بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تحلیل عددی تاثیر تداخل و سیکل بارگذاری بر نشست پی سطحی
خالصه
مهندسين ژئوتکنيک در طراحي پي سطحي باید ایمني پي را در مقابل نشست بيش از اندازه را در نظر داشته باشند. اگر پي ها نزدیک یکدیگر روی خاكي با شرایط مشابه قرار داده شوند، به لحاظ تداخل صفحه گسيختگي، ظرفيت باربری نهایي هر پي ممکن است كاهش یابد و نشست پي افزایش یابد. در این مقاله رفتار پي های سطحي متداخل تحت بارگذاری سيکلي با استفاده از نرم افزار Plaxis مطالعه گردیده است. تحليل انجام شده در حالت بارگذاری دیناميکي از نوع سيکلي به منظور بررسي اثر سربار سيکلي وارد بر پي، تعداد سيکل های بار بر نشست پي مي باشد. نتایج نشان مي دهد با افزایش ميزان سربار سيکلي و تعداد سيکل بار، نشست پي افزایش خواهد یافت.
كلمات كليدی: نشست ، بار سيکلي ، تداخل، پي سطحي
.1 مقدمه
زمانيکه چندین پي سطحي در مجاورت هم قرار ميگيرند تداخل بوجود خواهد آمد، این تداخل تاثيراتي بر ظرفيت باربری، نشست پي و مکانيزم گسيختگي پي سطحي خواهد داشت، این تاثيرات وابسته به فاصله ی دو پي از یکدیگر مي باشد. تحقيقات زیادی روی تاثير تداخل بر ظرفيت باربری انجام شده است Stuart, 1962; Das and Larbi-Cherif, 1983;( این تحقيقات نشان مي دهد با نزدیک شدن دو پي ظرفيت باربری افزایش خواهد یافت.[1]
مطالعات مختلفي بر روی رفتار پي های سطحي تحت اثر بارهای سيکلي در خاک های مسلح شده انجام شده است. Das et Yeo et al [2] al[3] تحقيقاتي بر روی ظرفيت باربری و نشست پي مربعي و نواری روی خاک های مسلح شده با ژئوگرید تحت بارهای استاتيکي انجام دادند، Moghaddas and Dawson[4] به مطالعه آزمایشگاهي بر روی رفتار پي های سطحي روی خاک مسلح شده با ژئوگرید تحت اثر بار سيکلي پرداختند. Savaf and Nazir[5] ، به بررسي رفتار پي روی شيب مسلح شده با ژئوگرید تحت اثر بار سيکلي با استفاده از نمونه های آزمایشگاهي پرداختند.
Lamb در سال 1904 اولين كسي بود كه به مسئله ارتعاش روی محيط االستيک بي نهایت پرداخت. مطالعات وی توسط محققين نظير Sung, Richards بسط و توسعه داده شد . [1] عساكره و همکاران در سال 1389 مطاعه ای بر روی رفتار پي روی حفره تحت اثر بار سيکليک انجام دادند [7] و همچنين حسينعلي زاده و مير حسين در سال 1391 به تحقيق در مورد تاثير بار سيکلي بر رفتار پي مستر بر خاک ماسه ای انجام دادند.[8]
در تحقيق حاضر به بررسي تأثير وجود سربار سيکلي بر روی دو پي در مجاورتیکدیگر و تأثير پارامترهای مختلف بر نشست ماكزیمم و نشست نسبي دو پي مجاور تحت اثر بار سيکليک مورد مطالعه قرارگرفته است. در این راستا به منظور بررسي تعيين تأثير ميزان سربار، تعداد سيکل بارگذاری، اثر تداخل بر روی نشست پي سطحي از نرم افزار Plaxis به منظور تعيين تأثير ميزان سربار، تعداد سيکل، اثر تداخل بر روی نشست پي سطحي استفاده شده است .
.2 مدل سازی عددی
از جمله روشهای حل مسائل مهندسي ،مدلسازی عددی ميباشد كه امکان پيشبيني رفتار و مطالعه تأثير پارامتر های مختلف را در زمان کمتر و شرایط
سهلتر نسبت به مدلسازی آزمایشگاهي فراهم ميسازد .باتوجه به سرعت بيشتر روش اجزاء محدود نسبت به روش تفاضل های محدود درحل معادله
دیفرانسيلي حاكم و نيز شکل در نظر گرفته شده برای پيکه امکان تحليل حالت دو بعدی (كرنش مسطح ) را فراهم ميسازد ،از نرم افزار Plaxis 2D جهت ساخت مدل عددی استفاده شده است .نرم افزارPlaxis ،المانهای مثلثي6 و 15گرهي را برای مش بندی خاك در اختيار مي گذارد كه جهت حصول دقت بالا المان 15 گره ای استفاده شده است. نمونه ای از مش بندی در شکل 2 نشان داده شده است.
