررسی شده است. آزمایشات به صورت بارگذاری روی اتصال و بارگذاری روی سلول مطابق شکل 2-4 انجام شدند.
شکل STYLEREF 1 s 2 SEQ شکل * ARABIC s 1 4: نحوه ی قرارگیری صفحه ی بار در آزمایش های رئا و میشل CITATION Rea78 l 1065 [8]رئا و میشل (1978) نسبت بهینه ارتفاع ژئوسل به قطر سلول را برای یک پی دایره ای 25/2 گزارش دادند. آن ها مکانیزم تقویت ماسه با ژئوسل را نیز به صورت زیر تفسیر کردند: ماسه در برابر تغییر مکان های جانبی بزرگ محصور شده و محبوس است تا زمانی که از حد مقاومت کششی ژئوسل تجاوز شود. تنش در مسلح کننده به ماسه ی موجود در سلول فشار وارد می کند و به ماسه سختی و مقاومت بیش تر می دهد CITATION Rea78 l 1065 [8].
بوش و همکاران (1990) استفاده از یک لایه از ژئوسل ساخته شده از ژئوگرید پلیمری را به منظور تسلیح خاکریز واقع بر خاک نرم استفاده کردند. آن ها ساخت لایه ی ژئوسل متشکل از ژئوگرید پلیمری را به این صورت شرح دادند: حفره های سلولی با استفاده از مصالح دانه ای به گونه ای پر می شود که مصالح داخل حفره ها بتواند در برابر نیرو های وارده ی بعدی استحکام و مقاومت کافی را داشته باشد. از اعوجاج سلول ها با پرکردن دو ردیف از سلول ها تا نصف ارتفاعشان پیش از پر شدن یکی از آن دو، تا ارتفاع کامل جلوگیری می شود. به عبارت دیگر هیچ سلولی قبل از این که سلول مجاورش حداقل تا نصف ارتفاعش پر شود، تا ارتفاع کامل پر نمی شود CITATION Bus90 l 1065 [6].
نتایج مشاهده شده ی یک کاربرد مشابه نیز توسط کولند و وانگ ارائه شد. کولند و وانگ (1993) از شن کوچک تر از 25 میلی متر به عنوان مصالح پرکننده و از ژئوگرید ها برای تشکیل دیواره های سلولی استفاده کردند. ابعاد حفرات سلول ها 16 و 28 میلی متر بود CITATION Cow93 l 1065 [9].
مهایسکار و مندل (1992- 1996) تاثیر یک لایه ی ژئوسل روی رس نرم را بررسی کردند CITATION Mha92 m Mha96 l 1065 [10, 11]. در این بررسی تاثیر شعاع و ارتفاع ژئوسل، مقاومت غشایی ژئوسل و چگالی نسبی ماده ی پرکننده مورد بررسی قرار گرفت. در این مطالعه از ژئوسل سوزنی پانچ شده بافته نشده و بافته شده ی پر شده با ماسه با حداکثر تراکم 1/18 کیلونیوتن بر مترمکعب استفاده شده است. شکل 2-5 تصویر شماتیکی از این آزمایش را نشان می دهد. آن ها نتیجه گرفتند که ژئوتکستایل های با مدول بالا برای استفاده در ژئوسل ها مناسب هستند به این دلیل که به ترکیب مقاوم تر و سخت تر منجر می شوند CITATION Mha92 l 1065 [10].
شکل STYLEREF 1 s 2 SEQ شکل * ARABIC s 1 5: تصویر شماتیک مدل آزمایشگاهی مهایسکار و ماندال CITATION Mha92 l 1065 [10]باتهرست و کرو (1994) استفاده از سیستم های ژئوسل پلیمری برای ساخت سازه های وزنی منعطف را شرح دادند. آن ها آزمایشات تک محوری روی ستون های مرکب ماسه-ژئوسل و آزمایشات برشی روی سطح مشترک بین لایه های خاکی مسلح با ژئوسل انجام دادند. این آزمایشات به منظور به دست آوردن پارامترهای طراحی ساختار یک دیوار وزنی منعطف با استفاده از خاک مسلح با ژئوسل که مصالح پرکننده ی آن ماسه ی درشت است، انجام گرفتند CITATION Bat94 l 1065 [5]. شکل 2-6 شمایی از این آزمایش را نشان می دهد.
84010584455
شکل STYLEREF 1 s 2 SEQ شکل * ARABIC s 1 6: تصویر شماتیک مدل آزمایشگاهی باتهرست و کرو برای تست مقاومت برشی بین لایه های مسلح CITATION Bat94 l 1065 [5]کریشناسوامی و همکاران (2000) آزمایشاتی را روی مدل آزمایشگاهی یک خاکریز واقع بر لایه ی مسلح ژئوسل قرار گرفته روی رس نرم انجام دادند (شکل 2-7). در این آزمایشات برای ساخت پی خاکریز واقع بر روش نرم، از ژئوسل های دارای الگوی چورن و دیاموند ساخته شده از ژئوگرید تک محوره و دو محوره استفاده شد (شکل 2-8). همچنین ماده ی پرکننده ی ژئوسل ها رس و ماسه رسی بودند. آن هاکریشناسوامی و همکاران (2000) نسبت بهینه ارتفاع به قطر حفرات ژئوسل، برای خاکریز حائل ساخته شده بر رس نرم را یک گزارش دادند CITATION Kri00 l 106
برچسب:
نویسنده: نرگس جعفری