باربری، این، اصطکاک، Nγ، PLAXIS، ورودی

ک هستند. این ضرایب از روابط زیر محاسبه می‏شود:
(2-3)
(2-4)
(2-5)
kp ضریب فشار مقاوم خاک می‏باشد.

شکل(2-5)- مکانیزم گسیختگی در نظر گرفته شده توسط ترزاقی
ترزاقی برای محاسبه ظرفیت باربری نهایی شالوده دایره رابطه زیر را پیشنهاد کرد:
(2-6)
که D قطر شالوده دایره می‏باشد.
در رابطه تعیین ظرفیت باربری ترزاقی، مقاومت برشی آن قسمت از سطح گسیختگی که در بالای سطح زیرین شالوده قرار دارد را منظور نمی‏کند. همچنین ظرفیت باربری را فقط برای بارهای قائم محاسبه می‏کند. مایرهوف[8] در سال 1963 شکل گسیختگی زیر یک پی را به صورت شکل(2-6) در نظر گرفت و رابطه زیر را برای محاسبه ظرفیت باربری ارائه کرد:
(2-7)
که در آن:
ضرایب عمق پی
ضرایب شکل پی
ضرایب شیب بار
مایرهوف فرض کرد که زاویه α مساوی 45+φ/2 باشد. ضرایب ظرفیت باربری از روابط زیر محاسیه می‏شود:
(2-8)
(2-9)
(2-10)

شکل(2-6)- مکانیزم گسیختگی در نظر گرفته توسط مایرهوف
هنسن[9] در سال 1970 سطح گسیختگی زیر یک پی را مانند ترزاقی در نظر گرفت. البته فرض کرد که زاویه α مساوی φ باشد. هنسن Nc و Nq را مانند روابط مایرهوف در نظر گرفت و Nγ را به صورت زیر اصلاح کرد:
(2-11)
مانوهاران و دسگوپا[10] در سال 1993 ظرفیت باربری پی دایره‏ای را به روش المان محدود محاسبه کردند. مدل المان محدود مورد استفاده در این روش برای پی به قطر D در شکل(2-7) نشان داده شده است. برای نوشتن الگوریتم المان محدود از المان‏های هشت گره‏ای استفاده شد.
پی صلب در دو حالت مورد بررسی قرار گرفت:
– پی صاف
در این حالت فرض می‏شود که در اثر اعمال بار خاک زیر پی بتواند به صورت افقی جابجا شود. به عبارتی دیگر از اصطکاک بین پی و خاک صرف نظر می‏شود.
– پی زبر
در این حالت فرض می‏شود که در اثر اعمال بار خاک زیر پی نتواند به صورت افقی جابجا شود. به عبارتی دیگر اصطکاک بین پی و خاک بینهایت در نظر گرفته می‏شود.

شکل(2-7)- مدل المان محدود مورد استفاده در روش مانوهاران و دسگوپا

شکل(2-8)- جابجایی در زیر پی صاف

شکل(2-9)- جابجایی در زیر پی زبر
در شکل‏های(2-8) و (2-9) جابجایی در زیر پی صاف و زبر در تحلیل مانوهاران و دسگوپا نشان داده شده است. ضرایب ظرفیت باربری به صورت زیر محاسبه شدند.
– محاسبه Nc
برای محاسبه Nc فرض شد که خاک بدون وزن باشد. همچنین پی سطحی باشد، یعنی فشار سربار(q) صفر باشد. درنتیجه:
(2-12)
نتیجه کار برای محاسبه Nc در شکل(2-10) نشان داده شده است.

