بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله به مدلسازي عددي نتایج حاصل ازآزمایشهاي تعیین ظرفیت باربري پی نواري سطحی واقع بر خاك ماسهاي غیراشباع - ماسهي فیروزکوه - 161، که بصورت استاتیکی بارگذاري شده، با استفاده از نرمافزار Geo-Studio 2007، پرداخته شده و اثر تغییرات سطح آب بر ظرفیت باربري، و همچنین تغییرات در برخی از پارامترهاي مورد استفاده در تحلیلها نظیر مدول الاستیسیته، چسبندگی ظاهري بر نتایج حاصل از آنالیز، بررسی شده است.
سپس با به دست آوردن روند تغییرات ظرفیت باربري پی بر حسب نشست اعمال شده در طول بارگذاري، نتایج حاصل از آنالیز با نتایج اندازهگیري شده در آزمایشگاه مقایسه شد. نتایج نشان میدهد که وجود مکش بافتی در خاك غیرا شباع، اثرات قابل توجهی بر ظرفیت باربري پی نواري واقع بر اینگونه خاكها دارد. در واقع غیرا شباع بودن خاك و منظور کردن مدول الا ستی سیته و چسبندگی مربوط به شرایط غیراشباع، تأثیر قابل ملاحظهاي بر رفتار خاك ماسهاي واقع در زیر پی دارد. نتایج نشان میدهد که تا عمق معینی از سطح آب، با افزایش مدول الاستیسیته ناشی از افزایش مکش بافتی، ظرفیت باربري پی افزایش مییابد، لیکن بعد از آن با وجود افزایش در مکش بافتی ظرفیت باربري پی کاهش مییابد.
.1 مقدمه
زیرساختهاي ژئوتکنیکی از قبیل پیها، روسازي جادهها، سدهاي خاکی، دیوارهاي حائل، ترانشهها و شیروانیها اغلب بر پایه روشهاي مرسوم در مکانیک خاكهاي اشباع طراحی میشوند؛ در حالی که ممکن است خاكهاي غیراشباع در این زیرساختها به خصوص در نواحی خشک یا نیمه خشک وجود داشته باشند. تغییرات فشار آب حفرهاي منفی - مکش بافتی - در خاك غیراشباع به طور قابل ملاحظهاي بر رفتار مکانیکی این زیرساختها اثر میگذارد. نادیده گرفتن سهم مکش بافتی در مقاومت برشی خاكها و فرض کردن شرایط اشباع براي خاك ممکن است باعث طراحی بیشینه توسط مهندس ژئوتکنیک شود.
استینسن و همکاران - 1987 - ظرفیت باربري دو ماسه متفاوت در شرایط اشباع و غیراشباع در زیر یک پی سطحی را مطالعه کردند و ف شار موئینه در زیر پیها را بو سیله اندازهگیريهاي در محل - با تن سیومتر - و اندازهگیريهاي آزمای شگاهی منحنیهاي موئینه، بد ست آوردند. آنها مشاهده کردند که ظرفیت باربري اندازهگیري شده براي ماسه غیراشباع 4 تا 6 برابر بزرگتر از ظرفیت باربري اشباع همان ماسهها است.[11]
کاستا و همکاران - 2003 - مطالعاتی براي یافتن اثر مکش بافتی بر نتایج آزمایش بارگذاري صفحه انجام دادند. در طول آزمایش مکش بافتی بوسیله تنسیومتري که در کف چاه آزمایش نصب شده بود ثبت گردید. نتایج آزمایش نشان داد که مقدار کمی افزایش مکش بافتی منجر به افزایش قابل توجهی در ظرفیت باربري سیستم خاك- صفحه میشود. همچنین مشاهده شد که تغییرات مکش بافتی، اثر قابل ملاحظهاي بر نشست، مخصوصاً براي مقادیر بالاي سربار وارد بر صفحه دارد و نشست به صورت غیرخطی با افزایش مکش بافتی کاهش مییابد.[7]
ونپالی و محمد - 2006 - آزمایشهاي مدل پی را در تانک ظرفیت باربري انجام دادند. ارتباط بین تنش اعمالی و نشست از نتایج آزمایشگاهی یک پی مربعی نشان داد هنگامی که مکش بافتی در نمونه متراکم شده بین مقادیر مشخصی تغییر میکند، ظرفیت باربري پی مدل به میزان قابل ملاحظهاي افزایش مییابد. - خاك درشتدانه - [8] نیکونژاد و امام - 1392 - آزمایشهاي مدلسازي پی با ابعاد 2/5 × 5 × 30 cm3 روي ماسه فیروزکوه 161 - ریزدانه بددانهبندي شده - واقع در محفظهاي با ارتفاع 1 متر که ارتفاع ماسه در آن به 65 cm میرسید، در هر دو شرایط اشباع و غیراشباع انجام و ظرفیت باربري را در محدوده مکش بافتی 0 تا 6 کیلوپاسکال تعیین نمودند.[12] نتایج آزمایش بارگذاري نیز در شکل 1 نشان داده شده است .
