تسلیح خاک با ظرفیت باربری کم با استفاده از المان¬های قائم فولادی

توضیحات

تسلیح خاک با ظرفیت باربری کم با استفاده از المان¬های قائم فولادیاین 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