بخشی از مقاله
خلاصه
روشهاي عددي از گزینههاي مطلوب براي اندازهگیري و ارزیابی اندرکنش سیستمهاي شمع- خاك در معرض اصطکاك منفی جداري میباشد. از آنجا که رفتار وابسته به زمان و تحکیم هاي اولیه و ثانویه خاك نقش مهم و مؤثري در نشست لایه هاي رسی دارند، لذا لزوم بررسی اصطکاك منفی جداري که در اثر فراتر رفتن نشست خاك نسبت به شمع روي میدهد، ضرورت مییابد.
در مطالعه عددي صورت گرفته از یک مدل کرنش مسطح براي ارزیابی رفتار خاك نرم رسی تحت مدل خزش خاك نرم استفاده شده است. در ادامه مقایسه اي در خصوص قرارگیري شمع در لایه خاك رسی قبل و بعد از ساخت خاکریز ماسهاي انجام گرفته است که نشان دهنده نقش تحکیم ثانویه بعد از قرارگیري شمع در لایه رسی میباشد. نتایج بهدست آمده بیانگر این است که محل صفحه خنثی به طور حائز اهمیتی تحت تاثیر زمان تحکیم میباشد. در شمعهاي شناور با نرمتر شدن شرایط نوك شمع در مرکز شیب خاکریز مشاهده میشود که حداکثر نیروي فروکش ایجاد شده در محل صفحه خنثی کاهش یافته و موضع آن صفحه نیز به سمت بالا حرکت میکند.
.1 مقدمه
در لایههاي سست و نرم خاك بستر به علت عدم وجود ظرفیت باربري مناسب براي تحمل سربارهاي وارد به خاك، از شمعها استفاده میشود. ظرفیت باربري سیستمهاي شمع- خاك تحت تأث یر دو عامل باربري نوك و مقاومت اصطکاکی مثبت جدار میبا شد. زمانی که نشست شمع از خاك بیشتر باشد با بسیج اصطکاك جداري مثبت درصدي و یا در برخی موارد، تمامی بار وارده را تحمل میکند. اما در شرایطی که خاك اطراف شمع از خود شمع بیشتر نشست کند؛ به جاي کمک به باربري شمع، باعث وارد شدن نیروي بیشتري به جدارهي شمع میگردد که منجر به بروز پدیده اصطکاك منفی جداري میگردد.
ازجمله عوامل موثر در وقوع اصطکاك منفی جداري میتوان به تحکیم مجدد خاك پس از شمع کوبی و بارگذاري ناشی از سربار اشاره کرد.
.2 مروري بر روند توسعه اصطکاك منفی جداري
در رابطه با بزرگی حرکت خاك نسبتبه شمع و توسعه کامل اصطکاك منفی جداري، مشاهدات متفاوتی وجود دارد. برخی از مشاهدات میدانی بیان میکنند که توسعه کامل اصطکاك منفی جداري همراه با نشست خیلی کوچک خاك به میزان چندین میلیمتر است2] و.[3 با این وجود آزمایشهاي تماممقیاس دیگري بیان میدارند که افزایش مداوم نیروي فروکش با نشست افزاینده خاك به میزان بیش از 100 میلیمتر میباشد
مشاهدات میدانی Terzaghi and Peck - 1984 - بیان میدارد که تغییر مکان رو به پایین و نامحسوس خاك نسبت به شمع براي انتقال همه وزن خاکریز به شمع براي القاي اصطکاك منفی جداري کافی است. در یک مطالعه بنیاديتر Alonso et al. - 1984 - براي رس سیلت دار با درصد خمیري کم در آزمایشگاه مشاهده کرد که حداکثر تنش برشی در تغییر مکان نسبی 1 میلیمتر توسعهیافته است.
در بررسی دیگري که بهوسیله Clemence and Brumund - 1975 - نشان داده شد، باید در طراحی ظرفیت نهایی شمع اثر اصطکاك منفی جداري و نیروي فروکش را در نظر گرفت. همچنین میزان تغییر مکان لازم براي بسیج مقاومت اصطکاکی مثبت برابر با میزان تغییر مکان لازم براي بسیج اصطکاك منفی جداري است؛ مقدار مذکور را در مرتبهاي برابر با یک درصد قطر - بعد مشخصه - شمع پیشنهاد نمودند
Fellenius - 1984 - بیان کرد که صفحه خنثی محلی است که هیچ جابجایی نسبی بین شمع و خاك وجود ندارد.
همچنین بیان نمود که هر چه مقاومت نوك شمع بیشتر باشد صفحه خنثی در عمق پایینتري قرار میگیرد و نیروي فروکش بزرگتري ایجاد میشود .
3. تئوري خزش و نقش آن در اصطکاك منفی جداري
پدیده اصطکاك منفی جداري یک مسأله وابسته به زمان میباشد، زیرا نشست خاك رس نرم با نفوذپذیري اندك یک مسأله وابسته به زمان است. تحکیم اولیه خاك با نشست زیاد خاك همراه است. خزش در خاكهاي رسی در نتیجه تغییرشکل ویسکوز ذراتی که در طول تحکیم اولیه دچار شکستگی شدهاند رخ میدهد. با گذشت زمان به دلیل به وجود آمدن ساختار جدید در ذرات به علت بارگذاري مجدد و افزایش تنش، مقاومت ذرات و در نتیجه مقاومت تغییرشکل افزایش مییابد به این معنا که نرخ خزش با گذشت زمان کاهش مییابد
.4 مدل رفتاري خزش خاك نرم - SSC -
از جمله مدلهاي رفتاري ﻣﻨﺎﺳﺐ براي خاكهاي نرم میتوان به مدل رﻓﺘﺎري خاك نرم - SS - 3 و مدل رفتاري خاك نرم خزشی - SSC - 4 اشاره کرد. اگر چه مدل خاك نرم - - SS براي مدل کردن رسها مناسب می∗باشد ولی اثرات تحکیم ثانویه - خزش - را در نظر نمیگیرد. پارامترها و مفاهیم هر دو مدل با یکدیگر مطابقت دارند به جز در شاخص خزش اصلاح شده - که - بُعد زمان را در محاسبات لحاظ میکند. در این مدل حد بین دو مرحله بارگذاري تنها بهوسیله رسیدن به ماکزیمم تنش که قبلا به آن دست یافته است تعیین نمیشود. بلکه اثرات و بُعد زمان نیز در آن اثر داده میشود
پارامتري که براي تشریح رفتارفشردگی اولیه استفاده میشود، شاخص فشردگی اولیه میباشد که بهصورت رابطه - 1 - تعریف میشود.
و پارامتري که براي تشریح رفتار خزشی به کار میرود شاخص فشردگی ثانویه است که بهصورت رابطه - 2 - تعریف میشود.
5. ساخت مدل خاکریز واقع بر خاك نرم
Brinkgreve رفتار خاك نرم با ضخامت لایه 10 متري را براي خاکریزي با ارتفاع 5 متر که بر روي آن در مدت زمان 100 روز ساخته شده بود، با استفاده از Plaxis مدلسازي و بررسی کرد .[10] در اینجا خاك رس با استفاده از مدل خزش خاك نرم و خاکریز با استفاده از مدل مور کولمب مدلسازي شده است. سپس به بررسی رفتار تک شمع با قابلیت جابجایی محدود نوك در معرض اصطکاك منفی جداري پرداخته شده است.
شکل -1 هندسه مدل
به منظور بررسی اصطکاك منفی جداري، جابجایی نسبی شمع و خاك بعد از ساخت خاکریز با یکدیگر مقایسه شده است. از آنجا که فرایند ایجاد این پدیده وابسته به زمان است و حرکت خاكهاي نرم بهوسیله تحکیم و خزش بررسی و تعیین میشود و این پدیدهها همگی وابسته به زمان هستند، لذا اثرات زمان و نقش آن بسیار حائز اهمیت میباشد. با مقایسه نشست خاك و شمع در شکلهاي - 2 - و - 3 - و - 4 - مشخص میشود که از همان ابتداي آغاز تحکیم خاك، اصطکاك منفی جداري در حال وقوع میباشد.
