بخشی از مقاله
چکیده
تعیین ظرفیت باربری شالودههای واقع بر خاک مسلح یکی از موضوعات مهم مطروحه در رشته مهندسی عمران میباشد. جهت تعیین ظرفیت باربری دو روش تعادل حدی و آنالیز حدی موردتوجه میباشند. روش آنالیز حدی خود به دو بخش آنالیز مرز بالا و آنالیز مرز پائین تقسیم میگردد. حل مسئله با روشهای مرز بالا و پائین موجب دستیابی به حد بالا و پائین بار گسیختگی یک سیستم میگردد که جواب واقعی مسئله بین دو مقدار مذکور میباشد. هر چه مقادیر حد بالا و پائین به هم نزدیکتر شوند محدودهای که جواب واقعی در آن قرار دارد باریکتر شده و دقت محاسبات افزایش مییابد.
روش کار در روشهای مرز بالا و مرز پائین بدین ترتیب است که با مساوی قرار دادن نرخ کار خارجی با نرخ اتلاف انرژی درونی - درروش مرز بالا - و نوشتن معادلات تعادل - درروش مرز پائین - تابع هدف تشکیل میشود که با توجه به یک سری قیود باید بیشینه یا کمینه گردد. لذا یک مسئله بهینهسازی مقید به وجود میآید که با حل آن بار گسیختگی محاسبه میگردد.
در این تحقیق جهت محاسبه ظرفیت باربری شالوده واقع بر خاک مسلح با ژئوگرید از دو نرمافزار مهندسی Geostudio Slope و Limitstate geo استفاده میشود. نرمافزار اول بر پایه روش تعادل حدی و نرمافزار دوم بر پایه روش آنالیز حدی مرز بالا - که مبتنی بر بهینهسازی ریاضی است - قرار دارد. نتایج حاصله از تحقیق بیانگر افزایش ضریب اطمینان با کاهش فاصله ژئوگریدها میباشدضمناً برای خاک مسلّح نرمافزار Geostudio Slope نتایج محافظهکارانهتری نسبت به نرمافزار Limitstate geo ارائه میدهد درحالیکه در خاک غیرمسلح عکس این حالت وجود دارد و مناسبترین عمق برای مسلح کننده - ژئوگرید - در شرایط 4 لایه مسلح کننده 0/8 متر یا 1/2 برابر عرض پی است.
.1 مقدمه
محاسبه ظرفیت باربری شالودهها همواره موردتوجه مهندسین عمران بوده است. در این میان روشهای مسلح کردن خاک در مواردی که خاک توانائی تحمل بارهای وارده از شالوده سازه را ندارد در سالهای اخیر موردتوجه ویژه قرارگرفته است. لذا محاسبه ظرفیت باربری شالوده-های واقع بر روی خاک مسلح با ژئوگرید از اهمیت ویژهای برخوردار است. عدم محاسبه صحیح ظرفیت باربری از یکسو میتواند منجر به طراحی یک شالوده غیراقتصادی شده و از سوی دیگر موجب عدم تأمین ضریب اطمینان کافی و گسیختگی خاک زیر شالوده سازه شود. برای محاسبه ظرفیت باربری میتوان از روشهای تعادل حدی و آنالیز حدی استفاده کرد. روش تعادل حدی علیرغم سادگی دارای نقایصی ازجمله نادیده گرفتن رابطه تنش-کرنش و برخی فرضیات اختیاری میباشد. در مقابل روش آنالیز حدی با رفع نواقص مذکور بهعنوان ابزاری توانمند جهت حل مسائل پایداری شیبها، فشار جانبی خاک بر دیوارهای حائل و ظرفیت باربری شالودهها مطرح میگردد.
در این تحقیق ظرفیت باربری شالودههای متکی بر خاک مسلح با ژئوگرید به کمک دو نرمافزار مهندسی Geostudio Slope و Limitstate geo محاسبه گردیده و تأثیر فاصله المانهای مسلح کننده، عمق مسلح کنندهها و طول آنها بر روی ظرفیت باربری موردبررسی قرار میگیرد. نرمافزار Geostudio Slopeاز روش تعادل حدّی جهت محاسبه ظرفیت باربری بهره میگیرد درحالیکه نرمافزار Limitstate geo بر پایه روش آنالیز حدی مرز بالا قرار دارد. درروش آنالیز حدی مرز بالا با مساوی قرار دادن نرخ کار خارجی با نرخ اتلاف انرژی داخلی تابع هدف تشکیلشده و با ارضای سازگاری جابجاییها، شرایط مرزی جابجاییها و شرایط تسلیم بهعنوان قیود، مسئله بهینهسازی ریاضی مقید حل میگردد که جواب حاصله ظرفیت باربری شالوده متکی بر خاک مسلح با ژئوگرید میباشد. در این تحقیق از هر دو نرمافزار جهت محاسبه ظرفیت باربری استفادهشده و نتایج حاصله باهم مقایسه خواهد گردید.
