بخشی از مقاله
خلاصه
استفاده از ستونهاي سنگریزهاي کوبشی یکی از روشهاي ساده، سریع و اقتصادي براي بهسازي خاكهاي سست و نامناسب به شمار میرود که در دو دهه اخیر رواج یافته است. در این روش در خاك مورد نظر ابتدا حفره هایی در زیر شالوده حفر میگردد. سپس مصالح سنگریز مناسب در لایههایی با ضخامت حدود 30 سانتیمتر در داخل حفره ریخته شده و هر لایه توسط ضربات یک چکش کاملاً متراکم میگردد. اهداف اصلی اجراي این روش افزایش سختی خاك و افزایش نرخ تحکیم خاكهاي اطراف با توجه به نفوذپذیري بالاي مصالح سنگریزه اي است.
با توجه به سادگی، این روش با امکانات موجود در کشور قابل اجرا میباشد. به دلیل قدمت کم این روش از یک طرف و پیچیدگی مکانیزم انتقال تنش به خاك در این روش از طرف دیگر، تاکنون مطالعات کمی در زمینه تعیین ظرفیت باربري آنها با مدلسازي عددي صورت گرفته است. در این مقاله با استفاده از فرض تقارن محوري براي یک ستون سنگریزه اي تکی، مدلسازي به صورت دو بعدي صورت گرفته است.
به دلیل نفوذپذیري بالاي مصالح سنگریزه اي تحلیلها به صورت زهکشی شده و به منظور مدلسازي فرآیند ساخت بر اساس نتایج تجربی ، ابتدا جابجایی به صورت جانبی - انبساط جانبی - بر خاك اطراف ستون و به صورت قائم بر خاك زیر ستون اعمال شد. براي مدلسازي رفتار مصالح ستون، از مدل رفتاري الاستوپلاستیک سخت شونده کلاهکدار، و همچنین براي خاك مورد بهسازي از مدل کم_کلی اصلاح شده استفاده شده است. نتایج حاصل از این مدلسازي با نتایج آزمونهاي صحرایی مقایسه شده است که تطابق خوبی براي میزان نشست و ظرفیت باربري نشان می دهد.
.1 مقدمه
در سال هاي اخیر، ستون هاي سنگریزه اي کوبشی3 به طور فزاینده اي به صورت تک و یا ﮔﺮوﻫﯽ به عنوان یک راه حل موثر اقتصادي براي بهسازي خاکهاي نرم قبل از ساخت شالوده ها، خاکریز ها و ... استفاده شده اند. یک RAP معمولا با حفر یک گودال تا عمق مورد نظر، خاکریزي و تراکم لایه هاي نازك متوالی نصب شده - حدود 30 سانتی متر در هر لایه - از سنگهاي خرد شده، با استفاده از یک چکش هیدرولیکی با انرژي بالا، نصب می شود. این نیروهاي تراکمی سنگریزه ها را رو به پایین و رو به بیرون از حفره حرکت می دهد، به طوري که خاك اطراف متراکم و پیش تنیده می شود و در نتیجه تنش هاي افقی در خاك را افزایش می دهد
اغلب مطالعات صورت گرفته تا کنون بر روي ظرفیت باربري و نشست سیستم ستون ها بعد از نصب ستون، متمرکز شده است و اثرات نصب کمتر در نظر گرفته شده است. علاوه بر این، مطالعات محدودي بر روي اندرکنش بین RAP و خاك اطر اف آن انجام گرفته است Pham .[1] و - 2007 - White، دشت آرا - 2008 - و شرفی نیا - - 2006 از مدل خاك سخت شونده در نرم افزار PLAXISبراي خاك مورد بهسازي و مصالح سنگریزه اي استفاده کردند .[2,3,4] در حالیکه در تحقیق Chen و همکاران - 2009 - از مدل کم کلی اصلاح شده و مورکولمب در نرم افزار FLAC ، به ترتیب براي خاك مورد بهسازي و مصالح سنگریزه اي استفاده شد
.2 مدل سازي عددي
با توجه به تاثیر کوبش مصالح بر عملکرد ستون سنگریزه اي و مکانیزم پیچیده انتقال تنش میان شالوده سطحی، ستون سنگریزه اي و خاك پس از بارگذاري، استفاده از روابط تئوریک براي محاسبه ظرفیت باربري و نشست پی متکی بر ستون سنگریزه اي، تطابق مناسبی با نتایج آزمایشات بارگذاري واقعی ندارد .
در این شرایط استفاده از مدلسازي عددي با در نظر گرفتن مراحل ساخت ستون منجر به تحلیل دقیق تري از رفتار این شالوده ها می شود. در این مقاله، مدل سازي عددي ساخت و روش کرنش-کنترل انجام شده بر روي ستون سنگریزه اي کوبشی و غیر کوبشی تکی با استفاده از نرم افزار اجزاي محدود PLAXIS 2D به صورت تقارن محوري1 انجام شده است . روش عددي با مقایسه ظرفیت باربري و نشست محاسبه شده با مقدار اندازه گیري شده در سایت ، صحت سنجی شده است. یک ستون سنگریزه غیر کوبشی2 با همان قطر و طول براي نشان دادن اثر نصب وساخت - به عبارت دیگر، انبساط حفره - مدلسازي و تحلیل شد.
