بخشی از مقاله
خلاصه
در زلزلههاي گذشته، پیهاي عمیق سازهها - شمعها - در زمینهاي داراي ماسه شل و مستعد روانگرایی دچار آسیبها و خسارات جدي شدهاند. این خسارات در زمینهاي ساحلی و داراي شیب ملایم با وقوع پدیده گسترش جانبی، بسیار شدیدتر میشود. در مطالعه پیش رو نتایج آزمایش فیزیکی میزلرزان با محفظه صلب و گروه شمع 33 در شرایط گسترش جانبی و در پروفیل خاك سه لایه با شیب 7 درصد 4 - درجه - ، بصورت عددي مدلسازي و با مقایسه با نتایج آزمایش مدل فیزیکی صحتسنجی میشود.
درصد تراکم نسبی سه لایه خاك به ترتیب از بالا %60، %15 و %80 میباشند که با شیب 4 درجه برروي هم قرار گرفته اند. مدلسازي این مطالعه با نرمافزار المان محدود OpenSees انجام شده است. بین نتایج حاصل از این پژوهش و نتایج آزمایش مدل فیزیکی بطور کلی تطابق نسبتا خوبی مشاهده میشود.
مقایسه نتایج حاصل از مدل عددي و مدل فیزیکی نشان داد که پیشبینی اضافه فشار آب حفرهاي در خاك و ممان خمشی در شمعها با استفاده از مدل عددي به خوبی قابل قبول است و تغییر مکان حداکثر پروفیل خاك در انتهاي آزمایش بدست آمده از مدل عددي نسبت به مقادیر اندازهگیري شده در مدل فیزیکی با %10 اختلاف همراه است.
.1 مقدمه
خرابی سازههاي متکی بر پیهاي عمیق در زمینهاي روانگرا شونده در بسیاري از زلزلههاي گذشته مشاهده شده است. این خرابیها علیالخصوص هنگامی که زمین از یکسو با شیب ملایم به جبهه آزاد آب منتهی میگردد با وقوع پدیده گسترش جانبی، بسیار شدیدتر میشود. در پدیده گسترش جانبی در زمینهاي روانگرا شونده با شیب ملایم، با از دست رفتن مقاومت برشی خاك در اثر روانگرایی، نیروهاي برشی محرك نسبتا شدیدي باعث جابجایی جانبی توده خاك به سمت پایین دست شیب میشود و این جابجاییها همراه با اعمال نیروهاي جانبی بسیار بزرگ به پیهاي عمیق و سایر سازههاي زیرزمینی بوده و موجب خرابی آنها میگردد. نمونههایی از این دست خرابیها در زلزله سال 1964 نیگاتا [1]، کوبه ژاپن [2] و نیز زلزله هائیتی [3] مشاهده شده است.
بیشتر خرابیهاي مشاهده شده در پیهاي عمیق، در محل اتصال شمع به کلاهک گروه شمع و در مرز میان لایه روانگرا با لایههاي غیر روانگراي فوقانی و تحتانی بوده است. بررسی رفتار شمعها در زمینهاي روانگرا شونده مستعد گسترش جانبی توسط محققین مختلف با استفاده از رویکردهاي عددي ، آزمایشات مقیاس واقعی ، آزمایشات سانتریفیوژ و آزمایشات میز لرزان مورد بررسی قرار گرفته است.
در این مطالعه رفتار گروه شمع در پروفیل خاك سه لایه تحت نیروهاي جانبی ناشی از زلزله و فشارهاي جانبی ناشی از گسترش جانبی مورد ارزیابی قرار گرفته و تغییرات فشار آب حفرهاي، لنگرهاي خمشی ایجاد شده در شمعها و فشار اندرکنشی میان خاك و شمع مورد بررسی و تحلیل قرار میگیرد.
.2 رویکرد عددي
در این تحقیق رفتار پیهاي عمیق در برابر بارهاي جانبی ناشی از گسترش جانبی با استفاده از روشهاي عددي با نرمافزار لرزهاي و متن باز OpenSees مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش مورد نظر براي صحت سنجی مدل عددي در این تحقیق، آزمایش انجام شده بر روي گروه شمع 33 با استفاده از میز لرزان در یک محفظه صلب با ابعاد 3/5 متر طول، 1 متر عرض و 1/5 متر ارتفاع در دانشگاه صنعتی شریف توسط حائري و همکاران در سال [8] 1390 می باشد.
.3 مدلسازي عددي
در شکل 1 پلان مدل فیزیکی با جزئیات کامل و در شکل 2 نماي از کنار مدل با نمایش محل قرار گیري کرنش سنجها و فشارسنجها مشاهده میشود. محفظه صلب این آزمایش با ابعاد 3/5 متر طول، 1 متر عرض و 1/5 متر ارتفاع میباشد. لایههاي خاك در این آزمایش متشکل از یک لایه روانگرا به ضخامت 1 متر که بینابین دو لایه غیر روانگراي فوقانی به ضخامت 25 سانتیمتر و تحتانی به ضخامت حداکثر 25 سانتیمتر میباشد که این لایه هاي خاك از ماسه فیروزکوه با مشخصات موجود در جدول 1 تشکیل شدهاند.
درصد تراکم نسبی لایهها به ترتیب از بالا به پایین %60، %15 و %80 بوده که با شیب 4 درجه قرار گرفتهاند. شکل 3، لایههاي خاك اشباع و نحوه مشبندي در مدلسازي عددي را نمایش میدهد. شمعهاي بکار رفته در مدل فیزیکی بصورت لولههاي لولهها بصورت توپر با همان قطر اما با مدول یانگ و مدول برشی معادل در برنامه قرار - OpenSeesتوخالی - آلومینیومی بوده که به دلیل محدودیت در برنامه از یکدیگر قرار داشته و در کف مدل گیردار شدهاند. در 3Dداده شده که جزییات آن در جدول 2 مشاهده میشود. همچنین شمعها به فاصله مرکز به مرکز این مقاله نتایج حاصل از مدلسازي عددي با نتایج حاصل از آزمایش مدل فیزیکی مقایسه و مورد بررسی قرار میگیرد.
شکل -1 پلان مدل فیزیکی
شکل -2 نماي از کنار مدل فیزیکی
شکل -3 نحوه مشبندي در مدلسازي عددي
جدول -1مشخصات ماسه 161 فیروزکوه به کار رفته در آزمایش میز لرزان
جدول -2 مشخصات مکانیکی و قطر شمع مورد استفاده در مدل فیزیکی و مدلسازي عددي
.1.3 تحریک ورودي
در این آزمایش از یک تحریک سینوسی با فرکانس 3 هرتز و دامنه 0/3g استفاده شده است. مدت زمان تحریک 12 ثانیه بوده که یک ثانیه اول آن جهت افزایش شتاب از صفر به مقدار 0/3g صرف شده است و بازگشت به صفر در انتهاي تحریک نیز یک ثانیه به طول انجامیده است. تحریک ورودي که در شکل 4 مشاهده میشود، در جهت طولی مدل اعمال گردیده است.
شکل -4 تاریخچه زمانی تحریک ورودي
