ایستاسازه
En Ar

خانه - خدمات ایستاسازه - پایدارسازی گود عمیق - بررسی اثر مدل رفتاری مور کولمب اصلاح شده بر رفتار گود های مهار شده

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.

شكل 1: گود مد نظر در مطالعه این تحقیق
شكل 1: گود مد نظر در مطالعه این تحقیق

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.

جدول 1 مشخصات سه نوع خاک در نظر گرفته شده در این مقاله
جدول 1: مشخصات سه نوع خاک در نظر گرفته شده در این مقاله

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.

شكل 2 شبیه سازی اجزای محدود در نرم افزار میداس
شكل 2: شبیه سازی اجزای محدود در نرم افزار میداس

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.

شكل 3  شبیه سازی عددی گودبرداری در نرم افزار میداس
شكل 3: شبیه سازی عددی گودبرداری در نرم افزار میداس
شكل 4 نمودار لنگر خمشی ایجاد شده در دو طرف گودبرداری
شكل 4: نمودار لنگر خمشی ایجاد شده در دو طرف گودبرداری

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.

شكل 5 لنگر خمشی ایجاد شده در ارتفاع دیوار
شكل 5: لنگر خمشی ایجاد شده در ارتفاع دیوار در شبیه سازی عددی صورت پذیرفته در این تحقیق و شبیه سازی صورت پذیرفته توسط Chowdhury et al

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.

شكل 6  مقدار تغییر مكان دیوار کناره گود تحت سه خاک ضعیف، با فرض مدل مور - کولمب اصلاح نشده
شكل 6: مقدار تغییر مكان دیوار کناره گود تحت سه خاک ضعیف، با فرض مدل مور – کولمب اصلاح نشده
جدول 2  تغییر شكل افقی دیوار در هر سه نوع خاک
جدول 2: تغییر شكل افقی دیوار در هر سه نوع خاک

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.

جدول 3  مقدار نیروی ایجاد شده در اعضای محوری
جدول 3 : مقدار نیروی ایجاد شده در اعضای محوری در هر دو مدل رفتاری مور – کولمب اصلاح شده و اصلاح نشده

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.

شكل 7 : نمودار لنگر خمشی
شكل 7 : نمودار لنگر خمشی ایجاد شده در دیوار بر اثر گودبرداری در خاک ضعیف اشاره شده در جدول (1)

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.

شكل 8  نمودار لنگر خمشی وارد بر دیوار در خاک ضعیف بر اساس دو مدل رفتاری مور - کولمب اصلاح شده و اصلاح نشده
شكل 8: نمودار لنگر خمشی وارد بر دیوار در خاک ضعیف جدول (1)
شكل 9 : نمودار لنگر خمشی وارد بر دیوار خاک متوسط بر اساس دو مدل رفتاری مور - کولمب اصلاح شده و اصلاح نشده
شكل 9 : نمودار لنگر خمشی وارد بر دیوار در خاک متوسط جدول (1)
شكل 10  نمودار لنگر خمشی وارد بر دیوار در خاک قوی بر اساس دو مدل رفتاری مور - کولمب اصلاح شده و اصلاح نشده
شكل 10 : نمودار لنگر خمشی وارد بر دیوار در خاک قوی جدول (1)

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 : 

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

مطالب مرتبط :

سایر مقاله ها

انواع موج شکن و طراحی آن ها (Types of Breakwater)

موج شکن ها سازه هایی هستند که جهت ایجاد آرامش [...]


بیشتر بخوانید

تحلیل و طراحی پی ماشین آلات (Machine Foundation)

پی ماشین آلات عموما علاوه بر بارهای استاتیکی ناشی از [...]


بیشتر بخوانید

سد باطله چیست؟ انواع سدهای باطله و کاربرد آن ها (tailing dams)

شرکت های معدنی مختلف به دنبال افزایش منافع اقتصادی خود [...]


بیشتر بخوانید

آزمایش هم ارز ماسه یا ارزش ماسه ای (SE) (sand equivalent test)

نسبت ماسه به ریزدانه ها (سیلت و رس) در خاک [...]


بیشتر بخوانید