بخشی از مقاله
طراحی و احداث سازه هایی از قبیل ساختمان های کوتاه مرتبه، راه، راه آهن، نصب مخازن و ... بر روی بستر سست و همچنین تحکیم و بهسازی خاک بستر در مناطق شمال کشور یکی از مسائل چالش بر انگیز در مهندسی ژئوتکنیک به شمار می رود. به دلیل ظرفیت باربری و مقاومت پایین، نشست پذیری و تراکم زیاد در این خاکها، مشکلاتی در روند پایداری و نشست سازه ها محتمل است. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار Plaxis 3D Foundation و روش عددی اجزای محدود، به بررسی پارامتریک عوامل مؤثر بر نشست و ظرفیت باربری خاک بهسازی شدهی زیر پی گسترده با گروه ستون سنگی پرداخته شده است. رفتار خاک و ستون سنگی بر اساس مدل رفتاری موهر- کولمب و رفتار پی بر اساس مدل الاستیک در نظر گرفته شده است. در تحقیق حاضر، پارامترهای ثابت عبارتند از : جنس خاک، مصالح ستون سنگی و نوع آرایش ستونها و پارامترهای متغیر عباتند از : قطر، طول و فاصله ی بین ستون های سنگی. نتایج این تحقیق نشان داد که در بین پارامترهای طول، قطر و فاصله ی بین ستونهای سنگی، پارامتر فاصله ی بین ستونها عامل مؤثرتری در افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشست خاک است.
از جمله دلایل استفاده از ستون سنگی به عنوان گزینه ای جهت اصلاح خاک، افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشستپذیری می باشد. همچنین نفوذپذیری زیاد مصالح ستون های سنگی باعث می شود که ستون سنگی به عنوان زهکش قائم عمل کرده و زمان تحکیم کاهش پیدا کند. همچنین در هنگام بروز زلزله موجب زائل شدن سریع فشار آب حفره ای ایجاد شده در خاک شده و احتمال روانگرایی در خاکهای مستعد روانگرایی را کاهش می دهد. گویینف و همکاران - 2007 - اعلام کردند که سه شاخص اساسی در اصلاح خاک سست با ستون سنگی وجود دارد. اولین شاخص عبارت است از ایجاد ستونی با مصالح سخت تر - مانند سنگریزه، شن و غیره - در خاک .
شاخص دوم عبارت است از تراکم خاک های اطراف به علت احداث ستون سنگی و سومین شاخص عبارت است از عملکرد ستون سنگی به عنوان زهکش قائم. بنابراین احداث ستون سنگی تنها عمل تعویض خاک سست نمی باشد، بلکه ستون سنگی می تواند هم مشخصات مصالح و هم وضعیت تنش را در توده خاک دستخوش تغییر کند. ستون های سنگی برای اولین بار در فرانسه - 1830 - از ستون سنگی جهت اصلاح خاک استفاده شد. در آمریکا از ستون سنگی نخستین بار در سال 1972 در چندین پروژه به صورت محدود استفاده شد. اما در اروپا از سال 1950 بطور وسیعی از ستونهای سنگی جهت اصلاح خاک استفاده می شود . امروزه ستون های سنگی بیشتر در خاکهای ریزدانه - سیلت و رس - و خاکهای ماسه ای سست مورد استفاده قرار می گیرند . فلسفهی استفاده از ستون های سنگی، زیاد بودن مقاومت برشی مصالح و تأمین قید جانبی به وسیله ی خاک اطراف است. همچنین اجرای ستونهای سنگی باعث میشود که خاک های اطراف بتوانند سطوح بالاتری از تنش را تحمل کنند و مقاومت در برابر نشست، افزایش پیدا کند .
صحت سنجی عملکرد نرم افزار
در تحقیق حاضر، مدلسازی عددی ستون سنگی به روش اجزای محدود و با نرم افزار Plaxis 3D Foundation v1.6 انجام شده است. در مدلسازی ستون سنگی و خاک، رفتار مصالح مطابق با معیار موهر - کولمب و مدل رفتاری الاستو پلاستیک در نظر گرفته شده است. برای مش بندی از المان های 15 گره ای و با اندازه متوسط استفاده شده است. برای مشخص کردن اندرکنش ستون سنگی و خاک در فصل مشترک آنها، از المان سطح مشترک استفاده گردید و مقاومت فصل مشترک مصالح به صورت ضریبی از ویژگی های ژئوتکنیکی خاک اطراف در نظر گرفته شد. در این تحقیق این ضریب مطابق با راهنمای نرم افزار معادل 0/50 برای رس و 0/67 برای ماسه در نظر گرفته شده است .جهت صحت سنجی عملکرد نرمافزار Plaxis 3D Foundation و اطمینان از درستی نتایج این نرم افزار در زمینهی مدلسازی ستون سنگی از نتایج تحقیق Ambily و Gandhi در سال 2007 استفاده شده است . در این مطالعهی آزمایشگاهی، یک ستون سنگی با قطر 100 و طول 450 میلیمتر در حالت اتکایی در یک لایه خاک رس با سربار 60 کیلوپاسکال واقع شده است. جهت اعمال بار یکنواخت بر مدل نیز از یک لایه ماسه ای با ضخامت 30 میلیمتر بر روی سطح فوقانی مدل استفاده گردید. نمای شماتیک آزمایش انجام شده توسط Ambily و Gandhi در شکل - 1 - و مشخصات کامل خاک، ماسه و ستون سنگی در این تحقیق در جدول 1 ارائه گردیده است. با تحلیل مدل مورد نظر و بررسی نتایج بدست آمده، ظرفیت باربری ستون سنگی مدل شده با نتایج حاصل از مطالعهی آزمایشگاهیAmbily و Gandhi و همچنین تحلیل دو بعدی آنها با استفاده از نظریه ی سلول واحد مورد مقایسه قرار گرفت که این مقایسه در شکل 2 نشان داده شده است.