.2 مشخصات پی و خاک مسلح شده با ژئوگرید
پی انتخابی از نوع سطحی با عرض مشخص است که محل تماس آن در اتصال کامل با خاک میباشد. خاک از نوع ماسه سیلتی بوده و مدل رفتاری در هر حالت از دو نرمافزار موهر-کلمب در نظر گرفتهشده است. برای مسلح کردن خاک از مصالح نوین ژئوگرید استفادهشده که در این تحقیق بهعنوان المان کششی فرض شده است که با استفاده از چشمههای بزرگی که در سطح آن وجود دارد اجازه قفل و بست شدن با خاک اطراف را میدهد. در جدول - 1 - مشخصات کلی خاک و ژئوگرید ذکرشده است.
جدول :1 مشخصات خاک و ژئوگرید استفادهشده
.3 مدلسازی و آنالیز
هدف این تحقیق تعیین ضریب اطمینان ظرفیت باربری شالودههای واقع بر خاک مسلح با ژئوگرید با روش مرز بالا به روش تحلیل آنالیز حدی[4]، با استفاده از نرمافزار Limitstate geo 3.2 و روش تعادل حدی با استفاده از نرمافزار Geostudio Slope و مقایسه نتایج حاصل از دو نرمافزار میباشد. بهمنظور تحلیل، بررسی و مقایسه نتایج در خاک ماسه سیلتی موردبحث در ابتدا پی با عرض 1/5 متر بر روی خاک در دو نرمافزار موردبحث مدل شده و بارهای قائم 300، 500، 1000 و 1400 کیلو نیوتن بر مترمربع بر روی پی اعمالشده است سپس ضریب اطمینان ظرفیت باربری با استفاده از روش آنالیز حدی سنجیده شده است. سپس مسلح کنندههای ژئوگرید با طولهای 2B، 3B، 4B و 5B در فاصلهها قائم 0/3، 0/4، 0/5 متر نسبت به هم مدل شده و ضرایب اطمینان حاصله استخراجشده است. سپس با تغییر پارامترهای مقاومتی خاک مثل چسبندگی، زاویه اصطکاک داخلی و وزن مرطوب خاک به بررسی تأثیر تغییر این پارامترها بر روی نتایج پرداختهشده است. ابعاد مورداستفاده برای مدلسازی 30*25 متر در نظر گرفتهشده است. همچنین در این مطالعه از 4 ردیف ژئوگرید برای مسلح سازی بهره برده شده است.
شکل :1 ابعاد هندسه شالوده و مشخصات زیر پی
.4 یافتههای حاصل از مدلسازی
برای مدلسازی در نرمافزار Geostudio Slope ابتدا ابعاد مدل رسم شده و مصالح موردنیاز تعیینشده و بارهای معین به پی اعمال میشوند، که در اشکال - 2 - الی - 6 - نشان دادهشده است. سپس با کارگذاری ژئوگریدها با ابعاد و فواصل متغیر به تحلیل و بررسی تأثیر پارامترهای مؤثر در ظرفیت باربری پرداختهشده است. برای تحلیل و مدلسازی گوههای لغزش با روش و متد، مرز شروع و پایان گوههای لغزش محدوده گوههای لغزش و زاویه خروج گوه لغزش که با استفاده از فرمول ترزاقی محاسبه میشود به نرمافزار داده میشود و درنهایت پارامترهای مکانیکی خاک مانند وزن مخصوص خاک، چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی عوض میشود که بتوان دوباره به نتایج خاصی دستیافت. یافتههای حاصل از تحقیق 2 برابر عرض پی در شکل - 2 - نمایش دادهشده است. در ادامه به بررسی در مورد 3 برابر عرض پی پرداختهشده است که نتایج در نمودار شکل - 3 - نمایش دادهشده است. و ادامه این روند برای حالتهای دیگر نیز در شکلهای زیر نمایش داده شده است.
