بخشی از مقاله

چکیده :

محاسبه فشار جانبی خاك در حالت هاي محرك و مقاوم،یکی از مسائل پایداري کلاسیک در مکانیک خاك می باشد .با توجه به اهمیت تاثیر زلزله بر رفتار دیوار حائل محاسبه فشار جانبی در این حالت از اهمیت خاصی برخوردار است.. روش آنالیز حدي روشی کارآمد جهت محاسبه فشار جانبی خاك می باشد که به دو بخش آنالیز حد پائین وحد بالا تقسیم می شود.روش آنالیز حدبالا ازتساوي نرخ کار انجام شده با اتلاف انرژي درونی بهره می برد.

در این مقاله حد بالاي فشار جانبی محرك خاك در شرایط شبه استاتیکی مورد محاسبه قرار گرفته وتاثیر عواملی مانند زاویه اصطکاك خاك ودیوار،زاویه اصطکاك داخلی خاك،وزن مخصوص خاك ،شیب خاکریز،مقدار سربار وضریب چسبندگی خاك بر روي فشار مذکور بررسی شده ونتایج با روش مونونوبه- اوکابه مقایسه گردیده است .براي بهینه سازي تابع هدف مربوطه از نرم افزار برنامه نویسی MATLABاستفاده شده است.

نتایج حاصله حاکی از دقت مطلوب روش آنالیز حد بالاي پیشنهادي براي محاسبه فشار جانبی خاك در شرایط شبه استاتیکی می باشد.

-1مقدمه:

براي ارزیابی لرزه اي بیشتر مسائل ژئوتکنیکی، نظیر دیوار حائل، مهار هاي مدفون و ظرفیت باربري شالوده ها، دانستن فشار محرك خاك از اهمیت زیادي برخوردار است.تعیین فشار محرك خاك بر دیوار حائل براي طراحی مطمئن و ایمن تحت شرایط استاتیکی و لرزه اي ضروري می باشد. یک روش مرسوم براي ارزیابی تاثیر زلزله بر فشارجانبی خاك بر دیوار حائل روش شبه استاتیکی است.

اوکابه[1]و مونونوبه و ماتسو[2] مبانی یک تحلیل شبه استاتیکی براي محاسبه فشار لرزه اي خاك بر دیوار حائل را پایه ریزي کردند؛ که به روش M‐O معروف است.

ساران پراکاش [3] تحلیل مونونوبه- اوکابه را براي خاکریز چسبنده-اصطکاکی گسترش دادند. البته در این تحقیق ساران و پراکاش [3] فقط تاثیر ضریب شتاب افقی را بررسی کردند و از ضریب شتاب قائم زلزله صرف نظر نمودند.در روش تحلیلی انان فشار ناشی از وزن خاك و چسبندگی به طور مجزا و با سطوح گسیختگی متفاوت تعیین شده است.

این تحلیل توسط ساران و گوپتا [4] براي تعیین فشار محرك خاك بر دیوار حائل شیب دار،دقیقا با همان روش،توسعه داده شده است. ریچارد و شی [5] با استفاده از یک تحلیل الاستو پلاستیک و لحاظ کردن هر دوي ضرایب شتاب افقی و قائم ، نیروي محرك خاك را بر دیوار حائل با خاکریز چسبنده تعیین نمودند.

شوکلا و همکاران [6] نیروي محرك خاك در پشت دیوار حائل با خاکریز چسبنده-اصطکاکی را بر مبناي سطح لغزش کولمب و با استفاده از روش تعادل نیرو تعیین کردند.

چودهوري و نیمبالکار [7] و گوش[8]و[9] با استفاده از روش شبه دینامیکی فشار محرك لرزه اي خاك در پشت دیوار حائل را تعیین کردند؛ و تاثیر پارامتر هایی نظیر اندازه و فاز شتاب را در تحلیل نیروي محرك لرزه اي خاك وارد نمودند. تمامی مطالعات ذکر شده در بالا از قانون جریان مرتبط و معیارتسلیم موهر-کولمب پیروي می کنند.

شکل 1 منحنی بار –تغییر مکان دیوار در دو حالت مقاوم و محرك را نشان می دهد نقاط مشخص شده با  ،  ،   به ترتیب بیانگر نیروي دیوار در حالت سکون، مقاوم و محرك می باشد .همانگونه که گفته شد با بکارگیري تئوري هاي آنالیز حدي می توان حدود بار گسیختگی دیوار حائل - مقاوم و محرك - را بدست آورد.