شکل(2-10)- تغییرات Nc با زاویه اصطکاک داخلی در روش مانوهاران و دسگوپا
– محاسبه Nq
برای محاسبه Nq فرض شد که خاک بدون چسبندگی و بدون وزن باشد. درنتیجه:
(2-13)
نتیجه کار برای محاسبه Nq در شکل(2-11) نشان داده شده است.
– محاسبه Nγ
برای محاسبه Nγ فرض شد که خاک بدون چسبندگی باشد. همچنین پی سطحی باشد، یعنی فشار سربار(q) صفر باشد. درنتیجه:
(2-14)
نتیجه کار برای محاسبه Nγ در شکل(2-12) نشان داده شده است

شکل(2-11)- تغییرات Nq با زاویه اصطکاک داخلی در روش مانوهاران و دسگوپا
.
شکل(2-12)- تغییرات Nγ با زاویه اصطکاک داخلی در روش مانوهاران و دسگوپا
کومار و گوش[11] مقدار Nγ را برای پی دایره‏ای و حلقوی محاسبه کردند. آنها از روش لغزش-خط برای محاسبه Nγ استفاده کردند. همچنین فرض شد که زاویه اصطکاک بین خاک و پی(δ) از صفر تا زاویه اصطکاک داخلی خاک(φ) تغییر کند. نتایج حاصل از کار کومار و گوش در جدول(2-1) نشان داده شده است.
جدول(2-1)- مقدار Nγ برای اصطکاک مختلف بین خاک و پی
φ
0/31 0/29 0/27 0/21 0 10
0/37 0/35 0/33 0/24 0/25 0/40 0/40 0/38 0/32 0/5 – 2/20 1/96 1/28 0 20
2/87 2/67 2/36 1/6 0/25 3/16 3/02 2/74 1/44 0/5 – 14/99 12/79 7/13 0 30
20/45 18/48 15/56 8/67 0/25 22/92 21/28 18/42 8/2 0/5 هاتف و بوشهریان[12] در سال 2001 رفتار پی حلقوی روی خاک ماسه‏ای را به صورت عددی مورد بررسی قرار دادند. آنها از نرم‏افزار plaxis برای بررسی رفتار پی استفاده کردند. از مدل مور-کولمب برای مدل‏سازی مصالح، شرایط تقارن محوری و المان‏های 15 گره‏ای استفاده شد. مدل هندسی این آنالیز در شکل(2-14) نشان داده شده است. قطر خارجی پی برابر 3 سانتیمتر و قطر داخلی به صورت متغییر در نظر گرفته شد. در شکل(2-15) تغییرات نسبت قطر داخلی به قطر خارجی پی در برابر ظرفیت باربری نشان داده شده است.
همانطور که این شکل نشان می‏دهد در نسبت قطر حدود 4/0 ظرفیت باربری به مقدار حداکثر خود رسیده است. البته این مقدار همیشه ثابت نیست و هاتف و رضوی[13] در سال 2003 این مقدار را بین 2/0 تا 4/0 پیش‏بینی کردند.

شکل(2-13)- مدل در نظر گرفته شده به وسیله هاتف و بوشهریان

شکل(2-14)- ظرفیت باربری محاسبه شده توسط هاتف و بوشهریان
زیو و وانگ[14] در سال 2006 ظرفیت باربری پی حلقوی را روی خاک ماسه‏ای مورد ارزیابی قرار دادند. آنها از روش تفاضل محدود و نرم افزار Flac برای محاسبه ظرفیت باربری استفاده کردند. در شکل(2-15) مدل هندسی این تحلیل نشان داده شده است. قطر خارجی پی برابر 3 متر و قطر داخلی به صورت متغیر در نظر گرفته شد. با توجه به اینکه خاک غیر چسبنده و عمق پی صفر در نظر گرفته شد ظرفیت باربری پی از رابطه زیر محاسبه می‏شود:
(2-15)
که در آن ضریب ظرفیت باربری با در نظر گرفتن ضرایب شکل پی است و مقدار آن را برای پی حلقوی می‏توان از رابطه زیر محاسبه کرد:
(2-16)

شکل(2-15)- مدل تفاضل محدود در نظر گرفته شده توشط زیو و وانگ
نتایج حاصل از تحلیل زیو و وانگ برای پی صاف و زبر در شکل‏های(2-16) و (2-17) ارائه شده است. مقدار با افزایش نسبت قطر داخلی به قطر خارجی پی کاهش می‏یابد. همچنین برای پی‏های زبر به ویژه در زاویه اصطکاک داخلی بالا، مقدار ظرفیت باربری به طور قابل ملاحظه‏ای از ظرفیت باربری پی صاف بیشتر است.

شکل(2-16)- مقدار Nγ برای پی حلقوی در حالت صاف

شکل(2-17)- مقدار Nγ برای پی حلقوی در حالت زبر
2-5- نشست پی‏ها
نشست سازه‏ها در اثر تغییرشکل و تغییر حجم خاک بستر و یا زیر سازه تحت تنش وارد شده اتفاق می‏افتد. مجموعه تغییرشکل‏های فوق در نتیجه تغییر حجم الاستیک و پلاستیک دانه‏ها، تغییر حجم توده خاک در نتیجه خروج آب و هوا از منافذ اتفاق می‏افتد.
2-5-1- نشست آنی
تغییر مکان عمودی زیر یک سطح بارگذاری شده تحت فشار یکنواخت q در یک توده نیم بینهایت، همگن و همسان که در محدوده کشسانی قرار دارد و از قانون هوک تبعیت میکند، برابر است با[15]:
(2-17)
در این رابطه Is ضریب تاثیر است که به هندسه سطح بارگذاریشده بستگی دارد. در رابطه(2-17) فرض شده است که پی سطحی باشد. شرایط فوق، فرضیاتی است که نسبتا مجازی بوده که با شرایط عملی مطابقت ندارد. برای شرایط واقعی جانبو و بیروم[16] در سال1956 تصحیحاتی در رابطه(2-17) به عمل آورد تا عمق استقرار پی و نیز ضخامت محدود لایه نشست پذیر در محاسبات منظور گردد. رابطه زیر برای محاسبه نشست یک پی به طول L و عرض B ارائه گردید:
(2-18)
که درآنμ0 و μ1ضرایب تاثیر هستند که از شکل‏های(2-18) و (2-19) محاسبه می‏شود.

شکل(2-18)- نمودار تعیین محاسبه μ1 [16]

شکل(2-19)- نمودار تعیین محاسبه μo[16]
باولز[17] روابط زیر را برای محاسبه نشست آنی ارائه داد:
(2-19)
(2-20)
که درآن I1 و I2 ضرایب تاثیر هستند که از روابط زیر محاسبه می‏شود:
(2-21)
(2-22)
که درآن
(2-23)
مقدار If نیز از شکل(2-20) محاسبه می‏شود.

شکل(2-20)- مقادیر تصحیح عمق بر اساس D/B و L/B
گازتاز و همکاران[18] در سال‏های 1985 تا 1991 تجدیدنظرهایی در ارتباط با رابطه پایه نشست آنی بعمل آوردند که نظرات آنها به شرح زیر است:
سختی خاک عموما با عمق افزایش می‏یابد و حاصل آن کاهش نشست است().
وجود تنش‏های حاصل از بارگذاری، افزایش تنش‏های احاطه کننده را در محدوده میانی خاک زیر پی را داشته و بنابراین خاک سخت‏تر عمل نموده و این پدیده اثرات عمق استقرار نامیده می‏شود().
بخشی از بار وارده روی پی می‏تواند از طریق دیواره‏های اطراف پی که با آن یکپارچه هستند تحمل گردد. تحمل بخشی از بار توسط اصطکاک جانبی موجب کاهش نشست یا همان تغییر شکل قائم خواهد شد که این پدیده اثرات تماسی جانبی دیوار نامیده می‏شود().
بنابراین:
(2-24)
که مقدار سه ضریب اصلاحی به شرح زیر است:
(2-25)
(2-26)
(2-27)
Ab سطح تماس کف پی با زمین و Aw سطح تماس دیوار به عنوان بخش مدفون پی می‏باشد. برای پی دایره‏ای مقدار ، 785/0 در نظر گرفته می‏شود.
2-5-2- نشست تحکیم
تحکیم در خاک‏های ریزدانه اشباع اتفاق می‏افتد. در اثر ساخت و اعمال بار یا وزن لایه‏های بالایی ابتدا تمام فشار اضافی به آب منتقل شده که به علت نفوذ پذیری پایین خاک امکان زهکشی فراهم نبوده ولی به مرور زمان اختلاف فشار موجود کم شده به طوری که در نهایت تمام فشار اضافی ناشی از بارگذاری به ذرات خاک منتقل می‏شود[19].
اگر یک لایه رسی تحت افزایش تنش قرار گیرد، در صورتی که لایه رس عادی تحکیم یافته باشد میزان نشست آن را می‏توان از رابطه زیر محاسبه کرد:
(2-28)
در صورتی که رس پیش تحکیم یافته باشد و تنش آن بعد از افزایش تنش از فشار پیش‏تحکیمی کمتر باشد میزان نشست آن را می‏توان از رابطه زیر محاسبه کرد:
(2-29)
در صورتی که رس پیش تحکیم یافته باشد و تنش آن بعد از افزایش تنش از فشار پیش‏تحکیمی بیشتر باشد میزان نشست آن را می‏توان از رابطه زیر محاسبه کرد:
(2-30)
در روابط(2-28) تا (2-30) e0 تخلخل اولیه، σ0 تنش اولیه، σc فشار پیش‏تحکیمی،H ضخامت لایه رسی، Cc ضریب فشردگی، Cs ضریب تورم می‏باشد.
روابط ارائه شده برای تحکیم بر اساس آزمایش و فرضیات به عمل آمده در حالت تحکیم یک بعدی است که در عمل و در سایت چنین وضعیتی را نداشته و اصلاحاتی در این خصوص برای فشارهای اطراف صورت گرفته که می‏توان به رابطه پیشنهادی اسکمپتون و بیروم[20] در این خصوص اشاره نمود:
(2-31)
Sact : نشست تحکیمی واقعی
Sc : نشست محاسباتی مربوط به تحکیم یک بعدی
μs : ضریب اصلاح است که می‏توان از شکل(2-21) محاسبه کرد.

شکل(2-21)- ضریب اصلاح نشست تحکیم یک بعدی به مقدار واقعی[20]
فصل سوم
مدل‏سازی
MACROBUTTON MTEditEquationSection2 Equation Chapter 1 Section 1 SEQ MTEqn r h * MERGEFORMAT SEQ MTSec r 1 h * MERGEFORMAT SEQ MTChap r 1 h * MERGEFORMAT 3-1- مقدمه
توسعه روزافزون نرم‌افزارهای رایانه‌ای و کاربرد آن‌ها در علوم مختلف، تحولات بزرگی در دقت نتایج حاصل از تحلیل‌های مربوطه ایجاد نموده است. علم مهندسی ژئوتکنیک نیز از این قاعده مستثنی نبوده و تاکنون نرم‌افزارهای متعددی در شاخه‌های مختلف آن ارائه شده است. یکی از نرم‌افزارهای مفید و کاربردی، PLAXIS می‌باشد. PLAXIS یک برنامه کامپیوتری المان محدود با اهداف به خصوصی است که برای انجام آنالیز پایداری و تغییر شکل در کاربردهای مختلف ژئوتکنیکی استفاده می‌شود.
برنامه PLAXIS در محیط ویندوز قابل اجرا بوده و دارای قابلیت‌های فراوان می‌باشد و در عین حال استفاده از آن برای کاربر آسان و راحت است. تهیه این برنامه در سال 1987 در دانشگاه دلف هلند آغاز شد و به تدریج گسترش بیشتری یافت و با همکاری دیگر متخصصین ژئوتکنیک در اروپا همانند متخصصین دانشگاه اشتوتگارت المان ادامه یافت و تکمیل این برنامه همچنان ادامه دارد.
در این فصل ابتدا به معرفی نرم‏افزار PLAXIS و دلایل انتخاب این نرم افزار پرداخته می‏شود. سپس مراحل مدل سازی در نرم افزار به صورت گام به گام ضمن مدلسازی کار حاضر توضیح داده می‏شود.
3-2- دلایل انتخاب نرم‌افزار PLAXIS برای انجام تحقیق
برای تحلیل به روش اجزاء محدود از نرم‌افزارهایی مثل انسیس، لوسس، نیسا، کریسپ، پلاکسیس و یا هر نرم‌افزار غیرخطی دیگری که معیارهای تسلیم مناسب و المان‌های مورد نیاز برای تحلیل را داشته باشد می‌توان استفاده کرد. در این پروژه از نرم‌افزار PLAXIS برای انجام کارها استفاده می‌شود. دلایل عمده انتخاب نرم‌افزار PLAXIS به شرح زیر می‌باشد:
1- نسخه‌های مختلف این نرم‌افزار در دسترس است و از لحاظ نصب، نیازهای سخت‌افزاری، تحلیل و… دارای مشکلی نمی‌باشد
2- انواع مختلف معیارهای تسلیم در این نرم‌افزار موجود می‌باشد.
3- قابلیت‌های این نرم‌افزار در تولید خطوط، سطوح و همچنین در تولید المان‌ها و مش‌بندی اتوماتیک، بسیار بالا می‌باشد.
4- فایل ورودی که این برنامه می‌سازد بسیار قابل فهم می‌باشد، به نحوی که به راحتی می‌توان تغییرات مورد نظر را در فایل ورودی وارد کرد و نیازی به مدل کردن مجدد مدل نمی‌باشد.
5- امکانات گرافیکی این برنامه بسیار مناسب می‌باشد به نحوی که علاوه بر مشاهده‌ کانتورهای تنش و تغییر شکل می‌توان چگونگی تغییرات آن‌ها را نیز از ابتدا تا انتهای بارگذاری مورد بررسی قرار داد. این امر برای بررسی چگونگی گسترش منطقه پلاستیک طی مراحل مختلف بارگذاری و یا چگونگی تغییر شکل‌ سازه در این مراحل بسیار کاربرد خواهد داشت.
3-3- کلیاتی در مورد PLAXIS
نرم‌افزار PLAXIS دارای چهار زیربرنامه ‌ ورودی، محاسبات، خروجی و منحنی می‌باشد که در ادامه به طور مختصر در مورد آن‌ها توضیح داده می‌شود.
3-3-1- معرفی داده‌های ورودی
اطلاعات ورودی در برنامه PLAXIS به چهار نوع متمایز زیر تقسیم می‌شود:
1- اطلاعات ورودی مربوط به اجزاء هندسه مدل (مانند ترسیم لایه خاک)
2- اطلاعات ورودی متنی (مانند تخصیص نام پروژه)
3- اطلاعات ورودی مربوط به مقادیر (تخصیص پارامترهای مدل)
4- اطلاعات ورودی مربوط به انتخاب‌ها (مانند انتخاب مدل خاک)
به طورکلی زیربرنامه ورودی شامل تمام قابلیت‌های مربوط به رسم و تغییر مدل هندسی، مش‌بندی المان محدود متناظر آن و ایجاد شرایط اولیه می‌باشد.
3-3-2- انتخاب نوع مدل
برای آنالیز هر پروژه، نخست ایجاد یک مدل هندسی اهمیت دارد. یک مدل هندسی، نمایش دوبعدی از نمونه سه‌بعدی واقعی است که باید در برگیرنده‌ی نمونه‌ای از خاک بستر متشکل از

این نوشته در پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *