به دلیل ضرورت روز افزون استفاده از فضاهای زیرزمینی در مناطق شهری و لزوم درک دقیق از رفتار سیستم های پایدارسازی گودهای عمیق، به کمک تحلیل اجزای محدود دو بعدی به بررسی اثر مدل رفتاری مور کولمب اصلاح شده و نشده بر گودهای عمیق شهری پایدار شده توسط اعضای مهار متقابل (استرات) و دیوار دیافراگمی پرداخته شده است. در ابتدا روش اجزای محدود انتخاب شده به وسیله تحقیقات دیگر محققین صحت سنجی گردیده است. در سه نوع خاک فرض شده در این تحلیل مقدار تغییر مکان افقی دیوار با توجه به مدل رفتاری فرض شده مورد بررسی قرار گرفته است. مقدار لنگر خمشی و نیروی محوری وارد بر دیوار با تغییر در مدل رفتاری خاک، تغییرات چشم گیری را از خود نشان می دهد.
1. مقدمه:
امروزه به دلیل گسترش روز افزون فضاهای شهری و لزوم استفاده بهینه از فضاهای موجود، استفاده از فضاهای زیرزمینی اجتناب ناپذیر و حائز اهمیت است. از طرف دیگر افزایش تعداد فضاهای زیر زمینی و گود های عمیق شهری، خطر تغییر شکل های تحمیلی ایجاد شده توسط این گود ها بر خاک و سازه های مجاور این گودها را افزایش می دهد. از این رو باید برای جلوگیری از خطرات احتمالی بررسی های دقیقی بر روش های پایدارسازی این گونه از گود ها صورت گیرد. به طور معمول در پایدارسازی به روش دیوار دیافراگمی یکی از بزرگترین مشکلات، به وجود آمدن تغییر شکل های افقی زیاد در دیوار بوده که به کمک اعضای مهار متقابل سعی بر کاهش این تغییر شکل ها می باشد. در این گونه از روش های پایدارسازی، تغییر شکل افقی دیوار و همچنین میزان لنگر خمشی به وجود آمده در دیوار از اهمیت بسیار بالایی برخوردار می باشد.
Som و Bos با شبیه سازی عددی یک گود به ارتفاع 13/6متر به این نتیجه رسیدند که مقدار پیش تنیدگی مهارها و همچنین عرض گودبرداری می تواند نقش موثری بر تغییر شکل های افقی دیواره گود داشته باشد. Faheem و همکاران با انجام یک مدلسازی عددی سه بعدی یک گود مستطیل شکل نشان دادند که استفاده از مدل های دو بعدی برای ابعاد طول به عرض بزرگتر از 6 می تواند از دقت کافی برخوردار باشد.
Yoo و Lee با مدلسازی عددی دو بعدی یک روش دو مرحله ای برای پیش بینی مقدار تغییر شکل افقی جداره گود پیشنهاد دادند. Chowdhury و همکاران با مدلسازی عددی دو بعدی یک گود عمیق شهری به بررسی عوامل مختلفی از قبیل ارتفاع نفوذ دیوار در داخل زمین، ضخامت دیوار، ارتفاع گود و همچنین نحوه چیدمان مهارهای مختلف بر تغییر شکل افقی دیوار و مقدار لنگر ایجاد شده بر دیوار پرداخته اند.
در این مقاله با استفاده از نرم افزار اجزای محدود Midas Gts Nx به بررسی اثر مدل رفتاری مور – کولمب اصلاح شده بر رفتار دیوارهای دیافراگمی مهار شده توسط اعضای محوری مهار متقابل پرداخته شده است. در این تحقیق نشان داده شده است که استفاده از مدل رفتاری مور – کولمب اصلاح شده به جای مدل مور – کولمب اصلاح نشده می تواند سبب تغییرات چشمگیری در میزان تغییر شکل های افقی وارد بر دیوار و همچنین میزان لنگر خمشی وارد بر دیوار و همچنین میزان نیروی محوری ایجاد شده در اعضای مهار متقابل گردد.
2. مدلسازی عددی:
در شکل (1) می توان یک شکل کلی از مدلسازی صورت پذیرفته در این تحقیق را مشاهده کرد. همانگونه که قابل مشاهده است در این تحقیق مدلسازی به صورت دو بعدی و کرنش صفحه ای بوده و تمام گود به صورت کامل مدلسازی گردیده است. همانگونه که در شکل مشاهده می شود. D، B، Ht، He، Hp، Hg و tw به ترتیب عبارتند از فاصله افقی دیوار تا مرزهای قائم، عرض گودبرداری، ارتفاع کل دیوار، ارتفاع گودبرداری، ارتفاع نفوذ دیوار در خاک، ارتفاع کل مدل و ضخامت دیوار.
در این تحقیق سه نوع خاک ضعیف، متوسط و قوی مد نظر قرار گرفته است. برای بررسی اثر مدل رفتاری بر سیستم نشان داده شده در شکل (1)، از دو مدل رفتاری مور کولمب اصلاح شده و اصلاح نشده استفاده گردیده، که می توان مشخصات هر سه نوع خاک مدنظر قرار گرفته را در جدول (1) مشاهده نمود.
در این مطالعه برای شبیه سازی اجزای محدود محیط خاک از عضو سه گره ای مثلثی کرنش صفحه ای و همچنین برای شبیه سازی دیوار دیافراگمی از عضو دو گره ای تیر و همچنین برای اعضای مهار متقابل از عضو دو گره ای خرپایی استفاده گردیده است. برای شبیه سازی اندرکنش بین خاک موجود و دیوار دیافراگمی در این تحقیق از عضو فصل مشترک (Interface) در نرم افزار میداس استفاده شده است. در این تحقیق از زاویه اصطکاک برابر با ∅ 2/3 استفاده شده است.
در شکل (2) می توان نمایی از شبیه سازی اجزای محدود صورت پذیرفته در نرم افزار میداس را مشاهده کرد. همان طور که مشاهده می گردد برای جلوگیری از زمان بر شدن تحلیل و همچنین بهره بردن از دقت بالای تحقیق، در تمام شبیه سازی های انجام شده، اندازه اجزا در نزدیکی دیوار 0.25 متر در نظر گرفته شده است و هر چه به سمت مرزها دور می شویم اندازه اجزا بزرگتر می شود. در این تحقیق میزان فاصله مرزها از مدل به قدری بزرگ گرفته شده است که بر نتایج حاصل از شبیه سازی اثرگذار نباشد.
3. صحت سنجی نتایج حاصل از شبیه سازی:
در این تحقیق برای صحت سنجی نتایج به دست آمده از شبیه سازی عددی توسط نرم افزار اجزای محدود میداس ) Midas Gts Nx ( نتایج حاصل از شبیه سازی صورت گرفته در این تحقیق با نتایج حاصل از شبیه سازی صورت پذیرفته توسط Chowdhury et al، مورد مقایسه قرار گرفته است و نمودار لنگر استخراج شده توسط Chowdhury et al، برای یک گودبرداری 18 متری با عمق مدفون 10 متر به صورت دو بعدی برای صحت سنجی نتایج حاصل از این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته است. مشخصات خاک در نظر گرفته شده توسط Chowdhury et al بدین صورت می باشد که زاویه اصطکاک داخلی خاک، مدول برشی خاک، دانسیته و ضریب فشار افقی خاک به ترتیب عبارتند از: °35 ، 2040kg/m3 ، 136Mpa و 0/426 در نظر گرفته شده است. عرض گودبرداری 10 متر در نظر گرفته شده است و همچنین دو ردیف مهارمتقابل در تراز 2 و 6 متر در نظر گرفته شده است. همچنین ضریب ارتجاعی (مدول الاستیسیته)، ضریب پواسون و ضخامت دیوار به ترتیب برابر با 60cm ، 0/15 ، 29580Gpa می باشد. مشخصات عضو افقی مهارمتقابل مورد استفاده توسط Chowdhury et al، عبارتست از یک نیمرخ H شکل با مشخصات 16*10*300*390 در شکل (3) و (4) می توان نمایی از شبیه سازی صورت پذیرفته برای صحت سنجی نتایج و همچنین نمودار لنگر خمشی به دست آمده را مشاهده کرد.
در شکل (5) می توان مقایسه بین نتایج حاصل از شبیه سازی عددی صورت پذیرفته در این مقاله و همچنین نتایج حاصل از شبیه سازی انجام شده توسط Chowdhury et al را مشاهده نمود. همانگونه که از شکل (5) مشاهده می گردد نتایج حاصل از شبیه سازی عددی از همخوانی مناسبی با نتایج حاصل از شبیه سازی Chowdhury et al برخوردار می باشد.
4. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی:
با توجه به شبیه سازی صورت پذیرفته و همچنین صحت سنجی نتایج، می توان به بررسی موارد مختلفی از جمله تاثیر مدل رفتاری بر نتایج حاصل از شبیه سازی پرداخت. در شکل (6) برای گود به ارتفاع 10 متر، عمق نفوذ دیواره 8 متر، عرض گود 10 متر و استفاده از دو ردیف مهارمتقابل در تراز 2 و 6 متر با مشخصات اشاره شده در بخش قبل می توان مقدار تغییر مکان افقی دیوار گود در سه مرحله گودبرداری را مشاهده کرد. در مدل شکل (الف) از مشخصات خاک ضعیف اشاره شده در جدول (1) استفاده شده و همچنین در جدول (2) مقدار تغییر شکل افقی دیوار برای هر سه نوع خاک ارائه شده در جدول (1) نشان داده شده است.
