تسلیح خاک با ظرفیت باربری کم با استفاده از المان¬های قائم فولادی
دسته بندي :
کالاهای دیجیتال »
رشته عمران و نقشه برداری (آموزش_و_پژوهش)
این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد
چکیده :
خاک به عنوان مهمترين مصالح ساختماني و اصليترين تکيهگاه سازه، از ديرباز در ساخت و ساز مورد توجه بشر بوده است، اما به سبب ضعف مقاومت برشي و عدم توان باربري لازم در برابر نيروهاي وارده، پژوهشگران پيوسته درصدد افزايش ظرفيت باربري و بهبود خواص آن بودهاند. تکنیکهای متعددی جهت افزایش توان باربری خاکها وجود دارد. سالهای اخیر محققین تحقيقات گستردهاي در مورد استفاده از المانهای افقی و غیرافقی به عنوان تسلیح خاک به کار گرفتند. در نتایج به دست آمده از تحقيقهاي صورت گرفته مشخص شد که علاوه بر المانهای افقی، استفاده از المانهای تقویتی غیرافقی نیز در بهبود ظرفیت باربری خاک، برای پیهای سطحی کاربردی و سودمند میباشد. در این پژوهش، تکنیک استفاده از المانهای قائم فولادی در بهبود خصوصیات مقاومتی خاک ماسهای سست، مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور مجموعه تحليلهایی براساس روش عددي با استفاده از يك نرمافزار المان محدود، بر روی مدل پی واقع بر روی خاک ماسهای مسلح شده با المانهای قائم فولادی با كمك مدلسازي الاستوپلاستيك انجام شد. از طرف دیگر جهت تدقیق نتایج تحلیل عددی، آزمونهای بارگذاری در مقياس آزمايشگاهي بر روی پی واقع بر خاک ماسهای مسلح صورت گرفت. همچنین جهت اعتبارسنجی، نتایج تحلیل نرمافزاری با نتایج به دست آمده از فرمولهای تئوری و نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد. ملاحظه گردید تطابق خوب و قابل قبولي بين نتايج برقرار است. پس از كاليبره و اطمينان از صحت عملكرد نرمافزار، آنالیز حساسیتی با تغییر پارامترهای قطر(D)، طول(L) و فاصله مرکز به مرکز المانهای فولادی (S)، ميزان فاصله المانهای کوبیده شده از بر پی (R) انجام و تأثیر پارامترهای مذکور بر ظرفیت باربری و نشست زیر پی مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج به دست آمده ملاحظه گردید که افزایش پارامترهای طول، قطر، کاهش فاصله بین المانها و تغيير ميزان فاصله المان ها از بر پي، تا حد مشخصی موجب بهبود قابل ملاحظه در ظرفیت باربری و کاهش نشست میگردد و از یک حدی به بعد با تشکیل بلوک متراکم در زیر پی، میزان تأثیر تغییرات این پارامترها کاهش می یابد. از این جهت در چنین شرایطی، استفاده از المانهای با طول و قطر بیشتر و کاهش فاصله بین المانها، از جهت ریالی برای طرح غیر اقتصادی میباشد. در نهايت بر اساس نتایج به دست آمده، مقادیر بهینه براي هر یک از پارامترهای مذکور ارائه گردید.
كلمات كليدي: اصلاح خاک، مسلح کننده، ظرفیت باربری، المان های قائم
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول : مقدمه
1-1 كليات…..…………….…....................................……….…………………………….….
1
1-2 بیان مسئله ……..................................………………………..….…………………………
2
1-3 هدف از پژوهش …….............................................……….…………………………
2
1-4 چگونگي دستيابي به اهداف پژوهش.............................……….…………………………
3
1-5 ساختار پایان نامه ……..............................................……….…………………………
4
فصل دوم : كليات و مروری بر ادبیات فنی
2-1 مقدمه….…………………………………………………………………………………………...…
7
2-2 فلسفه بهسازي ……..…...…………….…..........................................………….………
7
2-2- 1 تعريف بهسازي ….....….......................….….………......………………
8
2-2- 2 دامنه كاربرد …………………….…………….…………..……………………...
9
2-2- 3 روش هاي بهسازي …………….........………………………………….……...
10
2-3 شمع و کاربرد آن در بهسازی خاک ......…………………………………………………………
13
2-3-1 موارد استفاده از شمع ......……………………..…………………………………
13
2-3-2 انواع شمع از لحاظ مکانیسم عمل .……..............................………..……
15
2-3-3 اثرات بهسازی تراکمی ….….................................………………………
16
2-4مروری بر مطالعات گذشتگان ……………...................................……….…...………..
