بخشی از مقاله
خلاصه
امروزه میخکوبی خاک1 به صورت گسترده به عنوان یک تکنیک مقاومسازی جهت نگهداری شیبها و گودبرداریها استفاده میشود.معمولاً تحلیل و طراحی دیوارهای میخکوبی شده با استفاده از روش تعادل حدی انجام میگیرد. با این وجود پارامترهای متعددی بر رفتار این گونه سازهها تاثیرگذار هستند، به طوری که ارزیابی درست اندرکنش بین میخخاکها و خاک اطراف دارای اهمیت زیادی جهت ایمنی و طراحی اقتصادی این گونه سازه ها می باشد که این موضوع در روند طراحی معمولی به صورت مناسب در نظر گرفته نمیشوند.
هدف از این تحقیق، مدل سازی دقیق فصل مشترک2 بین میخخاک و خاک با روش بدون شبکه می باشد که مدل سازی دقیق آن در روش اجزاء محدود با معضلات تغییرشکلهای نامتجانس المان فصل مشترک همراه است. در این تحقیق با بهرهگیری از یک روش بدون شبکه، یک روش عددی جدید برای شبیه سازی دیوارهای میخکوبی شده ارائه شده است. این روش با ایجاد هندسه مسئله توسط گرهها، مشکلات روشهای عددی مبتنی بر شبکه را حل مینماید. یک برنامه با استفاده از روش بدون شبکه RPIM نوشته شده است. برنامه با چندین مثال صحت سنجی شده است و عملکرد بسیار خوب روش بدون شبکه در مسائل اندرکنش خاک-سازه با مدلسازی یک دیوار میخکوبیشده و مقایسه نتایج با روش المان محدود نشان داده شده است.
1. مقدمه
عوامل متعددی از قبیل محدودیت زمین و افزایش قیمتهای روزافزون آن در شهرها، ضوابط و محدودیتهای شهرسازی و معماری خصوصاً ضوابط تامین پارکینگ در ساختمانها، وجود خاک بکر و بهتر در عمق، کاهش ارتفاع سازه از تراز پایه و بسیاری از عوامل فنی و اقتصادی دیگر سبب اجرای گودبرداریهای عمیق و نیمه عمیق در ساختمانسازی میشوند. بدیهی است با انجام گود برداری و بخصوص گودبرداریهای عمیق تعادل خاک بر هم خورده و وضعیت تنش ها در خاک تغییر می کند و باعث تغییر شکل هایی در خاک میشود . هر یک از این حالتها می توانند موجب بر هم خوردن تعادل و پایداری دیواره گود و در نتیجه سازههای مجاور گود شود .
یکی از مهمترین مشکلات و دغدغههای موجود در مهندسی عمران محافظت از دیوارههای گود میباشد که در صورت عدم بررسی اصولی و علمی این سازهها تحت شرایط مختلف منجر به خسارات جبران ناپذیری خواهد گردید. یکی از روشهای متدوال در محافظت دیوارههای گودبرداریها، روش میخکوبی خاک میباشد. این روش سبب میشود که مقاومت برشی خاک در اثر ترکیب با المانهای مقاوم،میخ3، بهبود یابد. این المانها دارای مقاومت کششی زیاد بوده و باعث اصلاح رفتار مکانیکی توده خاک، بویژه افزایش مقاومت برشی آن میشود.
اولین کاربردهای میخگذاری در خاک مربوط به یک پروژه راهآهن نزدیک ویرسایلز4 فرانسه در سال 1972 بود که ارتفاع گودبرداری در این پروژه 18 متر میباشد.[1] Rabejac and Toudic به دلیل اینکه این روش مقرون به صرفه و سریعتر از دیگر روشهای نگهداری بود، به سرعت در فرانسه و دیگر کشورهای اروپایی به کار گرفته شد.
شکل - - 1 اجزاء دیوار میخکوبیشده
درباره شبیهسازی عددی دیوارهای میخکوبیشده تحقیقات مختلفی از قبیل: روش المان محدودZhou, Y - 5 و همکاران در [3] ،Olia, A. and J. Liu در [4]، Singh در - [5]، روش المان مجزاKim - 6 و همکاران در - [6] روش تفاضل محدودBabu - 7 و همکاران در - [7] انجام شده است. که وابسته به شبکه میباشند و با معضلات تغییرشکلهای نامتجانس المان فصل مشترک همراه هستند، در این پژوهش از روش بدون شبکه جهت حل این معضلات برای اولین بار در شبیهسازی دیوارهای میخکوبیشده استفاده شده است.
-2 معرفی سیستم دیوار میخکوبی
میخکوبی به معنای تحکیم غیرفعال، بدون اعمال پیشتنیدگی، خاک میباشد که جهت انجام این کار میلههای فولادی،میخ، در خاک نصب میگرددند. اجزاء یک دیوار میخکوبیشده در شکل - - 1 نشان داده شده است. روند ساخت دیوارهای میخکوبیشده در شکل - - 2 نشان دادهشده است.
-3 روش بدون شبکه
تا کنون روشهای بدون شبکه مختلفی توسط محققین ارائه شده است که در جدول - - 1 به صورت خلاصه آورده شده است. در این تحقیق از روش بدون شبکه روش درون یابی نقطه ای - - RPIM تقویتشده با ترم چند جملهای استفاده شده است. در ادامه ابتدا روش بدون شبکه درون یابی نقطهای توضیح داده میشود سپس کاربرد این روش در شبیهسازی دیوارهای میخکوبیشده مورد بررسی قرار میگیرد و در نهایت با استفاده از مثالهای عددی درستی برنامه نوشتهشده توسط نویسندگاه ارائه شده است.
شکل - : - 2 مراحل ساخت دیوار میخکوبیشده
-1-3 روش بدون شبکه درون یابی نقطهای - - RPIM
در محاسبه توابع شکل روش RPIM از توابع اساسی شعاعی8 استفاده میشود. استفاده از توابع اساسی شعاعی سبب جلوگیری از منفرد شدن ماتریس گشتاور9، PQ ، و همچنین بهترین روش جهت تضمین معکوسپذیری ماتریس PQ میشود. توابع اساسی شعاعی مختلفی موجود میباشد که در این تحقیق از توابع multi-quadratic - MQ - که به صورت زیر میباشد استفاده شده است:
که در آن ri فاصله نقطه مورد نظر - - X و یک گره میدانی - x i - 10 میباشد.
c و q پارامترهای شکل میباشند که وابسته به نوع مسئله میباشند.برای مسائل مکانیک جامدات Liu مقدار c=1.42 and q=0.98 را پیشنهاد کرده است.
جهت دقت بیشتر و سازگاری روش RPIM توابع اساسی شعاعی با توابع چندجملهای تقویت شده است.در این روش، تابع تقریب در دامنه پشتیبانی نقطه X نشان دادهشده در شکل - - 3 به صورت زیر محاسبه میشود:
که در آن Ri و p j به ترتیب توابع اساسی شعاعی و چندجملهای، ai و b j ضرایب درون یابی، m تعداد توابع چندجملهای استفادهشده و n تعداد گرههای موجود در دامنه پشتیبانی نقطه X میباشد. جهت بدست آوردن ضرایب ai و b j به m+n معادله احتیاج است. n معادله از طریق اینکه مقدار تابع u - X - در n گره دامنه پشتیبانی باید با مقادیر گرهی برابر باشد به دست میآید