همانگونه که در شکل (6) مشاهده می شود مقدار تغییر مکان افقی ایجاد شده، در مرحله آخر گودبرداری به حداکثر رسیده و حداکثر این مقدار در نزدیکی کف گود اتفاق می افتد. مشاهده می گردد که استفاده از مدل رفتاری مور – کولمب اصلاح شده می تواند تاثیر به سزایی بر میزان تغییر شکل افقی سازه داشته باشد. هر چقدر میزان سختی خاک افزایش می یابد مقدار تفاوت در نتایج حاصل از تغییر شکل افقی دیوار برای مدل رفتاری مور – کولمب اصلاح شده و نشده کاهش می یابد که این میزان از حدود 60 درصد به 50 درصد کاهش یافته است.
در جدول (3) می توان مقدار نیروی محوری ایجاد شده در اعضای محوری مهارمتقابل را مشاهده نمود. بر اساس نتایج به دست آمده در جدول (3) مقدار نیروی محوری ایجاد شده در مهارهای ردیف اول در حالت اصلاح نشده بیشتر از حالت اصلاح شده می باشد و در ردیف دوم به عکس مقدار این نیرو کاهش یافته است. از طرف دیگر مقدار تفاوت در نیروی مهار متقابل ردیف اول بسیار چشم گیرتر از مقدار تفاوت در نیروهای ایجاد شده در مهار متقابل ردیف دوم می باشد. در شکل (7) می توان نمودار لنگر ایجاد شده در دیوار بر اثر سه مرحله گودبرداری در خاک ضعیف اشاره شده در جدول (1) را مشاهده کرد.
در شکل (8)، (9) و (10) می توان نمودار لنگر ایجاد شده در دیوار را در هر سه نوع خاک مورد اشاره در جدول (1) و همچنین بر اساس مدل رفتاری اصلاح شده و اصلاح نشده مشاهده نمود. از نتایج حاصل می توان این نتیجه را گرفت که مقدار لنگر خمشی ایجاد شده در دیوار در حالت استفاده از مدل رفتاری مور – کولمب اصلاح شده و اصلاح نشده از تفاوت چشمگیری برخوردار می باشد. مقدار این لنگر در هنگام استفاده از مدل رفتاری اصلاح شده از مقدار بسیار کمتری برخوردار است.
7. نتیجه گیری:
در این مقاله به کمک شبیه سازی عددی دو بعدی، به بررسی اثر مدل رفتاری خاک انتخاب شده بر نتایج حاصل از پایدارسازی گودهای مدل شده به روش دیوار دیافراگمی و مهار متقابل پرداخته شده است. در این تحقیق برای اطمینان از صحت نتایج به دست آمده از تحلیل، نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج حاصل از مدلسازی صورت پذیرفته توسط Chodhury et al مقایسه گردیده و از همخوانی مناسبی برخوردار می باشد.
مهمترین نتایج حاصل از این تحقیق عبارتند از:
1. مقدار تغییر شکل افقی دیوار در محل پنل برداری سوم به مقدار حداکثر خود رسیده و در مدل رفتاری مور – کولمب اصلاح شده از مقدار بسیار کمتری برخوردار می باشد.
2. مقدار نیروی محوری ایجاد شده در استرات ها نیز با افزایش عمق گودبرداری افزایش یافته و همچنین در استفاده از مدل رفتاری مور – کولمب اصلاح شده سبب کاهش شدید نیرو در استرات های ردیف دوم و همچنین افزایش نیرو در مهارمتقابل ردیف اول گردیده است.
3. از نتایج حاصل از مدلسازی می توان دریافت که مقدار لنگر خمشی ایجاد شده در دیوار در حالت استفاده از مدل رفتاری مور – کولمب اصلاح شده بسیار کمتر از مدلسازی با مدل رفتاری مور – کولمب اصلاح نشده می باشد.
به طور کلی نتایج حاصل از این مدلسازی نشان می دهد که استفاده از مدل رفتاری مناسب می تواند به شدت سبب تغییر نتایج مدلسازی گردد و استفاده از مدل های رفتاری اصلاح شده می تواند به دلیل واقع بینانه تر مدل کردن رفتار خاک سبب واقعی تر شدن نتایج و تا حدودی سبک تر شدن طرح گردد.
