بخشی از مقاله
خلاصه
هدف از این تحقیق شناخت عوامل موثر و میزان تاثیر این عوامل بر پایداري داخلی دیوار هاي خاك مسلح ژئوگریدي و عملکرد هرچه بهتر این نوع دیوار ها و موارد مشابه آن می باشد. بدین منظور یک دیوار خاك مسلح ژئوگریدي به ارتفاع 7 متر مدل شده است و با تغییر در خصوصیات مقاومتی - زاویه اصطکاك، چسبندگی - و پارامترهاي الاستیک - مدول الاستیسیته و نسبت پواسون - خاك مسلح شده روند تغییرات در مقادیر تغییر شکل هاي افقی نما، نیروي کششی ماکزیمم وارد بر مسلح کننده ها و فشار افقی پشت نماي دیوار بررسی شده است.
آنالیز عددي به روش تفاضل محدود و توسط نرم افزار FLAC به صورت دو بعدي و در شرایط کرنش صفحه اي انجام شده است. این بررسی ها نشان می دهد که زاویه اصطکاك داخلی خاك به عنوان موثرترین عامل بیشترین تاثیر را برتغییر شکل هاي افقی و نیروي کششی مسلح کننده ها داشته و همچنین خاك درشت دانه با مقداري ریزدانه که حداقل زاویه اصطکاك 39 درجه و چسبندگی حدود 10 kpa بوجود آورد بهترین خاك براي ساخت دیوار خاك مسلح می باشد. مدول الاستیسیته و نسبت پواسون خاك اثر چندانی بر پایداري داخلی دیوار خاك مسلح ندارد.
.1 مقدمه
به دلیل ضعیف بودن خاك در برابر تنشهاي کششی، طراحان همیشه به دنبال بهترین راه حل براي جبران این نقیصه خاك هستند .تسلیح خاك از قدیمی ترین روش هایی است که در ساختن سازه هایی کهغالباً از خاك به عنوان اصلی ترین مصالح استفاده می شود، به کار می رود. در روش خاك مسلح، نوارها - تسمه هاي - فولادي یا نوارهایی از جنس پلاستیک، پلیمر یا صفحات ژئوسینتتیکی به صورت لایه لایه و موازي یک دیگر در میان محیط خاك قرار می گیرند.
رابطه میان تودة خاك و مسلح کننده ها از طریق اصطکاك بین دانه هاي خاك و تسمه ها یا صفحات به وجود می آید. وجود این عناصر، از طرفی باعث زیاد شدن مقاومت کششی محیط خاك شده و از طرف دیگر بر خصوصیات تغییر شکلی محیط تأثیر می گذارد به گونه اي که در نهایت مجموعه اي پایدارتر با ظرفیت باربري بیش تر و قابلیت تغییر شکل امن تر تشکیل شود. در نتیجه با این فن می توان دیوارهاي حایل بلند و خاکریزهاي با شیب تند یا ارتفاع زیاد را بنا نهاد.
نداشتن شناخت کافی از نحوة رفتار سازههاي خاکی مسلحشده با تسمه هاي پلیمري، ما را از طراحی مؤثر و صحیح دور نگه می دارد. با توجه به نیاز روز افزون استفاده از سیستم هاي خاك مسلح، درك عملکرد مناسب این دیوار ها از اهمیت زیادي برخوردار است، از این رو در این پژوهش رفتار استاتیکی دیوارهاي حایل خاك مسلح بررسی می شود .
.2 خصوصیات دیوار
دیوار خاك مسلح در نظر گرفته شده جهت مطالعه و بررسی پارامتریک و بررسی اثر عوامل مختلف بر روي عملکرد این دیوارها، دیوار خاك مسلحی به ارتفاع 7m میباشد. خاك مسلح شده ازنوع خاك دانه اي فاقد چسبندگی با وزن مخصوص γ=18 kn ، زاویه اصطکاك داخلیφ= 34 و نسبت پواسونν=0/3 فرض شده است براي مسلح کردن خاك از مسلحکنندههاي ژئوگریدي با مقاومت کششی مجاز Ta= 75 kn/m، سختی کششی مسلحکننده ها j= 1000 kn/m ، فاصله قائم 0/7 m و طول 5m در نظر گرفته شده است.
.3 شرایط مرزي و بارگذاري مدل
در این حالت گره هاي پایین مدل - کف پی - در جهت هاي قائم و افقی بسته شده و مرزهاي قائم نیز در راستاي افقی اجازه ي حرکت ندارند، بارگذاري در این حالت منحصر به بار ثقلی مصالح میباشد.
شکل : 1 مدل دیوار خاك مسلح ساخته شده توسط FLAC
.4 خصوصیات خاك مسلح شده
خاك مسلح شده یکی از قسمت هاي اصلی دیوار خاك مسلح است نوع خاك مورد استفاده در خاك مسلح شده معمولا خاكهاي دانهاي است ولی از خاك هاي مخلوط که اندکی چسبندگی دارند نیز استفاده میشود. در اینجا به بررسی اثر چسبندگی، زاویه اصطکاكداخلی، مدول الاستیسیته و ضریب پواسون خاك پرداخته میشود.
