بخشی از مقاله
خلاصه
در این تحقیق اثر خاك هاي لایه اي در آزمایش بارگذاري صفحه منظور گردیده است. بطوري که با افزایش ضخامت خاك ماسه نتایج به مدل واقعی آزمایشگاهی نزدیک تر می گردد. اثر قرار گیري لایه هاي ژئوتکستایل و همچنین تعداد آن ها نیز در تحقیق زیر بررسی شده است. چراکه با افزایش تعداد لایه هاي مسلح کننده از حدي به بعد تاثیري در افزایش ظرفیت باربري ندارد.
هدف اصلی تحقیق بررسی ظرفیت باربري خاك هاي دانه اي با لایه بندي متفاوت و همچنین تاثیر مسلح کننده ها بر روي نتایج بدست آمده از آزمایش بارگذاري صفحه است. این آزمایش را با نرم افزار عددي Abaqus مدل کرده و نتایج بدست آمده از آزمایشگاه را با نتایج بدست آمده با نرم افزار مقایسه کرده تا همگرایی جواب هاي فوق با جواب هاي آزمایشگاه مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل سازي بر اساس رفتار دراگر-پراگر براي دو نوع خاك ماسهاي و شنی انجام شده است.
.1 مقدمه
امروزه با پیشرفت نرم افزارهاي مهندسی و توانایی در ساخت مدل هایی شبیه به مد ل هاي واقعی با رفتارهاي نزدیک به رفتار واقعی خاك و همچنین با توجه به هزینه روزافزون آزمایشات ژئوتکنیکی امید است با مدل سازي هایی نزدیک به واقعیت و انتخاب شرایط انتهایی و تکیه گاهی مانند شرایط طبیعی و اصلی خاك ، انتخاب مدل هاي رفتاري صحیح و با توجه به اطلاعات دردسترس خاك ، جواب هاي بدست آمده از نرم افزارهاي عددي به جواب هاي حاصل از آزمایش ها برروي خاك نزدیک گردد.
یکی از آزمایشات مهم و مورد نیاز براي بررسی رفتار خاك در اثر بارهاي وارد بر آن آزمایش بارگذاري صفحه بوده که امروزه به طور گسترده توسط مهندسین خاك مورد استفاده قرار می گیرد. براي بدست آوردن این پارامترهاي مکانیک خاك آزمایشات و روابط بسیاري اعم از روابط تئوري و راه هاي آزمایشگاهی وجود دارد، ولی همواره یکی ازمؤثرترین و مستقیم ترین راه هاي بدست آوردن این پارامتر استفاده از آزمایش بارگذاري صفحه می باشد. امروزه آزمایش بارگذاري صفحه به عنوان یکی از متداولترین آزمایشات در محل براي بدست آوردن پارامترهاي مقاومتی خاك از جمله ضریب بستر خاك مورد توجه قرار می گیرد.
آزمایش ها مبناي گسترش روش کلاسیک ظرفیت باربري پی هاي سطحی هستند. در نتیجه، روش هاي متنوع تئوري و آزمایشگاهی متفاوتی در این رابطه وجود دارد. براي مثال رابطه ترزاقی [1]، هانسن [2]، وسیک [3]و غیره . توجه ما در این تحقیق بر روي پی هایی متمرکز است که بر روي دو لایه خاك قرار دارند که لایه بالایی شن ولایه پایینی ماسه هستند.
در این زمینه بولز مطرح می کند [4] که ظرفیت برشی خاك دولایه را بایک خاك تک لایه با مشخصات میانگین می توان جایگزین کرد.مقادیر c چسبندگی و φ اصطکاك از رابطه زیر به دست می آید:
کارامیترس و همکاران مطالعه اي در دانشگاه یونان انجام دادند. این مقاله تاثیر روانگرایی بر روي کاهش ظرفیت باربري پی هاي قرار گرفته روي دولایه رس را بررسی می کند. جهت تحلیل از نرم افزار FLAC استفاده شده است. در این مقاله ضخامت لازم براي رویه رسی به دست آمده و ابعاد آن مورد تحلیل قرار گرفته است. تاثیر نواري یا دایره اي بودن در تحلیل دیده شده و شکست قبل از زلزله و در هنگام زلزله با مدل هاي مایرهوف و همکاران [6] بررسی شده است.
مقاله اي توسط آناستاسپولوس و همکاران [7] در دانشگاه یونان انجام شده است. این مقاله مدل ساده شده اي جهت شبیه سازي پاسخ سیکلی پی هاي نواري و صحت سنجی آن با کمک نرم افزار Abaqus می باشد. این آنالیز براي ماسه متراکم و ماسه سست با زوایاي اصطکاك مختلف انجام شده است و براي خاك رس نیز صحت سنجی شده است.
مطالعه اي توسط کلزي و همکاران در دانشگاه اسکاتلند انجام شد[8] ، نتیجه بررسی آزمایشگاهی و مقایسه عددي دو بعدي و سه بعدي روي اسکله ساحلی است که انواع بارهاي افقی و قائم و لنگر و ترکیبات مختلف آن ها در شرایط پی روي دو لایه خاك که بالایی ماسه متراکم و دومی رس متراکم می باشد، انجام شده است. در این مطالعه مقادیر مختلف نیروي افقی و عمودي با تغییر در پارامترهاي مختلف خاك روي یک پی نواري دیده شده است. آنالیز اجزا محدود توسط 2D & 3D FE انجام شده است.
مقاله اي توسط ضیایی و دیگران انجام شده است.[9] در این مقاله مقایسه ي عددي و تحلیل المان محدود Abaqus روي پی دایره اي بر روي خاك دو لایه که لایه بالا رس و لایه پایین ماسه متراکم است انجام شده است. در این مقایسه اثر ابعاد پی و ضخامت لایه خاك بر روي نشست پی رینگی تحلیل شده است.
در مقاله اي که در دانشگاه نیوکاسل توسط کیو انجام شده است.[10] با استفاده از روش ANN و نوشتن رگرسیون چند متغیره روي خاك هاي چسبنده که حداکثر ده لایه است با استفاده از روش مرز بالا و پایین - upper bound lower bound - و حل رگرسیون هاي چند متغیره موفق به بدست آوردن رابطه اي جهت پیش بینی ظرفیت باربري شده اند که سپس با معادلات کلاسیک مقایسه شده است.
از اواسط دهه 1980 تعداد زیادي مطالعه آزمایشگاهی براي تخمین ظرفیت باربري نهایی و ظرفیت باربري مجاز پیهاي سطحی قرار گرفته بر روي خاك مسلح شده با چند لایه ژئوگرید گزارش شده است. نتایج بهدست آمده حاکی از اثربخش بودن این نوع تسلیح است.
سیریش و همکاران [12] رفتار پی دایرهاي را بر روي ماسه مسلح شده با ژئوسل در خاك رس لايدار را بررسی نمودند. پی دایرهاي به قطر 0/15 متر و ضخامت 0/3 متر و مخزن خاك به ابعاد 0/9×0/9×0/9 متر انتخاب شده است. یک حفره به قطر 0/095 متر توسط لوله PVC در رس ایجاد شده است. ژئوسل و ژئوگرید به شکل مربع و مقادیرu/D= 0/05 و¬t/D= 0/075 است. ماسه یکنواخت با سه دانسیته %48، 59% و %70 در مخزن به روش بارش آماده شده و بارگذاري به روش کرنش کنترل و با سرعت 2 میلی متر بر دقیقه انجام میشود.
.2صحت سنجی انجام شده
در این تحقیق به بررسی آزمایش بارگذاري صفحه بر روي خاك هاي لایه اي پرداخته می شود، مشخصات مصالح مدل شده مطابق جدول 1 است. لازم به ذکر است از مدل رفتاري دراگر-پراگر نیز استفاده شده است .براي صحت سنجی از کار صورت گرفته توسط ورما و همکاران استفاده شده است.
جدول -1 مشخصات خاك هاي مورد استفاده در صحت سنجی و تحلیل ها
.3 مدل آزمایشگاهی
مدل آزمایشگاهی بررسی شده در این تحقیق مربوط به نتایج کار ورما [13]می باشد، که در آن آزمایش بارگزاري صفحه بر روي خاك تک لایه شنی و ماسه اي و ترکیبی از خاك دو لایه شنی و ماسه اي با ضخامتهاي متفاوت در محفظه اي فولادي انجام شده است. نمودار هاي بار نشست براي خاك در حالتهاي تک لایه و دو لایه بدست آمده است.
خاك دو لایه از یک لایه شن در قسمت فوقانی و یک لایه ماسه اي در قسمت تحتانی تشکیل شده است. محفظه و جعبه آزمایش داراي ابعادي به طول و عرض 2 متر و ارتفاعی برابر 1/5متر می باشد. شکل 1 محفظه آزمایش را نشان می دهد. ضخامت لایه شنی فوقانی در چهار حالت مختلف که عبارت است از 0 ، 0/5 ، 1، 1/5و2 برابر عرض صفحه بارگذاري ، مورد بررسی قرار گرفته است.
صفحه بارگذاري مربعی به طول 30 سانتی متر می باشد و بمنظور دست یابی به تراکم یکسان ، لایه هاي خاك به صورت سقوط آزاد از ارتفاع یک متري رها شده و این عمل تا رسیدن ضخامت هر لایه به 10 سانتی متر ادامه می یابد. شرایط مرزي براي مدل سازي بدین صورت می باشدکه مرزهاي کناري مدل را در راستاي افقی به صورت گیردار و در راستاي قائم به صورت آزاد در نظر می گیریم. کف مدل را هم در دو جهت قائم و افقی به صورت گیردار اعمال می کنیم.
شکل -1 محفظه و جعبه آزمایش بارگذاري صفحه
در بخش صحت سنجی براي مقایسه روش عددي با آزمایشگاهی به مدل سازي آزمایش بار گذاري صفحه در نرم افزار Abaqus پرداخته شده است. که با همان ابعاد ساخته شده در آزمایشگاه، مدل سازي عددي صورت گرفته است.
شکل-2 ابعاد و شرایط مرزي مدل سازي
شکل -3 محفظه اي که بر روي آن آزمایش بارگذاري صفحه انجام می گیرد.
در ابتدا به مقایسه نمودار هاي آزمایشگاهی انجام شده توسط ورما و همکاران [13]با نمودارهاي عددي در خاك تک لایه می پردازیم . هدف از این کار بدست آوردن پارامترهاي مقاومتی خاك در مدل سازي عددي می باشد. بطوري که بتواند بهترین انطباق را با مدل آزمایشگاهی داشته باشد
شکل : 4 مقایسه بین نمودار آزمایشگاهی و عددي در خاك تک لایه ماسه اي