مرجع:
علیرضا درویش پور، اسماعیل قلیزاده، امیرمحمد امیری، اسداله رنجبر”بررسی اثر مدل رفتاری مور کولمب اصلاح شده بر رفتار گودهای مهار شده به روش مهار متقابل” کنفرانس بین المللی عمران، معماری و مدیریت توسعه شهری در ایران، تهران – دانشگاه تهران، آذر ماه 1397
در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
- نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
- انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
- مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
- سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
- خاک مسلح یا ژئوسنتتیک چیست؟ (Geosynthetict)
- سپرکوبی چیست؟ (Sheet Pile)
- دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی چیست؟ (Diaphragm walls – Slurry walls)
- دیوار برلنی یا دیوار سولجر پایل چیست؟ (Berlin wall – Soldier Pile and Lagging System)
- زهکشی و آب بندی در گودبرداری چیست؟ (Drainage- Dewatering & Waterproofing )
- نقشه برداری یا مهندسی نقشه برداری چیست؟ (Surveying)
- پایش گود یا مانیتورینگ چیست؟ (Monitoring)
- دستورالعمل بهداشت، ایمنی و محیط زیست چیست؟ (HSE)
- آموزش گام به گام نقشه خوانی انواع روش های پایدارسازی و گودبرداری
- ژئوتکستایل چیست؟ (?What is a Geotextile)
- ژئوممبران چیست؟ (?what is geomembrane)
- ژئوفوم چیست؟ (What is Geofoam)
- فوم بتن چیست؟ (What is Foam Concrete)
- جی سی ال چیست؟ (?what is GCL)
- بررسی اثر مدل رفتاری مور کولمب اصلاح شده بر رفتار گود های مهار شده
در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :
- تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
- ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ (Micropile & Underpinning)
- پیش بارگذاری چیست؟ (fill surcharge preloading method)
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)
- تراکم دینامیکی یا DC چیست؟ (Dynamic Compaction)
- ستون شنی ارتعاشی یا تراکم ارتعاشی چیست؟ (Vibro Stone Column)
- شمع ساختمان ، طراحی و اجرای شمع بتنی و شمع فلزی (Concrete Pile , Steel Pile)
- مدل سازی عددی تراکم دینامیکی (Numerical Modeling of Dynamic Compaction)
- بررسی دو روش تراکم دینامیکی و اختلاط عمیق در بهسازی بستر سواحل (DSM & DC)
- مقایسه دو روش تزریق با فشار بالا و اختلاط عمیق در بهسازی خاک (Jet Grouting & DSM)
- بررسی موردی عملکرد ستون های جت گروتینک در بهسازی بستر پی گسترده
- بهسازی خاک به روش میکروپایل یا ریز شمع (Micropile & Underpinning)
- بررسی عملکرد ستون های شنی در بهسازی خاک
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
- ژئوفیزیک (Geophysics)
- زمین شناسی (Geology)
- آزمایش سه محوری خاک (Triaxial Compression Test)
- انواع آزمایش های المانی بررسی رفتار روانگرایی خاک ها Different Types of Element Test for Soil) Liquefaction Assessment)
- روانگرایی خاک (Soil Liquefaction)
- روش های مقابله با روانگرایی خاک (Soil Liquefaction Mitigation)
- تحقیقات محلی در پروژه های ژئوتکنیک دریایی (Offshore geotechnical Site Investigation)
- آزمایش برش مستقیم (Direct Shear Test)
- آزمايش بارگذاری صفحه ای (Plate Loading Test or Plate Bearing Test)
- آزمایش برش مستقیم برجا In Situ Direct Shear) Test)
- معایب و خطاهای آزمایش برش مستقیم Disadvantages of) Direct Shear Test)
- پدیده فروچاله چیست؟ (?What is The Phenomenon of Sinkhole)
- نشست غیر یکنواخت (Differential Settlement)
- خاک های رمبنده (Collapsible Soil)
- آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی یا MASW چیست؟ (Multichannel Analysis of Surface Waves)
- آزمایش دیلاتومتری (DMT: Dilatometer Test)
در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار GEOSLOPE
- معرفی نرم افزار AutoCAD
- معرفی نرم افزار ETABS
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار ABAQUS
- معرفی نرم افزار FLAC
- معرفی نرم افزار MIDAS
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
- مهندسی تخریب ساختمان (Destruction Engineering)
- خاکبرداری چیست؟ (Excavation)
- رمپ و جمع آوری رمپ در گودبرداری (Ramp removal excavation)
- گودبرداری و خاکبرداری دو عملیات متمایز از یکدیگر
- گودبرداری غیر اصولی (Unprincipled Building Excavation)
- گودبرداری چیست؟ و اصول اجرای گودبرداری های ساختمانی (Excavation)
در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
- قرارداد مشارکت در ساخت (Construction participation contract)
- نظارت بر اجرای پروژه های عمرانی (Construction Supervision)
- مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- مدیریت پروژه های عمرانی (Project Management)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
مطالب مرتبط :