با فاصله گرفتن سطح آب از سطح خاك - یعنی خارج شدن خاك از حالت اشباع کامل - میزان باربري خاك افزایش مییابد که این موضوع را میتوان به کاهش مقدار رطوبت متعاقباًو افزایش مقدار مکش بافتی خاك نسبت داد. با این حال دیده میشود که این افزایش باربري تا مقدار مشخصی از پایین رفتن سطح آب ادامه دارد و از آن به بعد، مقدار این افزایش باربري روند صعودي ندارد، که این قضیه را میتوان به کاهش بیش از حد رطوبت خاك و از بین رفتن چسبندگی ظاهري بین ذرات نسبت داد.
در این مطالعات ظرفیت باربري نمونههاي آزمایش شده در حالت غیراشباع 3 تا 7 برابر ظرفیت باربري همان نمونه در حالت اشباع به دست آمد. در این مقاله به مدلسازي عددي نتایج حاصل از آزمایشات نیکونژاد و امام با شرایط یکسان خاك و پی در نرمافزار Geo-Studio2007 و همچنین اثر تغییرات برخی از پارامترهاي مورد استفاده در تحلیلها و مقایسه با نتایج حاصل از آنالیز عددي پرداخته میشود.
.2 تشریح مسئله
خاك مدل شده در این مقاله، ماسه فیرزوکوه 161 است که طبق استاندارد USCS در رده ماسه ریزدانه بد دانهبندي شده - SP - قرار میگیرد. آنالیزها با استفاده از بخش Sigma/W انجام و براي بدست آوردن رفتار تنش- نشست از مدل الاستو-پلاستیک کامل و در بخش آنالیز درجا براي به دست آوردن تنشها از مدل الاستیک خطی استفاده شد.
2.1 تخمین پارامترهاي خاك جهت مدلسازي در Sigma/W
طبق بررسیهاي آزمایشگاهی انجام گرفته توسط محققین گذشته مشخص شد که مقدار مکش بافتی - اندازهگیري شده در حین بارگذاري با استفاده از تنسیومتر - در زیر مدل پی و در حین بارگذاري تغییر نمیکند. در نتیجه در تحقیق حاضر مقدار مکش بافتی در حین بارگذاري برابر با مقدارش در انتهاي بارگذاري در نظر گرفته شده است. همچنین به علت مدت زمان کوتاه بارگذاري از تغییر حجم نمونه، به علت غیراشباع شدن، در آنالیزها صرفنظر شده است.
2.1.1 تخمین منحنی نگهداشت آب با استفاده از Sigma/W
منحنی نگهداشت آب، به توزیع اندازه منفذ خاك مربوط است که توزیع اندازه منفذ به دانهبندي و تخلخل خاك ربط دارد. یکی از قابلیتهاي بخش Sigma/W، تخمین منحنی نگهداشت آب، با استفاده از روش پیشنهادي آبرتین و همکارانش - 2003 - است. در واقع این روش با استفاده از پارامترهاي دانهبندي D10 - و - D60 و تخلخل - n - نمونه ماسه مورد استفاده، درصد رطوبت حجمی ماسه در حالت اشباع و با انتخاب محدوده مناسب براي مکش بافتی، منحنی نگهداشت آب را تخمین میزند. شکل 2 نشان دهنده نحوه تخمین منحنی نگهداشت آب توسط نرمافزار میباشد.[6]
1.2.2 تعیین مقدار مکش بافتی با استفاده از Seep/W
در این قسمت با تعریف شرایط تراوش ثابت و مدلسازي نمونه که در بخشهاي بعدي توضیح داده خواهد شد، میتوان مقادیر فشار حفرهاي - هد کل،ف شار آب حفرهاي و... - ، جریان آب - اندازه سرعت، گرادیان هیدرولیکی در را ستاي مورد نظر و... - ، در صد رطوبت حجمی - w - و به دنبال آن مکش بافتی را با ا ستفاده از منحنی نگهدا شت آب، به د ست آورد. در جدول 1 مقادیر متو سط مکش بافتی در سطح ترازهاي مختلف آب آورده شده ا ست.
