بخشی از مقاله
چکیده
روانگرایی در علم ژئوتکنیک یکی از مهمترین مسایلی است که می بایست به بحث در مورد آن پرداخته شود. در همین راستا با توجه به اهمیت موضوع و مطالعه موضوعات روانگرایی به بررسی موردی روانگرایی در یک محیط 20*7 *7 متر پرداخته شد که درون این خاک شمعی به عمق 14 متر و با طول موثر 12 متر و 2 متر بیرون زدگی قرار داده شده است. در این راستا از خاک ماسه نوادا با دانستیته نسبی 40 در صد استفاده گردیده است که مدل ساخته شده مدل کوچک شده در آزمایش اصلی velacs می باشد. از اینرو نشست در دو حالت استاتیکی و دینامیکی تحت اثر بار 150 تن بررسی گردید که نشست دینامیکی با توجه به اعمال زلزله طبس از 2 تا 7 سانتیمتر و نشست در حالت استاتیکی تحت وزن شمع و اعمال نیرو به خاک در حدود 1 میلی متر می باشد. ظرفیت باربری شمع مقدار 600تن بود که برای این آزمایش مقدار 0,25 نیروی وارده بر شمع اعمال گردید.
-1 مقدمه
روانگرائی یکی از مهمترین عناوین مهندسی ژئوتکنیک لرزه ای می باشد . هنگامی که دو زلزله در آلاسکا4 در سال1964 و نیگاتا 5 ژاپن در سال 1964 رخ داد، در هر دو زلزله نمونه های جالبی از خرابی ناشی از زلزله مانند گسیختگی شیب ها، گسیختگی شالوده و پل ها æ شناوری سازه های مدفون بر اثر روان شدن خاک بستر اتفاق افتاد. همچنین زلزله در منجیل ایران در سال1990 نیز خرابی های زیادی که ناشی از روانگرائی بوده مشاهده شده است. پس از این زلزله ها روانگرایی توسط محققان بررسی و مطالعه شده است. زلزله نیگاتا ژاپن در سال 1964 را می توان نمادی از اولین رخداد در جهان دانست که سبب ویرانی زیر ساخت های مدرن گردید که بعدها بنام پدیده روانگرائی مطرح شد.
یکی از روشهای کاهش خطر روانگرائی از طریق طراحی سازه ای و استفاده از پی های عمیق - شمع - æ عبور از لایه روانگرا و اتکا به خاک و یا سنگ مناسب می باشد. برای طرح سازه ای مقاوم در برابر روانگرایی باید تغییر فرم و جابجایی خاک را در هنگام وقوع این پدیده در نظر گرفت. در طول زلزله، شمع مستعد هرگونه آسیب ناشی از شکاف های جدی و یا حتی ترک می باشند. زمانی که سر شمع به داخل کلاهک گیردار باشد روانگرایی منجر به افزایش قابل توجه مکان و حداکثر لنگر در سر شمع نسبت به حالت غیر روانگرا می شود.
خرابی یک شمع در زیر ساختمان در نیگاتا به سبب تغییرمکان زمین در حدود 2 متر در شکل 1 نشان داده شده است. این خرابی در مرز بین لایه خاک روانگرا شده و روانگرا نشده رخ داده است. همچنین برش کامل یک شمع قرار گرفته زیر مخزن نزدیک شهر کوبه به سبب تغییر مکان زمین در حدود 1,5 متر در زلزله در سال 1995 کوبه در شکل 2 مشاهده می شود. وظیفه این شمع ها کنترل نشست بوده و تنها برای تحمل بارهای قائم طراحی شده بودند و نتوانستند لنگرها و برش های ناشی از تکان شدید لرزه ای را تحمل کنند.
-2 پیشینه تحقیق
Carvajal و همکاران نشان دادند که محتوای فرکانسی می تواند بر رفتار دینامیکی شمع تحت بارهای لرزه ای تأثیر بگذارد. نتایج آزمایشگاهی Tang و Ling نشان دادند کاهش فرکانس و افزایش دامنه ارتعاشات زلزله موجب افزایش ممان خمشی و افزایش سرعت بالا رفتن فشار آب حفره ای می شود. آیین نامه های مختلفی مانند×NEHRP 2000×،Euro Code 8 و JRA 1997 و JRA 2002 در همین راستا تدوین و روز به روز کامل تر و جامع تر شدند . Bhattacharya با بررسی 14 مورد عملی و انجام آزمایشات سانتریفیوژ، دو مکانیسم خرابی شمع ها را مورد بررسی قرار داد و به این نتیجه رسید که شمع ها با مقطع لاغر قبل از گسترش جانبی خاک و اعمال نیروی جانبی دچار ناپایداری کمانشی شده اند. همچنین ایشان نشان داد طول شمع، قطر شمع و مقاوت مصالح شمع می تواند بر مکانسیم خرابی شمع تأثیر بگذارد. در این مقاله نشست تک شمع در خاک روانگرا با استفاده از نرم افزار انجام شده است که در بخش های بعدی به معرفی نرم افزار و مطالعات انجام شده و نتایج بدست آمده، پرداخته می شود.
-3 معرفی نرم افزار FLAC 3D
نرمافزار FLAC 3D ساخت شرکت آیتسکا1 برای مدلسازی در محیط پیوسته به کار میرود. از مزایای سه بعدی بودن این برنامه میتوان به چرخش، تحلیل از زوایای گوناگون و تعیین دقیق تنشها اشاره کرد. 40 دستور عمده و حدود 400 دستور اصلاحشده - کلمه کلیدی - 2 توسط FLAC 3D قابلشناسایی است. این نرمافزار تحت سیستم عامل ویندوز3 اجرا شده و از قابلیت گرافیکی بالایی برخوردار است. اما قیمت بالا باعث محدودیت استفاده از آن در مقابل FLAC 2D شده است. ساخت محیط دستوری قابلیت FLAC 3D را برای آنالیزهای مهندسی افزایش میدهد.
این برنامه یک برنامه تفاضلات محدود صریح است که بر پایه تحلیل لاگرانژی عمل میکند و محیط های غی ر خطی - برای هرشکل دلخواه - را بر اساس روشی که اغلب به نام روش حجم محدود شناخته می شود شبیه سازی می کند. یکی از توانایی های مهم FLAC که آن را از سایر نرم افزارهای ژئوتکنیکی متمایز کرده است، وجو د مدل رفتاری با نام فین جهت مدلسازی پدیده روانگرایی است. Byrne در سال 1991 رابطه ای ارائه نمود که بر اساس آن کرنش حجمی ماندگار و فشار آب حفره ای در طول بارگذاری سیکلیک محاسبه می شود. رابطه فوق به این شرح است. که در آن برابر با کاهش حجم توده خاک - افزایش کرنش حجمی - ، کرنش برشی، کرنش حجمی تجمعی و ، ، و ااعداد ثابتی هستند که به چگالی نسبی ماسه بستگی دارد.