19
2-4-1 مطالعات انجام شده در خصوص استفاده از المان هاي تقويتي افقي
20
2-4-2 مطالعات انجام شده در خصوص استفاده از المان هاي تقويتي غير افقي
24
فصل سوم : مدل سازی نرم افزاري و آزمايشگاهي
3-1 مقدمه …………….……………………….……………………..…………………………………
34
3-2 تعریف مدل رفتار…………….….…………………………………………………………………
35
3-3 مشخصات یک مدل رفتاری مطلوب .......………………………………………………………
35
3-4- روش اجزاء محدود …..…..….…………………………………………………………………
36
3-4-1 تاریخچه روش اجزاء محدود…………………………………………….…………
37
3-4-2 روش مدل نمودن فضای بینهایت توسط المان محدود………….........….….….
38
3-4-3 معرفی نرم افزار Geostudio-Sigma و هدف از انتخاب آن ……….…..……
40
3-4-4-1 معرفی برنامۀ SIGMA/W …………………………….….………
42
3-4-4-2 کاربرد برنامۀ SIGMA/W ……….………………….……….……
42
3-4-4-3 امکانات و قابلیت های برنامۀ SIGMA/W .……..………………
43
3-4-4 روند ساخت مدل ….………………………………………………………………
54
3-4-4-1 انتخاب سیستم واحد …….…………………………….……………
54
عنوان صفحه
3-4-4-2 انتخاب المانهای مورد استفاده ….….…………………..……..……
56
3-4-4-3 خواص مواد ……………………………………………..……...……
56
3-4-4-4 مدل سازی هندسی …..………………………………..…….………
57
3-4-4-5 مش بندی …….……………………………….…………….…………
58
3-4-4-6 اعمال شرایط مرزی و بارگذاری.….………………..………..……
58
3-4-5 تحلیل مدل اجزاء محدود …….……………………………………….……………
59
3-5 جزئیات مدل سازی در نرم افزار SIGMA/W ..…………………………………………………
60
3-5-1 انتخاب المان ……………………………………………...…………………………
60
3-5-2 مدل سازی هندسی و مش بندي …….………………………………………………
61
3-5-3 پارامترهاي هندسي ……………………………………….……….…………………
62
3-5-4 پارامترهاي مقاومتي …………………………………………….…………..………
63
3-5-5 اعمال شرایط مرزی و بارگذاری .………………………………..….…….………
64
3-5-6 نوع تحليل ..….…………………………………………………….………..………
64
3-6 تحقيق آزمايشگاهي ………….…………………………………………….………………….……
65
3-6-1 جزئیات مدل آزمایشگاهی ……...…………………………………………….……
65
3-6-2 روند کلی انجام آزمایش ………………………………………….…………………
67
3-7 مشخصات مدل مورد استفاده جهت اعتبار یابی …..…………….…………………….……………
68
فصل چهارم : نتایج تحلیلها ( نرمافزاري و آزمايشگاهي)
4-1 مقدمه ……….……..……………………….……………………..…………………………………
70
4-2 اعتبار سنجی مدل …………….………………………………………………………………………
70
4-2-1 استفاده از فرمول تئوری جهت اعتبارسنجی نرم افزار .……………………….……
71
4-2-1-1 مقايسه نشست خاك حاصل از تحليل دستي و نرم افزاري …………
71
4-2-1-2 مقايسه تنش در خاك حاصل از تحليل دستي و نرم افزاري ….……
75
4-2-2 استفاده از نتایج تحقیق آزمایشگاهی جهت اعتبار سنجی….….……………….…
76
4-2-2-1 شرح آزمایش و نتایج بدست آمده از آن ….…………….....……
77
4-2-2-2 شرح تحلیل کامپیوتری و مقايسه با نتايج آزمايشگاهي ……….....
78
4-3 بررسی اثرات استفاده از المان های قائم فولادی با استفاده از نرم افزار SIGMA/W …..…..…
80
4-3-1 تأثیر فاصلۀ المان هاي فولادي (S) …..………………………………..…….……
88
4-3-2 تأثیر ميزان پراكندگي المان ها از بر فونداسيون (R) .….…………………………
95
4-3-3 تأثیر طول المان هاي فولادي (L) ….…………………………..…………………
101
4-3-4 تأثیر قطر المان ها (D) .…………………………………….………………………
107
4-4 بررسی آزمایشگاهی اثر المان های قائم فولادی بر ظرفيت باربري خاك ماسه اي ………..……
113
4-4-1 شرح جزئيات انجام آزمايش ……….…………………………………….………
113
عنوان صفحه
4-4-2 نتايج انجام آزمايش ها …………………………………….…….……...…………
116
فصل پنجم : نتیجهگیری و پیشنهادات
4-1 مقدمه ……….……..……………………….……………………..…………………………………
120
6-2- نتیجه گیری…………………………………………………..………….……………………………
120
6-3- پیشنهاداتی جهت تحقیقات آینده….……………………………………………..………………...