شایان ذکر است اگر آنالیز حد پایین - یا روش مبتنی بر تنش - مورد استفاده قرار گیرد ،مقدار بدست آمده براي - Pدر حالت محرك و مقاوم - درون محدوده - قرار خواهد گرفت - یعنی اگر فشار محرك مد نظر باشد،مقدار بدست امده براي فشار گسیختگی محرك بیشتر از مقدار  ،و اگر حد پایین فشار گسیختگی مقاوم را با استفاده از تئوري حد پایین بدست اوریم،همواره مقداري کمتر از    خواهد داشت - .

همچنین اگر از روش هاي مبتنی بر سرعت سازگار - یا روش سینماتیکی - استفاده شود،مقدار بدست امده خارج ازمحدوده    -    قرار خواهد گرفت.

شکل-1منحنی بار-تغییر مکان دیوار حائل

همانگونه که در شکل 1 مشاهده میشود، در صورتی که نیروي وارد بر دیوار کمتر از نیروي مقاوم و یا بیشتر از نیروي محرك باشد گسیختگی پلاستیک به وقوع نمیپیوندد .از آنجایی که نتایج آنالیز حد بالا خارج از محدوده مابین فشار مقاوم و فشار محرك میباشد، میتوان نتیجه گرفت که براي یافتن نزدیکترین جواب به جواب دقیق باید به نحوي فشار محرك بدست امده را حداکثر و فشار مقاوم بدست امده را حداقل کرد که در این تحقیق براي حل بهینه مسئله فشار جانبی محرك خاك از تابع بهینه سازي fminconدر محیط برنامه نویسیMATLAB استفاده شده است.

2آنالیز حد بالا براي محاسبه فشارشبه استاتیکی محرك خاك:

در این بخش کاربرد آنالیز حد بالا با بکارگیري مکانیزم گسیختگی لگاریتم ساندویچی در تحلیل مسائل فشار محرك خاك در شرایط شبه استاتیکی ارائه شده است. مدل کلی در نظر گرفته شده براي محاسبه فشار محرك وارد بر دیواردر شکل2 نشان داده شده است.

شکل-2مکانیزم گسیختگی لگاریتم ساندویچی براي محاسبه فشار محرك در شرایط شبه استاتیکی

رابطه فشار جانبی محرك خاك در شرایط شبه استاتیکی بصورت ذیل می باشد:

در رابطه فوق   ، Kaq، Kac ضرایب فشار جانبی محرك خاك در شرایط لرزه اي به ترتیب ناشی از وزن توده گسیخته شده، وجود سربار بر روي خاکریز و وجودچسبندگی در خاك می باشد.

براي محاسبه ضریب فشار جانبی خاك ناشی از وزن توده خاك - Ka - ، نرخ کار خارجی انجام گرفته توسط وزن توده خاك با نرخ اتلاف انرژي درونی مساوي قرار داده میشود بنابراین، ضریب فشار جانبی خاك ناشی از وزن توده گسیخته شده بصورت زیر محاسبه میگردد:

براي محاسبه ضریب فشار جانبی خاك ناشی از وجود سربار بر روي خاکریز نیز نرخ کار خارجی انجام گرفته توسط سربار را بانرخ اتلاف انرژي درونی مساوي قرار میدهیم. با روندي مشابه ضریب فشار جانبی ناشی از وجود سربار بصورت زیر محاسبه میشود:

به همین ترتیب براي محاسبه ضریب فشار جانبی خاك ناشی از وجود چسبندگی درون توده خاك، نرخ کار خارجی انجام گرفته رامساوي با نرخ اتلاف انرژي درونی قرار میدهیم. ضریب فشار جانبی خاك ناشی از وجود چسبندگی در خاك برابر خواهد بود با:

بهترین مقدار براي زمانی حاصل میشودکه معادله - - 1 در ارتباط با قیدهاي موجود در مسئله حداکثر شود. یعنی رابطه مذکور به صورت زیر بازنویسی میشود:                                                                                    

با توجه به اینکه مقادیر پارامترهاي δ،α،H،βمعلوم بوده و جزء ثابتهاي مسئله میباشد حداکثر مقدار براي فشار محرك زمانی حاصل خواهد شد که مقادیر ضرایب فشار جانبی حداکثر گردد 

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید