بخشی از مقاله
چکیده
تکنیک خاک مسلح به طور گسترده در ساخت دیوارهای حائل و خاکریز پیها بکار گرفته شده است. برتری ژئوسنتتیک ها نسبت به سایر مسلحکنندهها، امروزه دیوارهای خاک مسلح ژئوسنتتیکی را به عنوان یکی از گزینههای مهم در طراحی دیوارهای حائل مطرح کرده است. طراحی دیوارهای خاک مسلح ژئوسنتتیکی به صورت مرسوم با استفاده از تحلیلهای ساده شده و کلاسیک یا روشهای تجربی صورت میگیرد. متاسفانه کاربرد این روشها میتواند به تخمین های متفاوتی از پارامترهای عمده طراحی منجر گردد.
در این تحقیق رفتار دیوارهای خاک مسلح ژئوسنتتیکی به کمک روش اجزاء محدود و با استفاده از نرمافزار دو بعدی پلکسیس مورد بررسی قرار میگیرد. مدل عددی، پانل را با المان تیر، لایههای تسلیح را با المان ژئوگرید و سطح تماس خاک - سازه را با المان فصل مشترک شبیهسازی میکند.
همچنین مدل خاک استفاده شده، مدل پلاستیک موهر- کولمب می-باشد و دیوار به صورت ساخت مرحلهای شبیهسازی میشود. سپس مدلهای عددی با استفاده از نتایج مدل ابزارگذاری شده یا مدل آزمایشگاهی، کالیبره گردیده و توانایی نرمافزار پلکسیس را در پیشبینی جابجایی دیوار، تغییرشکل روکش و نیروی کششی مسلحکننده در لایههای تسلیح ارزیابی میکند. در نهایت یکی از مدلها انتخاب گردیده و بر روی آن مطالعه پارامتریک انجام میشود، که طی آن تاثیر فاکتورهایی نظیر: مشخصات خاک، نوع مشبندی و نیز از لحاظ سختی، طول، فاصله و تعداد مسلح کننده ها بر روی رفتار دیوار خاک مسلح بررسی میشود.
مقدمه
خاک مسلحمصالح نسبتاً جدیدی است که براساس مفهوم تقویت خاک شکل گرفته و از ترکیب خاک و مسلح کنندهها به وجود میآید. مشارکت این اجزاء، مصالح ویژهای را ایجاد مینماید که امکان ساخت سازههای مقاوم و اقتصادی را فراهم نموده که دارای خواص کاملاً متفاوت با خواص اجزای تشکیل دهنده آن میباشد. خاک مسلح یکی از مصالح ساختمانی است که از یک نوع خاک و اجزای مقاوم در مقابل کشش - مسلح کننده - تشکیل شده است. مسلح کنندهها اغلب شامل نوارهای فلزی و صفحات یا شبکه های ژئوسنتتیک میباشند.
ژئوسنتتیک ها یا پارچه های مرکب مصنوعی موادی از مشتقات نفت میباشند که در سالهای اخیر به رفع مشکلات پروژه های عمرانی شتافتهاند. کاربرد فراوان این محصولات در شاخه های مختلف علوم مهندسی منجر به رشد روز افزون آنها در سراسر دنیا و به تبع آن در ایران گردیده است. ابداع روش مدرن خاک مسلح توسط معمار فرانسوی هانری وایدال در اوایل دهه 1960 نقطه شروعی برای ابداع روشهای مختلف و متعدد دیگر بوده است.
وایدال این مصالح جدید را خاک مسلح نامگذاری نمود. وایدال در طی سالهای 1966 تا 1969 توانست روش خاک مسلح را تا مرحلهای توسعه دهد که از نظر اقتصادی بتوان آن را در سازههای مهندسی بزرگ بکار برد امروزه دیوارهای خاک مسلح ژئوسنتتیکی نسبت به دیوارهای حائل متداول مورد استقبال مهندسین قرار گرفته است. در اینجا برخی از مطالعات عددی و آزمایشگاهی که بر روی دیوارهای خاک مسلح توسط محققین انجام شده است، آورده میشود.
