پیش بینی شعاع تاثیر شمع های ماسه ای متراکم در خاک های روانگرا

پیش بینی شعاع تاثیر شمع های ماسه ای متراکم در خاک های روانگرا

شمع های ماسه ای متراکم بعنوان یکی از مؤثرترین و اقتصادی ترین روشها در مقاوم سازی خاک در جهت پیش‌گیری از رخداد روانگرایی، افزایش ظرفیت باربری و بهسازی خاک های با دانه بندی متنوع، از سال 1950 در کشور ژاپن و سپس در دیگر کشورهای جهان مورد استفاده قرار گرفته است. روند اجرای شمع های ماسه ای متراکم در ابتدا بوسیله بارهای ضربه ای و سپس بارهای لرزشی و در نهایت باتوجه به مکانیسم شکل گیری آنها در خاک(تغییر شکل برشی خاک)، امروزه توسط بارهای استاتیکی- دورانی صورت می پذیرد. شعاع تاثیر شمع های ماسه ای متراکم در حال حاضر توسط روشهای طراحی تجربی ارزیابی می شود. شایان ذکر است که در روشهای تجربی مشخصه های مقاومتی در فواصل مختلف از مرکز شمع های ماسه ای متراکم برای کل توده خاک، بر خلاف واقعیت، یکسان درنظر گرفته می شود. تئوری بسط حفره با مبنای بسط حفره ای استوانه ای در یک توده خاک بی نهایت و با شعاع اولیه بسیار کوچک، تا یک شعاع نهایی مشخص، ازتوانمند ترین و پر کاربرد ترین روشها در بررسی مسائل مربوط می باشد. بگونه ای که می تواند در عین سادگی، در پیچیده ترین مسائل طراحی از جمله شمع های ماسه ای متراکم با در نظر گرفتن رفتار غیر خطی خاک به کار گرفته شود. در این پژوهش، با اصلاح تئوری بسط حفره و درنظر گرفتن رفتار نرم شدگی خاک در آن، همچنین ارائه روابط ساده تر و برنامه نویسی در محیط نرم افزار MATLAB7.1 و مدل سازی عددی در محیط نرم افزار PLAXIS2D.v8.2، شعاع تاثیر شمع‌های ماسه‌ای متراکم ارزیابی گردیده و در فاصله های مختلف از مرکز آنها و درتمامی عمق ها قادر خواهیم بود تا کرنش های حجمی، تغییرات مدول الاستیسیته، مقادیر دانسیته نسبی و نسبت تخلخل ناشی از تغییر شکل های اعمال شده را با دقت مناسبی در مقایسه با روشهای طراحی تجربی و امکانات تئوری پیشین بسط حفره بررسی نمائیم. در پایان نیز مزیت ها و محدودیت های استفاده از روش مذکور به تفصیل شرح داده شده است.

کلید واژه ها: روانگرایی، شعاع تاثیر، شمع های ماسه ای متراکم، تئوری بسط حفره.

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه

1-1-کلیات............................................................. 2

1-2- روانگرایی ............................................ 3

1-3- روانگرایی جریانی.............................. 3

1-4- تحرک سیکلی............................. 4

1-4-1- انتشار جانبی............................ 5

1-4-2- روانگرایی سطحی.................... 6

1-5- روشهای مقابله در برابر پدیده روانگرایی................ 7

1-5-1- شرح عمومی روشهای مقابله در برابر پدیده روانگرایی.................. 8

1-5-1-1- روشهای تراکمی........................... 11

1-5-1-1-1- شمع های ماسه ای متراکم.................. 11

1-5-1-1-2- روش ویبراسیون میله......................... 18

1-5-1-1-3- روش ویبراسیون شناور................ 20

1-5-1-1-4- روش تراکم دینامیکی............... 21

1-5-1-1-5- روش کوبیدن لرزشی........................... 23

1-5-1-2- روش صلب سازی و تثبیت خاک............. 24

1-5-1-3- روش تعویض و جای گذاری.................... 28

1-5-1-4- پایین انداختن تراز آب زیرزمینی.............. 29

1-5-1-5- روش استهلاک فشار آب منفذی........... 30

1-5-1-6- روش محدود سازی کرنش برشی............... 31

1-6- مقایسه روشهای جلوگیری از رخداد روانگرایی............ 32

1-6-1- مقایسه از حیث دامنه کاربرد.............. 33

1-6-1-1- نوع خاک......................... 34

1-6-1-2- بررسی آمارهای رسمی موجود............ 37

1-6-2- مقایسه مکانیسم عملکرد روش های مقاوم سازی در برابر رخداد روانگرایی 40

1-6-3- مقایسه روش های مقاوم سازی از لحاظ آلودگی های زیست محیطی......... 43

فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده

2-1- شمع های ماسه ای متراکم ............. 46

2-2- تاریخچه، روند طراحی و روشهای اجرا..................... 46

2-3- روند طراحی شمع های ماسه ای متراکم...........47

فصل سوم: روش انجام کار

3-1- آشنایی با نرم افزار PLAXIS ...................... 52

3-1-1- زیر برنامه ورودی ............................ 53

3-1-1-1- الگو های تحلیلی.................... 53

3-1-1-2- اجزاء................... 54

3-1-1-3- ویژگی های مصالح................... 55

3-1-1-4- الگو های رفتاری خاک......................... 56

3-1-1-5- شرایط مرزی.................. 58

3-1-1-6- تولید شبکه اجزاء محدود....................... 59

3-1-1-7- شرایط اولیه............................. 59

3-1-2- زیر برنامه محاسبات........ 59

3-1-2-1- تحلیل پلاستیک......... 60

3-1-2-2- تحلیل تحکیم................. 61

3--1-2-3- تحلیل پایداری.................. 61

3-1-2-4- تحلیل دینامیکی................ 62

3-1-3- زیر برنامه خروجی....................... 62

3-1-4- زیر برنامه منحنی ها.................. 63

3-2- نحوه مدل سازی................... 63

3-2-1- هندسه مدل....................... 65

3-2-2- مشخصات فنی خاک................... 67

3-2-3- تحلیل مدل................... 67

3-3- تئوری بسط حفره در توده خاک نامحدود........ 69

3-3-1- Vesic (1972)......................... 70

3-3-2- Ramesh , Gupta (2002).................. 73

3-3-2-1- کرنش های پلاستیک در ناحیه پلاستیک اطراف یک حفره

استوانه ای..................... 74

3-3-3- H. Vaziri and X. Wang(1992)................... 76

3-3-4- R. Salgado, J. K. Mitchell, M. Jamilkowski(1997)......... 78

فصل چهارم: نتایج، بحث و پیشنهادات

4-1- نتایج بدست آمده و بحث .............. 81

4-1-1- نتایج در دانسیته نسبی 40%.................... 81

4-1-1-1- نرخ جایگذاری 05/0 (05/0_as=)............... 82

4-1-1-2- نرخ جایگذاری 1/0 (1/0a_s=)............... 85

4-1-1-3- نرخ جایگذاری 15/0 و 02/0( 2/0 و 15/0a_s=)............ 88

4-1-2- نتایج در دانسیته نسبی 50%..................... 91

4-1-2-1- نرخ جایگذاری 05/0 (05/0a_s=)............. 92

4-1-2-3- نرخ جایگذاری 1/0 (1/0a_s=)............ 94

4-1-2-3- نرخ جایگذاری 15/0 (15/0a_s=)......... 95

4-1-2-4- نرخ جایگذاری 2/0 (2/0a_s=)............. 97

4-1-3- نتایج در دانسیته نسبی 60%......... 98

4-1-3-1- نرخ جایگذاری 05/0 (05/0=as)..................... 100

4-1-3-2- نرخ جایگذاری 1/0 (1/0a_s=)........... 101

4-1-3-3- نرخ جایگذاری 15/0 (15/0a_s=)......... 103

4-1-3-4- نرخ جایگذاری 2/0 (2/0a_s=)..................... 104

4-2- نتیجه گیری و پیشنهادات.............. 107

منابع........... 109

پیوست ها

پیوست 1- کد نویسی SPT خاک پس از بهسازی با استفاده از روابط تجربی در محیط نرم افزار MATLAB7.1 114

پیوست 2- کد نویسی SPT خاک پس از بهسازی با استفاده از تئوری پیشین و اصلاح شده بسط حفره در محیط نرم افزار MATLAB7.1................................ 117

پیوست 3- کد نویسی SPT خاک پس از بهسازی با استفاده از خروجی های نرم افزار PLAXIS2D.v8.2، در محیط نرم افزار MATLAB7.1......................... 123

فهرست جدول ها

جدول (1-1). روش های مقاوم سازی خاک در مقابل رخداد روانگرایی و اصول آنها... 9

جدول (1-2). عمق موثر در استفاده از روش های معمول مقاوم سازی......................... 36

جدول (1-3). میزان استفاده از روش های تراکمی در طی پنج سال(1990-1985) در ژاپن. 39

جدول (3-1). تعداد و مشخصات تحلیل های انجام گرفته در تحقیق............................ 64

جدول(3-2). پارامتر های خاک مورد استفاده در مدل سازی.............. 67

فهرست شکل ها

شکل (1-1). روستای yungay (الف)، قبل و (ب)، بعد ازمدفون شدن زیر زمین لغزه ناشی از زلزله عظیم Peruvian (1970)...................................... 4

شکل (1-2). پل Million Dollar بعد از زلزله آلاسکا (1964).............. 5

شکل (1-3). شکل (1-3): آسیب های وارد بر خط لوله ناشی از انتشار جانبی خاک............... 6

شکل (1-4). انحراف مفرط از حالت قائم پل ریلی Rio Bananito در زلزله کاستاریکا (1991) 7

شکل (1-5). نحوه اجرای شمع های ماسه ای متراکم........... 13

شکل (1-6). قطر شمع نهائی بدست آمده در لایه های مختلف......14

شکل (1-7). نمودار توزیع دانه بندی مناسب در شمع های ماسه ای متراکم........ 15

شکل (1-8). ماشین آلات مورد استفاده در خشکی و در بستر دریاها یا اقیانوس ها.......... 17