همچنین مطالعات پارامتریک براي بررسی اثر طولها و قطر هاي مختلف ستون سنگریزه اي و نحوه ساخت ستون سنگریزه اي - کوبشی و غیر کوبشی - بر روي رفتار ستون هاي سنگریزه اي انجام شده است. در این مدلسازي عددي براي ایجاد تنش هاي اولیه در خاك از فرآیند K0 استفاده شد، که درآن تنش هاي افقی برجا، به صورت نتیجه اي از تنش هاي موثر قائم و K0 از پیش تعریف شده، محاسبه شدند.
براي خاك رس نرم آبرفتی K0 برابر 1-Sinφ" فرض شد، در حالیکه براي خاك خشک دستی K0=1 اختصاص داده شد. شرایط مرزي بدین صورت است که کف مدل به صورت تکیه گاه ثابت و در مرزهاي جانبی مطابق شکل 1 به صورت غلطکی می باشد. محل تراز آب زیرزمینی، در 2 متري زیر سطح زمین و به دلیل نفوذپذیري بالاي مصالح سنگریزه اي، تحلیلها به صورت زهکشی شده در نظر گرفته شد
فرآیند ساخت RAP با غیر فعال کردن المان RAP و به طور همزمان اعمال جابجایی یکنواخت %5 قطر اسمی ستون به سمت خارج جداره گمانه در امتداد محور ستون و جابجایی یکنواخت %10 قطر اسمی ستون به سمت پایین در انتهاي حفره، مدلسازي شد .[6,7] سپس حفره انبساط یافته با لایه هایی از سنگریزه و یا شن فشرده شده پرشده و بر بالاي سیستم ستون- خاك یک شالوده بتنی مسلح قرار گرفت.
در این تحقیق براي بررسی اثر کوبش در بهسازي خاك و ظرفیت باربري پی، عملکرد ستون RAP با UAP مقایسه شد . براي مدلسازي ستون غیر کوبشی، به جز در اعمال جابجایی یکنواخت افقی و قائم، مشابه RAP عمل می کنیم. المان Interface با ضریب کاهش مقاومت 0/5 در امتداد سطح تماس قائم خاك_شالوده براي مدل کردن شرایط واقعی تماس ﺑﯿﻦ شالود ه و خاك خشک دستی معرفی شد. از المان هاي جامد نازك پیوسته3 داراي پارامترهاي مقاومت برشی موثر همان خاك میزبان در امتداد سطح تماس ستون_ خاك به جاي المان هاي اینترفیس استفاده شده است .
مدل عددي دوبعدي همانطور که در شکل1 نشان داده شده است، داراي عرض 8 متر و ارتفاع 14 متر است.
شکل .1 هندسه و ابعاد مدل - میلی متر -
.1 .2 مدل هاي رفتاري و مشخصات مصالح
در این مطالعه براي خاك مورد بهسازي از مدل کم- کلی اصلاح شده و براي مصالح ستون سنگریزه اي از مدل خاك سخت شونده استفاده شد. دلیل استفاده از مدل کم کلی اصلاح شده،کاربرد گسترده این مدل براي مدلسازي خاك رس می باشد .
پی بتنی به ضخامت 0/46 و قطر 1/292 متر در بالاي ستون سنگریزه اي به عنوان یک جسم صلب با رفتار الاستیک خطی با مدول بالک 14/2 گیگا پاسکال و مدول برشی 13 گیگا پاسکال مدل شد .خلاصه اي از خصوصیات ژئوتکنیکی مصالح ستون سنگریزه اي، خاك رس نرم آبرفتی و خاك خشک دستی در جدول 1 ارائه شده است. جدول 2 پارامترهاي مدل خاك سخت شونده براي مصالح سنگریزه اي ستون را که با استفاده از جدول 1 و نتایج آزمایش سه محوري به دست آمده، نشان می دهد .
در جدول 3 پارامترهاي مدل کم- کلی اصلاح شده براي خاك مورد بهسازي بر اساس جدول 1 و نتایج آزمون هاي آزمایشگاهی ارائه شده است .
جدول .1 خلاصه اي از خصوصیات ژئوتکنیکی مصالح سنگریزه اي ستون، خاك رس آبرفتی وخاك خشک دستی
جدول .2 پارامترهاي مدل HS براي مصالح شنی ستون سنگریزه اي
جدول .3 پارامترهاي مدل MCC براي خاك خشک دستی و خاك رس نرم آبرفتی
.2 .2 بررسی صحت نتایج مدلسازي
به منظور صحت سنجی، نتایج آزمایشات صحرایی انجام شده با نتایج مدلسازي مورد مقایسه قرار گرفت. بررسی نتایج شامل مقایسهي نتایج آزمایشات بارگذاري در خاك ناحیهي Neola در منطقهي Iowa، ایالات متحده بر روي ستونی به طول 5/1 متر میباشد .[6] در شکل 2 نتایج آزمایش بارگذاري و نتایج آنالیز عددي، براي ستونی به طول 5/1 متر در دو نقطهي بالاي ستون - top - و در انتهاي ستون - tip - ، براي مدل رفتاري کم کلی اصلاح شده مقایسه شده است، که تطابق خوبی بین تحلیل عددي و نتایج میدانی مشاهد می شود.