در سال 2004 مطالعهای بر روی دیوار حائل قطعهای مسلح شده با ژئوسنتتیک انجام دادند. بدین منظور یک دیوار حائل قطعهای مسلح شده با ژئوسنتتیک تمام مقیاس با وضعیت لایهای به ارتفاع 5/6 متر ساخته شد. این دیوار برای بررسی رفتار مکانیکی و جمعآوری دادههای مناسب ابزارگذاری گردید
در سال 2005 مقایسهای را بر روی رفتار پوسته دیوارهای خاکی مسلح ارائه کردند. انعطاف پذیری در هنگام ساخت با توجه به شرایط بارگذاری و شرایط تکیهگاهی منجر به پیشرفتهایی در نوع رفتار پوسته دیوار شد
در سال 2004 مطالعهای بر روی دیوارهای حائل قطعهای با فضای مسلح شده محدود انجام دادند
در سال 1989 مطالعاتی بر روی مدلهای آزمایشگاهی به منظور بررسی عملکرد، رفتار و مکانیسم گسیختگی دیوار خاک مسلح با بکار بردن عناصر تسلیح از جنسهای مختلف از جمله نوارهای پلیاستر ژئوتکستایل بافته شده، شبکههای پلاستیکی و نوارهای ژئوتکستایل بافته نشده انجام دادند
در سال 2000 به منظور بررسی عملکرد و طراحی سازههای خاک مسلح با ژئوسنتتیک، چهار دیوار خاک مسلح به ارتفاع 3,6 m، عرض 3,4 m و شیب خارجی 82 با به کار بردن تسلیح یکسان از نوع ژئوسنتتیک در آزمایشگاه ساختند
نمونهای از آزمایش بر روی دیوار خاک مسلح با ژئوگرید در سانتریفوژ، در سال 1994 انجام گرفته است . آنها دو مدل دیوار خاک مسلح کاهش مقیاس یافته به ارتفاع 50,8 cm و پهنای 61 cm و طول 112 cm واقع برفونداسیونی ماسهای به ضخامت 7,62 cm و با 8 لایه تسلیح از نوع ژئوگرید ساختند. نمونهای دیگر از آزمایش بر روی دیوار خاک مسلح با ژئوتکستایل در سانتریفوژ، در سال 1996 انجام گرفته است
در سال 2006 بررسیهای آزمایشگاهی بر روی مدل دیوارهای حائل مسلح با مطالعه بر حرکات جانبی دیوارها و نوع مدهای گسیختگی انجام دادند. آزمایشات دیوار خاکی هم با خاکریز مسلح و هم بدون آن انجام شدند. دو نوع شرایط بارگذاری شامل بار خطی و سربار یکنواخت استفاده گردید
Hazra . محققین در سال 1388 رفتار دیوار خاک مسلح شده با ژئوگرید با منطقه خاکریز محدود را بررسی کردند همچنین در سال 1389 به ارائه مقایسه مابین نتایج آزمایشگاهی موجود و نتایج حاصل از تحلیلهای عددی دیوار خاک مسلح شده با ژئوگرید پرداختند
روش تحقیق
در این مقاله رفتار دیوارهای خاک مسلح ژئوسنتتیکی به کمک روش اجزاء محدود و با استفاده از نرمافزار دو بعدی Plaxis مورد بررسی قرار میگیرد. بدین منظور در مطالعه انجام شده پنج مدل از دیوارهای خاک مسلح ژئوسنتتیکی که نتایج مربوط به ابزارگذاری یا آزمایشگاهی آنها در دسترس بود، انتخاب گردیدند تا با استفاده از نرمافزار Plaxis مدلسازی شوند. این 5 مدل عبارتند از:
➢ مدلسازی دیوار ساخته شده توسط اداره کل بزرگراههای امریکا
➢ مدلسازی دیوار ساخته شده در کالیفرنیا
➢ مدلسازی دیوار ساخته شده در موسسه تحقیقاتی ژاپن
➢ مدلسازی دیوار ساخته شده در آزمایشگاه دانشگاه شانگهای چین
➢ مدلسازی دیوار ساخته شده در مرکز مطالعات بمبئی هند
شکل -1 مدل دیوار ساخته شده توسط FHWA