122
منابع و مآخذ…………………….………………………………………………………………..……….
124
فهرست شکل ها
شکل 2- 1: تقسیم بندی کاربرد روشهای بهسازی خاک
9
شکل 2- 2: انواع روش های بهسازی خاک
10
شکل 2-3: کاربرد روش های بهسازی بر حسب نوع خاک
12
شکل 2-4: اثر بهسازی تراکمی بر خاک های ریزدانه و درشت دانه
17
شکل 2-5: اثر افزایش تراکم بر چسبندگی
18
شکل 2-6: اثر افزایش تراکم بر زاویه برشی ماسه
18
شکل 2- 7: دایره مور برای خاک های غیر مسلح و مسلح
20
شکل 2-8: (a)-پوش های گسیختگی برای خاک غیر مسلح و مسلح، (b)- دیاگرام نیرو برای خاک مسلح
21
شکل 2-9: استفاده ازعناصر تسلیح عمودی و افقی (a)-نمای سه بعدی، (b)- نمای برش از روبرو
31
شکل 2-10 :تأثیر مسلح کننده ها بر تعادل (a)-مسلح کننده های افقی، (b)- نمای برش روبرو
31
شکل 3-1 :روند همگرایی تغییرمکان ها با تکرار تحلیل
43
شکل 3-2 :نمونه ای از نتایج گرافیکی تغییرمکان گره
44
شکل 3-3 :جعبه تنظيمات انواع آناليز ها (Type Analaysis Setting )
49
شکل 3-4 : نمودار تنش-كرنش مدل مصالح از نوع الاستیک خطی
50
شکل 3-5 : نمودار تنش-كرنش مدل مصالح از نوع الاستیک خطی غیر همگن
50
شکل 3-6 : نمودار تنش-كرنش مدل مصالح از نوع الاستیک غیر خطی
51
شکل 3-7 : نمودار تنش-كرنش از مدل مصالح از نوع الاستو پلاستیک
51
شکل 3-8 : نمودار تنش-كرنش از مدل مصالح از نوع نرم شوندگی کرنش
52
شکل 3-9 : نمودار تنش-كرنش از مدل مصالح از نوع Cam Clay, modified Cam Clay
52
شکل 3-10 :جعبه تنظيمات مقياس(Scale)در نرم افزار Sigma
55
شکل 3-11 : استفاده از المان سازه اي Bar Element در روند تحليل
61
شکل 3-12 : جزئیات ترسيم هندسي و تغيير در ابعاد مش بندی مدل اجزاء محدود
62
شکل 3-13 : جزیئات دستگاه بارگذاری استفاده شده در تحقیق حاضر
66
شکل 3- 14 : دستگاه بارگذاری در حال انجام آزمایش
66
شکل 4- 1 : شكل شماتيك مدل مورد استفاده در اعتبار سنجي نرم افزار
71
شکل 4- 2 : نمودار تعيين مقادير α با توجه به نسبت ابعاد پي
72
شکل 4- 3 : نمونه اي از كانتور نشست حاصل از تحليل كامپيوتري
74
شکل 4- 4 :كانتور تنش حاصل از تحليل كامپيوتري
76
شکل 4- 5 : دانه بندي خاك ماسه اي مورد استفاده در آزمون هاي آزمايشگاهي
77
شکل 4- 6 : دستگاه در حين انجام آزمون بارگذاري بر روی خاک بکر
78
شکل 4- 7: نمودار هاي بار- نشست حاصل از نتايج آزمون آزمايشگاهي و تحليل كامپيوتري
79
فهرست شکل ها
شكل 4- 8: فلوچارت تحليلهاي كامپيوتري
81
شكل 4- 9: نمايي از آرايش المان هاي فولادي در سيستم خاك- پي
82
شكل 4- 10: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=1.0m و L=2B, R=2B.
89
شكل 4- 11: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=1.5m و L=2B, R=2B.
89
شكل 4- 12: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=2.0m و L=2B, R=2B.
90
شكل 4- 13: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=3.0m و L=2B, R=2B.
90
شكل 4- 14 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (S/B) براي پي به عرض B=1.0m
91
شكل 4- 15 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (S/B) براي پي به عرض B=1.5m
91
شكل 4- 16 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (S/B) براي پي به عرض B=2.0m
92
شكل 4- 17 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (S/B) براي پي به عرض B=3.0m
92
شکل 4- 18 : نحوه توزيع تنش در خاك و عملكرد بلوك در زير پي در حضور المان هاي فولادي نزديك به هم
94
شكل 4- 19: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=1.0m و L=2.0B, S=0.2B.
