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 (05/0as=)............... 82
4-1-1-2- نرخ جایگذاری 1/0 (1/0as=)............... 85
4-1-1-3- نرخ جایگذاری 15/0 و 02/0( 2/0 و 15/0as=)............ 88
4-1-2- نتایج در دانسیته نسبی 50%..................... 91
4-1-2-1- نرخ جایگذاری 05/0 (05/0as=)............. 92
4-1-2-3- نرخ جایگذاری 1/0 (1/0as=)............ 94
4-1-2-3- نرخ جایگذاری 15/0 (15/0as=)......... 95
4-1-2-4- نرخ جایگذاری 2/0 (2/0as=)............. 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 (1/0as=)........... 101
4-1-3-3- نرخ جایگذاری 15/0 (15/0as=)......... 103
4-1-3-4- نرخ جایگذاری 2/0 (2/0as=)..................... 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 05/0as=................. 82
شکل (4-2). تغییرات نسبت تخلخل نسبت به عمق در %40Dr= و 05/0as=.................... 83
شکل (4-3). تغییرات SPT نسبت به عمق در %40Dr= و 05/0as=................ 84
شکل (4-4). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %40Dr= و 1/0as=.................. 86
شکل (4-5). تغییرات نسبت تخلخل نسبت به عمق در %40Dr= و 1/0as=.................... 87
شکل (4-6). تغییرات SPT نسبت به عمق در %40Dr= و 1/0as=......................... 87
شکل (4-7). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %40Dr= و 15/0as=............ 88
شکل (4-8). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %40Dr= و 2/0as=...................... 89
شکل (4-9). تغییرات نسبت تخلخل نسبت به عمق در %40Dr= و2/0،15/0as=.............. 90
شکل (4-10). تغییرات SPT نسبت به عمق در %40Dr= و2/0، 15/0as=........................ 91
شکل (4-11). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %50Dr= و 05/0as=................ 92
شکل (4-12). تغییرات SPT نسبت به عمق در %50Dr= و 05/0as=......................... 93
شکل (4-13). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %50Dr= و 1/0as=................ 94
شکل (4-14). تغییرات SPT نسبت به عمق در %50Dr= و1/0as=............................. 95
شکل (4-15). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %50Dr= و 15/0as=............ 96
شکل (4-16). تغییرات SPT نسبت به عمق در %50Dr= و 15/0as=....................................... 96
شکل (4-17). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %50Dr= و 2/0as=.......................... 97
شکل (4-18). تغییرات SPT نسبت به عمق در %50Dr= و 2/0as=......................................... 98
شکل (4-19). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %60Dr= و 05/0as=....................... 100
شکل (4-20). تغییرات SPT نسبت به عمق در %60Dr= و 05/0as=....................................... 100
شکل (4-21). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %60Dr= و 1/0as=.......................... 101
شکل (4-22). تغییرات SPT نسبت به عمق در %60Dr= و 1/0as=.......................................... 102
شکل (4-23). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %60Dr= و 15/0as=....................... 103
شکل (4-24). تغییرات SPT نسبت به عمق در %60Dr= و 15/0as=....................................... 104
شکل (4-25). تغییرات کرنش حجمی نسبت به عمق در %60Dr= و 2/0 as=....................... 105
شکل (4-26). تغییرات SPT نسبت به عمق در %60Dr= و 2/0as=.......................................... 106
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول ................................. 1
فصل دوم ................................. 4
فصل سوم ................................ 18
شن و ماسه .............................. 20
محلهای مصرف شن و ماسه در ساخت آن ........ 21
ابعاد شن و ماسه ........................ 22
منابع تهیه شن و ماسه .................... 23
1- شن و ماسه طبیعی ...................... 23
2- شن و ماسه شکسته ...................... 23
تفاوت شن و ماسه طبیعی و شکسته .......... 24
شکل هندسی دانهها ....................... 28
جنس شن و ماسه .......................... 28
بزرگی دانههای شن و ماسه ................ 31
مواردی که نباید در ماسه و شن باشد ...... 32
سیمان .................................. 35
سیمان پرتلند نوع 1 ..................... 35
سیمان پرتلند نوع 2 ..................... 36
سیمان پرتلند نوع 3...................... 36
سیمان پرتلند نوع 4 ..................... 37
سیمان پرتلند نوع 5 ..................... 37
آب ..................................... 38
آب مورد مصرف در بتن از نظر مقدار و کیفیت 38
استاندارد ماسه برای ملات ماسه سیمانی .... 39
طبقه بندی ماسه ......................... 39
انواع ماسه ............................. 40
بلوکهای سیمانی توخالی ................... 41
مراجع الزامی ........................... 41
ویژگیهای مصالح مصرفی در بلوک سیمانی....... 42
1-1 سیمان .............................. 43
1-2 سنگدانه بتن ......................... 43
1-3 سیمان پرتلند پوزولانی ............... 44
1-4 سیمان پرتلند سربارهای .............. 45
2- سنگدانهها ........................... 45
3- آب .................................. 46
4- مواد افزودنی ........................ 46
ویژگیهای بلوک سیمانی ................... 46
1- ابعاد ................................ 46
2- تاب فشاری ............................ 48
3- وزن مخصوص تودهای ...................... 48
4- جذب آب ............................... 49
ویژگیهای ظاهری ......................... 49
روش ساخت بلوکهای سیمانی توخالی .......... 50
تیر پیش تنیده ........................... 51
مزایا و نواقص بتن پیش تنیده ............. 54
مزایا .................................. 54
نواقص .................................. 55
مصالح بکار رفته برای بتن پیش تنیده ....... 57
تیرچه ................................... 60
انواع تیرچه ............................. 61
1- تیرچه خرپایی .......................... 61
2- تیرچه پیش تنیده ....................... 62
محدودیتهای اجرای تیرچه پیش تنیده و بلوک .. 65
روش ساخت تیرچه پیش تنیده ................ 67
شکلهای مربوط به ساخت انواع بلوک ........ 70
شکلهای مربوط به ساخت تیرچه پیش تنیده .... 73
فصل اول
شرکت خانمان واقع در جاده تهران – قزوین روبروی نیروگاه شهید رجائی کیلومتر 25 واقع میباشد. تاسیس این کارخانه در سال 1350 می بوده است که در سال 1363 پروانه شرکت ثبت شده است. مساحت کارخانه عبارتست از بیست و چهار هزار متر مربع که در این کارخانه قابلیت ساخت انواع بتنهای پیش ساخته را دارا میباشد. که به طور کلی محلهای ساخت این قطعات در کارخانه (شرکت خانمان) شامل شده است از یک سوله که در آن ساخت تیرچه پیش تنیده انجام میشود و در پشت این سوله یک محوطه برای ساخت بلوکهای سقفی و دیواری موجود میباشند در این کارخانه یک آزمایشگاه مجهز که در آن تمام مراحل کنترل و کیفیت و ساخت قطعات بتنی را عهده دار میباشد.
ظرفیت تولید کارخانه (شرکت خانمان) عبارتست از :
تیرچه پیش تنید : 100000 متر
انواع بلوکهای سقفی و دیواری : 150000 عدد
لازم به ذکر میباشد که شرکت خانمان با موسسههای دولتی ائم از شهرداری قزوین، بنیاد مسکن ارومیه، بنیاد مسکن سیستان و بلوچستان، استان قزوین، کمیته امداد قزوین، بنیاد مسکن و شهرسازی آبیک، آستان قدس رضوی آبیک، و شرکتهای ساختمانی خصوصی دیگر که قرار داد ساخت تیرچه پیش تنیده و انواع بلوکهای ساختمانی را دارا میباشد.
دفتر مرکزی این شرکت در تهران واقع است که در آن شرکاء، کارکنان اداری و مالی و بازرگانی و تدارکات در آن ایفاء وظایف میکنند.
جهت پیشبرد وظایف و تصمیم گیریها، شرکت بوسیله هیات مدیرهای مرکب از سه نفر از صاحبان سهام و شرکاء تشکیل و اداره میشود. و دارای کلیه اختیارات نامه و لازمه برای اداره شرکت بوده و میتواند در موارد زیر اقدام نماید :
1- تنظیم آئین نامهها لازم جهت اداره امور شرکت
2- استخدام و عزل و نصب کارمندان و کارگران و متخصصان و غیره و تعیین حقوق و مزایای آن.
3- انجام هر گونه معامله مجاز در حدود موضوع شرکت و بنام و بحساب و برای شرکت اعم از خرید و فروش و اجاره و استیجار اموال منقول و غیر منقول که مورد نیاز شرکت باشد.
4- پرداخت دیون و انجام اقدامات لازم جهت وصول مطالبات شرکت
5- مراجعه به کلیه مراجع قانونی از قبیل وزارتخانهها – ادارات- گمرکات – بانکها و غیره جهت انجام کلیه امور شرکت.
6- وام دادن و وام و گرفتن از اشخاص و شرکتها و غیره به هر مبلغ و هر میزان که صلاح باشد با هر نوع قید و شرط لازمه و به رهن گذاردن اموال منقول و غیر منقول.
7- اختیاراتی که به هیأت مدیره تفویض گردیده منحصر به موارد فوق نبوده و بطور کلی هر تصمیمی که هیأت مذکور در جهت پیشرفت و توسعه هدف و منظور شرکت مقتضی و لازم بداند معتبر میباشد.