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 فولادی
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