جهت جلوگيری از محصور شدگي به علت تأثير مرزهای كناری بر گوه های لغزش كه منجر به افزایش نشست مي شود، گسترش شبکه در جهات افقي و قائم از مركز پي، باید به اندازه ای باشد كه جابجایي ایجاد شده در محيط خاک تحت تأثير جابجایي اعمال شده بر پي ناچيز گردد. برای این منظور، ابتدا با روش سعي و خطا مدل سازی با ابعاد مختلف تا حدی انجام پذیرفت كه تأثير تغيير ابعاد محيط بر نشست قابل اغماض باشد. ابعاد محيط در جهات افقي و قائم از هر طرف پي 10 برابر عرض شالوده در نظر گرفته شده است. هندسه تعریف شده برای مدل جهت انجام تحليل در شکل3 نشان داده شده است.
پارامتر B عرض پي، b فاصله دو پي ازیکدیگر و q سربار وارده بر پي است.
باید خاطر نشان ساخت که وزن مخصوص خاک بوده و ضریب پواسون خاکυ، باتوجه به مقادیر متعارف ذكر شده د رمتون فني انتخاب گردیده است .
درمدل عددی جهت جلو گيری از گسيختگي موضعي در بر خين قاط واقع بر سطح خاک ،چسبندگي به مقدار خيلي کوچک در نظر گرفته شده است .اما مطالعات نشان مي دهد كه زاویه اتساع خاک φ ، تأثير بسزائي بر ظرفيت باربری فونداسيون دارد و با افزایش آن،ظرفيت باربری افزایش مي یابد. درتحقيق حاضر ،از رابطه پيشنهادی Bolton (1986) ،استفاده شده است .[6]
هندسه تعریف شده برای مدل جهت انجام تحليل در شکل 1 نشان داده شده است. پارامتر B عرض پي، b فاصله دو پي از یکدیگر، q سربار وارده بر پي است.
.3 مراحل انجام تحلیل عددی
بعد از مدل سازی خاک و پي، در مرحله اول، تحليل عددی روی پي سطحي تحت بار استاتيکي انجام شده است. در مرحله دوم تحليل عددی تحت بارگذاری سيکلي انجام شده است. در حالت دیناميکي ابتدا بار تا رسيدن به سربار استاتيکي مورد نظر ،افزایش مييابد و سپس نرم افزار با توجه به فایل داده شده توسط کاربر باردیناميکي رااعمال مي كند. شکل زیر شما یکلي تاریخچه زماني بارگذاری نهایي در حالت سيکلي را نشان مي دهدكه qsو Ss به ترتيب سربار و نشست استاتيکي، qd و Sd به ترتيب بار و نشست دیناميکيرانشان ميدهد.
تاریخچه زماني بارگذاری نهایي شامل بار استاتيکي و بار سيکلي در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل -2 منحنی سربار تناوبی استفاده شده در این تحلیل
qs شدت سربار استاتيکي است كه بصورت نسبتي از ظرفيت باربری انتخاب شده است، در این مقاله qs=200 kN/m2 در نظر گرفته شده است. دامنه ی سربار سيکلي qd بصورت درصدی از بار استاتيکي با توجه به رابطه ی 2 تعریف شده است.
qd با توجه به رابطه 2 مقادیر qd=20, 40,80 kN/m2 در نظر گرفته شده است.
.4 مشخصات پی و خاک
از دیگر پارامتر های دیناميکي خاك ضریب ميرایی مي باشد
.مدل ریاضي ميرایي باید آنچنان انتخاب شود كه انرژی مستهلک شده در محاسبات عددی مشابه انرژی تلف شده در سيستم فيزیکي باشد .
ميرایي در سنگ بصورت تاریخچه زماني است و به مسير بار گذاری بستگي دارد .از اینرو مدل کردن عددی آن دشوار بوده و تفسير نتایج بدست آمده نيز آسان نيست.
در روش اجزا محدود ميرایي را یلي يک مدل مناسب است ،زیرا اثر اتمي رایي را متناسب با جرم و سختي سيستم به آن اعمال ميکند كه این خاصي تدرPLAXIS توسط دو پارامتر α و βكه به آن ضرایب ميرایي رایلي (Rayliegh) گفته ميشود ،مشخص شده و برای تشکيل ماتریس ميرایي از تركيب خطي ماتریس های جرم و سختي استفاده مي شود:
در تحقيق حاضر ضریب ميرایي برای خاکα=0.001 و β=0.08 در نظر گرفته شده است.
پي سطحي متداخل با عرض 2m و عمق مدفون صفر در نظر گرفته شده است. پارامترهای استفاده شده برای خاک در نرم افزار Plaxis در جدول 1 آورده شده است كه γ ، E50ref، c ،φ، Rinter Ψ υ كه به ترتيب دانسيته، مدول سکانت، چسبندگي، زائيه اصطکاک، ضریب پواسون، زاویه اتساع، ضریب كاهش مقاومت خاک مي باشد.