96
شكل 4- 20: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=1.5m و L=2.0B, S=0.17B.
96
شكل 4- 21: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=2.0m و L=2.0B, S=0.12B.
97
شكل 4- 22: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=3.0m و L=2.0B, S=0.08B.
97
شکل 4- 23 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (R/B) براي پي به عرض B=1.0 m
98
شکل 4- 24 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (R/B) براي پي به عرض B=1.5 m
98
شکل 4- 25 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (R/B) براي پي به عرض B=2.0 m
99
شکل 4- 26 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (R/B) براي پي به عرض B=3.0 m
99
شکل 4-27 : شكل شماتيك چگونگي تأثير المان هاي فولادي در عدم فرار دانه هاي خاك در هنگام تشكيل گوه گسيختگي
101
شكل 4- 28: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=1.0m و R=1.0B, S=0.2B.
102
شكل 4- 29: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=1.5m و R=1.0B, S=0.17B.
102
فهرست شکل ها
شكل 4- 30: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=2.0m و R=1.0B, S=0.12B.
103
شكل 4- 31: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=3.0m و R=1.0B, S=0.08B.
103
شكل 4- 32: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (L/B) براي پي به عرض B=1.0 m
104
شكل 4- 33: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (L/B) براي پي به عرض B=1.5 m
104
شكل 4- 34: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (L/B) براي پي به عرض B=2.0 m
105
شكل 4- 35: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (L/B) براي پي به عرض B=3.0 m
105
شکل 4- 36 : قرارگيري المان هاي فولادي در محدوده حباب تنش تأثير در زير پي
107
شكل 4- 37: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=1.0m و R=1.0B, S=0.2B و L=2.0B.
108
شكل 4- 38: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=1.5m وR=1.0B, S=0.17B وL=2.0B
108
شكل 4- 39: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=2.0m وR=1.0B, S=0.12B و L=2.0B
109
شكل 4- 40: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=3.0m وR=1.0B, S=0.08B وL=2.0B
109
شكل 4- 41: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (D/B) براي پي به عرض B=1.0 m
110
شكل 4- 42: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (D/B) براي پي به عرض B=1.5 m
110
شكل 4- 43: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (D/B) براي پي به عرض B=2.0 m
111
شكل 4- 44: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (D/B) براي پي به عرض B=3.0 m
111
شکل 4- 45 : تقسيم بندي 10 سانتيمتري ارتفاع جعبه برش جهت انجام تراكم يكنواخت خاك ماسه اي
114
شکل 4- 46 : نمايي از خاك مسلح شده با استفاده از المان هاي قائم فولادي
114
شکل 4- 47: تنظيمات اوليه جهت انجام آزمايش- الف: هم تراز نمودن سطح المان ها، ب:كنترل تراز بودن
115
شکل 4- 8 4: نمودار بار- نشست براي مدل آزمايشگاهي خاك مسلح شده به وسيله المان هاي فولادي با قطر هاي مختلف
116
شكل 4- 49: منحنی تغـییرات BCR در مـقابل قطر نـرمـالایــزه شـده (D/B) براي آزمون هاي آزمايشگاهي
117
فهرست جدول ها
جدول 3- 1 : نمونه ای از مجموعه واحد هایی که می توان
55
جدول 3- 2 : پارامترهای هندسی در نظر گرفته شده براي المان فولادي و پي
63
جدول 3- 3 : مشخصات مقاومتی مصالح خاک
63
جدول 3- 4 : مشخصات مقاومتی مصالح المان هاي قائم
64
جدول 4- 1 : نتايج نشست خاك حاصل از تحليل دستي و نرم افزاري
73
جدول 4- 2 : نتايج تنش در خاك حاصل از تحليل دستي و نرم افزاري
75
جدول 4- 3 : مشخصات هندسی و مقاومتی مدل آزمايشگاهي
77
جدول 4- 4 : نشست خاك حاصل از نتايج آزمون آزمايشگاهي و تحليل نرم افزاري
79
جدول 4- 5 : پارامترهاي متغير در تحليل كامپيوتري
82
جدول 4- 6 : نتايج آناليز نرم افزاري براي پي با بعد B=1.0m
84
جدول 4- 7 : نتايج آناليز نرم افزاري براي پي با بعد B=1.5m
85
جدول 4- 8 : نتايج آناليز نرم افزاري براي پي با بعد B=2.0m
86
جدول 4- 9 : نتايج آناليز نرم افزاري براي پي با بعد B=3.0m
87