بخشی از مقاله
خلاصه
اکثر تئوري هاي کلاسیک به تعیین ظرفیت باربري پی هاي سطحی با فرض همگن و تک لایه بودن خاك می پردازند ، درصورتی که در پروژه ها با خاکهاي چند لایه مواجهه می شویم. در این مقاله به بررسی عددي آزمایش بارگذاري صفحه با نرم افزار ABAQUS در خاکهاي دو لایه در حالت بارگذاري محوري پرداخته شده است، و سپس به مقایسه نتایج حاصل از ظرفیت باربري بدست آمده از روابط عددي و آزمایشگاهی با روابط کلاسیک پرداخته می شود. با توجه به اختلاف بین نتایج آزمایشگاهی و عددي با روابط کلاسیک می توان به این نکته اشاره کرد که ضرایب بکار رفته در محاسبه ظرفیت باربري پی هاي سطحی در تئوریهاي کلاسیک در خاکهاي چند لایه، نیاز به اصلاح دارد و همچنین در ادامه به تعیین رابطه اي براي تخمین ظرفیت باربري پی هاي سطحی در خاکهاي دو لایه پرداخته می شود.
.1 مقدمه
در روابط کلاسیک که بمنظور تعیین ظرفیت باربري پی هاي سطحی وجود دارند. مفروضاتی از قبیل همگن در نظر گرفتن محیط خاك وجود دارند، و این در حالی است که این شرایط براي خاك در اکثر پروژه هاي عملی وجود ندارد. رابطه ترزاقی [1] از جمله روابط کلاسیک در تعیین ظرفیت باربري می باشند که معادله آن در رابطه 1 آورده شده است، که در آن B عرض فونداسیون و D عمق مدفون پی و وزن مخصوص خاك و - - C چسبندگی موثر خاك و پارامترهاي N و Nq وN ضرایب ظرفیت باربري می باشند.
خاکها در طبیعت بیشتر به صورت لایه بندي شده وجود دارند و پارامترهاي مقاومت برشی در این خاکها نسبت به خاکهاي همگن متفاوت می باشد ولی اگر ضخامت لایه فوقانی به اندازه کافی بزرگ باشد می توان خاك را همگن فرض کرد و از روابط کلاسیک معمولی استفاده کرد. درصورتیکه ضخامت لایه فوقانی کم باشد فرض همگن در نظر گرفتن خاك صحیح نمی باشد
روشهاي مختلفی براي تخمین ظرفیت باربري در خاکهاي چند لایه وجود دارد . از جمله تحقیقات انجام گرفته در این زمینه می توان به روش میانگین گیري از پارامترهاي مقاومتی خاك - باولز - [1] ، روش تعادل حدي - بوتون [2]، مایرهوف - [3] ، روشهاي نیمه تجربی بر مبناي مطالعات آزمایشگاهی - برون و مایرهوف - [4] ، روشهاي عددي - گریفتین - [5] وروشهاي آنالیز دقیق - مریفلند - [6] اشاره کرد. تخمین ظرفیت باربري براي پی سطحی در خاکهاي چند لایه بستگی به نسبت ضخامت لایه فوقانی - H - به عرض فونداسیون - B - دارد. ضیایی و همکاران [7] به بررسی پی قرار گرفته بر روي خاك دو لایه ، متشکل از یک لایه رس و یک لایه ماسه متراکم پرداختند و اثر ابعاد پی و ضخامت لایه خاك بر روي نشست پی رینگی را مورد بررسی قرار دادند.
کیو [8] با استفاده از روش ANN و نوشتن رگرسیون چند متغییره در خاکهاي چسبنده لایه بندي شده ، با استفاده از روش مرز بالا و پایین و حل رگرسیون چند متغییره ، رابطه اي جهت پیش بینی ظرفیت باربري در خاکهاي چسبنده لایه بندي شده بدست آورد و سپس به مقایسه رابطه مذکور با روابط کلاسیک پرداخت در این تحقیق به بررسی ظرفیت باربري و نشست فونداسیونهاي سطحی تحت بار محوري که بر روي خاك دو لایه قرار گرفته است، می پردازیم. خاك دو لایه از یک لایه شن در قسمت فوقانی و یک لایه ماسه در قسمت تحتانی تشکیل شده است و همچنین ضخامت لایه شنی ، که فونداسیون بر روي آن قرار گرفته است، متغییر می باشد.
بمنظور اعتبار سنجی ، نتایج حاصل از مدل سازي عددي با مدل آزمایشگاهی مقایسه می گردد.[9] با توجه به روند مدلهاي آزمایشگاهی [9] ضخامت لایه فوقانی - شن - به ترتیب 0/5 ،5،1/1و2 برابر عرض پی در نظر گرفته می شود. در ابتدا نمودارهاي بار- نشست براي حالات مختلف خاك دو لایه تحت بار محوري ترسیم و سپس بر مبناي روابط کلاسیک و با انجام یک آنالیز برگشتی مقادیر N - اصلاح شده - بدست می آید و در نهایت براساس به توصیف یک رابطه کلی براي بدست آوردن ظرفیت باربري در خاکهاي دو لایه تحت بار محوري پرداخته می شود.
.2 مدل آزمایشگاهی
مدل آزمایشگاهی بررسی شده در این تحقیق مربوط به نتایج کار ورما [9] می باشد، که در آن آزمایش بارگذاري صفحه بر روي خاك دو لایه شنی و ماسه اي با ضخامتهاي متفاوت در محفظه اي فولادي انجام شده است. خاك دو لایه از یک لایه شن در قسمت فوقانی و یک لایه ماسه اي در قسمت تحتانی تشکیل شده است. محفظه و جعبه آزمایش داراي ابعادي به طول و عرض 2 متر و ارتفاعی برابر 1.5 متر می باشد.
شکل 1 محفظه آزمایش را نشان می دهد. ضخامت لایه شنی فوقانی در چهار حالت مختلف که عبارت است از 0/5 ،1 ،2/5،1 برابر عرض صفحه بارگذاري ، مورد بررسی قرار گرفته است. صفحه بارگذاري مربعی به طول 30 سانتی متر می باشد و بمنظور دست یابی به تراکم یکسان ، لایه هاي خاك به صورت سقوط آزاد از ارتفاع یک متري رها شده و این عمل تا رسیدن ضخامت هر لایه به 10 سانتی متر ادامه می یابد.
شکل :1 محفظه و جعبه آزمایش
.3 مدل اجزاي محدود
هندسه مدل و شبکه مش بندي شده در نرم افزار آباکوس ، در شکل 2 نشان داده شده است و همچنین مشخصات و پارامترهاي مقاومتی لایه هاي شن وماسه در جدول 1 مشخص گردیده است. در این تحقیق به منظور مطالعه رفتار غیر خطی خاك از مدل رفتاري دراگر- پراگر استفاده شده است. نتایج حاصل از مدل سازي عددي و مقایسه آن با نتایج آزمایشگاهی [9] در شکل 3 نشان داده شده است و انطباق مناسبی بین نتایج آزمایشگاهی و عددي مشاهده می شود .
شکل : 2 هندسه و شبکه مش بندي مدلسازي عددي
جدول : 1 مشخصات خاکهاي مورد استفاده در این تحقیق در مدل سازي عددي