شکل (1-9). نحوه اجرای شماتیک ویبراسیون میله............ 19

شکل (1-10). شماتیک نحوه اجرای روش ویبراسیون شناور................. 21

شکل (1-11). شماتیک نحوه اجرای روش تراکم دینامیکی.............. 22

شکل (1-12). تجهیزات استاندارد روش کوبیدن لرزشی............... 24

شکل (1-13). روند افزایش مقاومت در برابر روانگرایی با افزایش مقدار سیمان.... 25

شکل (1-14). مقاوم سازی ساختار ذرات تشکیل دهنده خاک با اتصال مواد تثبیت کننده به آنها 26

شکل (1-15). اثر روش استهلاک در جلوگیری از افزایش فشار آب منفذی، حین رخداد زلزله 31

شکل (1-16). اصول و مکانیسم عملکردی روش محدود سازی کرنش برشی............. 32

شکل (1-17). گستره استفاده از هر روش در خاک های مختلف....... 34

شکل (1-18). آمار مربوط به احجام توده خاک بهسازی شده توسط روش های مختلف در کشور ژاپن (1990- 1985) 37

شکل (1-19). مکانیسم مقاوم سازی خاک های دارای پتانسیل روانگرایی در روش های مختلف 41

شکل (2-1). شماتیک نحوه جایگذاری شمع های ماسه ای متراکم......... 49

شکل (2-2). اصل اصلاح خاک با استفاده از شمع های ماسه ای متراکم......... 49

شکل (3-1). الگو های تحلیلی نرم افزار الف) الگوی تقارن محوری و ب) الگوی کرنش صفحه ای 54

شکل (3-2). وضعیت قرار گیری گره ها و نقاط تنش در اجزاء خاک........ 55

شکل (3-3). شعاع تاثیر مورد قیاس بر اساس روند طراحی تجربی در چیدمان مربعی........ 64

شکل (3-4). مشخصات اولیه مدل......................... 65

شکل (3-5). هندسه مدل شامل جابجایی اعمال شده، مرز شعاع تأثیر و شرایط مرزی...... 66

شکل (3-6). مش بندی پوسته در نرم افزار PLAXIS2Dv8.2.............. 68

شکل (3-7). مش تغییر شکل یافته مدل در نرم افزار PLAXIS2Dv8.2.............................. 69

شکل (3-8). نواحی مختلف با رفتار های متفاوت در خاک پس از انبساط حفره.................. 70

شکل (3-9). مسیر تنش و شرایط تنش در حین بسط حفره.......................73

شکل (4-1). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %40Dr= و 05/0a_s=................. 82

شکل (4-2). تغییرات نسبت تخلخل نسبت به عمق در %40D_r= و 05/0a_s=.................... 83

شکل (4-3). تغییرات SPT نسبت به عمق در %40D_r= و 05/0a_s=................ 84

شکل (4-4). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %40D_r= و 1/0a_s=.................. 86

شکل (4-5). تغییرات نسبت تخلخل نسبت به عمق در %40D_r= و 1/0a_s=.................... 87

شکل (4-6). تغییرات SPT نسبت به عمق در %40D_r= و 1/0a_s=......................... 87

شکل (4-7). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %40D_r= و 15/0a_s=............ 88

شکل (4-8). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %40D_r= و 2/0a_s=...................... 89

شکل (4-9). تغییرات نسبت تخلخل نسبت به عمق در %40D_r= و2/0،15/0a_s=.............. 90

شکل (4-10). تغییرات SPT نسبت به عمق در %40D_r= و2/0، 15/0a_s=........................ 91

شکل (4-11). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %50D_r= و 05/0a_s=................ 92

شکل (4-12). تغییرات SPT نسبت به عمق در %50D_r= و 05/0a_s=......................... 93

شکل (4-13). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %50Dr= و 1/0a_s=................ 94

شکل (4-14). تغییرات SPT نسبت به عمق در %50D_r= و1/0a_s=............................. 95

شکل (4-15). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %50D_r= و 15/0a_s=............ 96

شکل (4-16). تغییرات SPT نسبت به عمق در %50D_r= و 15/0a_s=....................................... 96

شکل (4-17). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %50D_r= و 2/0a_s=.......................... 97

شکل (4-18). تغییرات SPT نسبت به عمق در %50D_r= و 2/0a_s=......................................... 98

شکل (4-19). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %60D_r= و 05/0a_s=....................... 100

شکل (4-20). تغییرات SPT نسبت به عمق در %60D_r= و 05/0a_s=....................................... 100

شکل (4-21). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %60D_r= و 1/0a_s=.......................... 101

شکل (4-22). تغییرات SPT نسبت به عمق در %60D_r= و 1/0a_s=.......................................... 102

شکل (4-23). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %60D_r= و 15/0a_s=....................... 103

شکل (4-24). تغییرات SPT نسبت به عمق در %60D_r= و 15/0a_s=....................................... 104

شکل (4-25). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %60D_r= و 2/0 a_s=....................... 105

شکل (4-26). تغییرات SPT نسبت به عمق در %60D_r= و 2/0a_s=.......................................... 106

خرید فایل