1 . 4 اثرچسبندگی خاك مسلح شده
همان طور که گفته شده در صورت استفاده از خاکهاي مخلوط در قسمت مسلح شده پارامترهاي مقاومتی خاك علاوه بر زاویه اصطکاك شامل چسبندگی نیز میباشد که این چسبندگی تا حدود 40kp می رسد. در ادامه پاسخ سازه در برابر چسبندگی 0 ، 10 ، 20 و 40kp بررسی شده است. الف - نیروي کششی ماکزیمم مسلحکننده ها
شکل - 3 - نحوه تغییرات نیروي کششی ماکزیمم مسلح کننده ها را نشان می دهد. با توجه به شکل پیداست که افزایش چسبندگی تا 10kp کاهش قابل توجهی در میزان نیروي کششی ماکزیمم مسلح کننده دارد. ام ا افزایش چسبندگی به میزان بیش از 10kp اثر چندانی روي نیروي کششی ماکزیمم مسلح کننده ها ندارد.
ب - فشار افقی پشت نماي دیوار
با توجه به شکل - 4 - افزایش چسبندگی تا 10Kp فشار افقی وارد ب ر نماي دیوار را کاهش می دهد اما چسبندگی بیش از این مقدار تاثیري در کاهش فشار افقی نداشته و حتی باعث افزایش مقدار آن در پاي دیوار میشود.
ج - تغییر شکل افقی نما
شکل - 5 - روند تغییر شکل افقی را نشان می دهد. افزایش چسبندگی تا حدود 10kp تغییر شکل را ا کاهش می دهد اما بیش از این مقدار چسبندگی، باعث افزایش در تغییر شکل افقی میشود.
شکل :2 تغییر شکل افقی دیوار خاك مسلح در شرایط استاتیکی شکل :3 اثرچسبندگی خاك بر نیروي کششی ماکزیمم ساخته شده توسط FLAC مسلح کنندهها
شکل :4 اثرچسبندگی خاك بر فشار افقی پشت نماي دیوار شکل :5 اثرچسبندگی خاك بر تغییر شکل افقی دیوار
2 . 4 اثر زاویه اصطکاك داخلی خاك مسلح شده
در این قسمت پاسخ سازه براي مقادیر مختلف زاویه اصطکاك داخلی خاك مسلح شده مورد بررسی قرار می گیرد. در تمام تحلیل ها مقدار چسبندگی ثابت و برابر صفر در نظر گرفته شده است و تحلیل براي زاویه اصطکاك هاي 34، 39، 44و 49 درجه صورت گرفته است.
الف - نیروي کششی ماکزیمم مسلحکننده ها شکل - 6 - روند تغییرات نیروي کششی ماکزیمم مسلح کننده ها را نشان می دهد. همان طور که نمودار نشان می دهد با افزایش زاویه اصطکاك داخلی مقدار نیروي کششی در مسلح کننده ها خصوصا در قسمت شکم دیوار کاهش می یابد به طوري که این روند کاهشی به مرور کمتر شده و توزیع نیرو در ارتفاع دیوار تقریبا یکسان میشود.
ب - فشار افقی وارد بر نماي دیوار شکل - 7 - تغییرات فشار افقی وارد بر نماي دیوار با تغییر زاویه ي اصطکاك داخلی از 34 تا 49 درجه با افزایشهاي 5 درجه نشان می دهد.
همانطور که از نمودار پیداست افزایش زاویه اصطکاك داخلی موجب کاهش مقدار تنش افقی پشت نماي دیوار میشود. منحنی هاي مذبور با افزایش φ به هم نزدیک تر شده و اختلافشان کمتر می شود و براي φ≥39 درجه این اختلاف تقریبا ثابت می ماند. همچنین ملاحظه میشود که کاهش فشار افقی نسبت به ارتفاع کمتر شده به طوري که بیشترین کاهش در محدوده ي پایینی دیوار مشاهده می شود و با افزایش ارتفاع تغییر زاویهي اصطکاك داخلی تأثیر چندانی بر فشار افقی نخواهد داشت.
ج - تغییر شکل افقی نماي دیوار
در این بخش تغییر شکلهاي سازه براي مقادیر مختلف زاویه اصطکاك داخلی خاك بررسی میشود. شکل - 8 - روند تغییر شکل افقی براي مقادیر مختلف φ را نشان می دهد. با توجه به شکل پیداست که با افزایش زاویه اصطکاك خاك مقاومت سازه افزایش یاف ته و تغییر شکل ها کم میشود.
شکل :6 اثرزاویه اصطکاك داخلی خاك بر نیروي کششی ماکزیمم
شکل :7 اثرزاویه اصطکاك داخلی خاك بر فشار مسلح کننده ها افقی پشت نماي دیوار
