21304

21304

رفتارشناسي ديوارهاي خاك مسلح تحت تراوش با استفاده از سانتريفيوژ

دكتري

ژئوتكنيك

91-98

1398/2/10

دكتر حميدرضا رازقي

دكتر بي وي اس ويژوانادهام

عمران

هدف اين رساله بررسي عملكرد ديوارهاي خاك مسلح ژئوسينتتيكي با مصالح حاوي ريزدانه و با نماي پنل بتني تحت تراوش است. به تعداد 6 آزمايش سانتريفيوژي در شتاب g40 با استفاده از دستگاه سانتريفيوژ انستتيتو تكنولوژي بمبئي با طول بازوي m 5/4 انجام شد. ارتفاع ديوار درابعاد واقعي برابر با m 10 بود. مصالح حاوي ريزدانه شامل يك ماسه سيلتي با %20 ريزدانه بود. تأثير سختي مسلح كننده، زهكش دودكشي ماسه اي، تعداد لايه هاي ژئوكامپوزيت و تأثير زهكش دودكشي ژئوتكستايلي در اين تحقيق مورد مطالعه قرار گرفت. ارتفاع ديوار، نوع خاك، طول و فاصله داري قائم مسلح كننده ها و نوع نماي ديوار ثابت در نظر گرفته شد. در اين مطالعه لايه هاي ژئوكامپوزيت عملكرد دوگانه تسليح و زهكشي را داشتند. رفتار مدل هاي ديوار با استفاده از حس گرهاي نشست سنج و فشارسنج هاي آب حفره اي در طول آزمايش مورد تحليل و بررسي قرار گرفت. آناليز تصاوير نيز براي بدست آوردن ميدان جابجايي ها و كرنش ها استفاده شد. نتايج نشان داد كه ديوار خاك مسلح با لايه هاي ژئوگريد ضعيف و بدون هيچ گونه سيستم زهكشي بعد از اعمال تراوش دچار گسيختگي كلي شد كه به تشكيل فشار آب حفره اي مثبت در محدوده تسليح شده مربوط مي شد. اما در مقايسه با آن، ديوار خاك مسلح با لايه هاي ژئوگريد قوي و بدون سيستم زهكشي رفتار بسيار خوبي از خود نشان داد و بعد از اعمال تراوش تغييرشكل ها به طور قابل توجهي كنترل شدند. استفاده از زهكش ماسه اي دودكشي باعث شد تا فشار آب حفره اي نه تنها در پنجه ديوار بلكه در محدوده مياني ديوار نيز كاهش يابد و در نتيجه رفتار ديوار تحت نيروهاي تراوش بهبود پيدا كند. اما پديده افزايش گراديان هيدروليكي در محدوده پنجه ديوار مشاهده شد. استفاده از لايه هاي ژئوكامپوزيت در يك-سوم پاييني ارتفاع ديوار موجب بهتر شدن رفتار ديوار و جلوگيري از گسيختگي كلي شد. علاوه بر اين اضافه كردن لايه هاي ژئوكامپوزيت در يك-سوم پاييني و مياني ارتفاع ديوار نيز باعث عملكرد عالي ديوار شد به طوري كه فشار آب حفره اي نه تنها در پنجه ديوار بلكه در محدوده مياني ديوار نيز كاهش پيدا كرد. عملكرد ديوار خاك مسلح با لايه هاي ژئوكامپوزيت در يك-سوم پاييني و مياني ديوار در مقايسه با ديوار خاك مسلح با زهكش دودكشي ماسه اي بهتر بود. استفاده از زهكش دودكشي ژئوتكستايلي نتوانست رفتار ديوار را بهبود ببخشد و گسيختگي كلي در مدل اتفاق افتاد. براي بررسي بيشتر رفتار مدل هاي سانتريفيوژي و مطالعه پارامتري، تحليل پايداري در برابر گسيختگي كلي و تحليل تراوش با استفاده از نرم افزارهاي SLOPE/W و SEEP/W انجام شد. تطابق خوبي بين نتايج حاصل از مدلسازي عددي و مشاهدات آزمايش هاي سانتريفيوژي بدست آمد. تأثير تعداد لايه هاي ژئوكامپوزيت و نفوذپذيري آنها با استفاده از مطالعات پارامتري در نرم افزار SEEP/W مورد بررسي قرار گرفت. نتايج مدلسازي نشان داد كه تعداد لايه هاي ژئوكامپوزيت در مقايسه با ميزان نفوذپذيري آن ها تأثير بيشتري در بهبود عملكرد ديوار دارد. بر اساس تحليل ها و تفسيرهاي صورت گرفته بر روي مدل هاي سانتريفيوژي، نتيجه گيري مي شود كه مصالح خاكريز نامرغوب مي تواند در ساخت ديوارهاي خاك مسلح استفاده شود و بايد در چنين شرايطي از ژئوگريدهاي با سختي و مقاومت بالا يا سيستم زهكش دودكشي ماسه اي يا لايه هاي ژئوكاپوزيت و يا تلفيقي از آن ها استفاده نمود.

1398/08/21

Study on the performance of geosynthetic reinforced soil walls under seepage using centrifuge modelling

1/20/2020 12:00:00 AM

The objective of this thesis is to investigate the performance of geosynthetic reinforced soil walls with panel facing using marginal backfill subjected to seepage. A total number of six centrifuge model tests were performed at 40 gravities using a 4.5 m radius large beam centrifuge facility available at IIT Bombay. In this study the marginal backfill had 20% fines. The effects of geogrid stiffness, chimney sand drain, number of geocomposite layers and chimney nonwoven geotextile drain were studied in this research. The wall height, soil type, geogrid length and spacing and facing type was kept constant. In this study, geocomposite layers played dual function of drainage and reinforcement. The behavior of wall models was monitored using displacement and pore water pressure transducers during centrifuge tests. Image analysis technique was also used to get displacement and strain fields. The results revealed that a geogrid reinforced soil wall with low stiffness geogrid and without any drain system experienced a catastrophic failure due to excess pore water pressure that developed in the reinforced and backfill zones at the onset of seepage. In comparison, a soil wall reinforced with stiff geogrid layers was found to perform effectively even at the onset of seepage. Provision of chimney sand drain effectively decreased pore water pressure not only at the wall toe but also at mid-distance from toe of the wall and thereby resulted in enhancing the wall performance under the effect of seepage forces. However, a local piping failure was observed near the toe region of the wall. Provision of geocomposite layers at the bottom portion of the wall improved the wall behavior. Further, inclusion of geocomposite layers up to the mid-height of the wall from bottom resulted in superior performance of the wall reinforced with geocomposite layers than geogrid reinforced soil walls by lowering phreatic surface effectively. The performance of reinforced soil walls with geocomposite layers was found to be superior than the geogrid reinforced soil walls with chimney drain. Application of chimney geotextile layer could not improve the wall behavior but caused a delay on the occurrence of general failure. For analyzing further the observed behavior of centrifuge model tests, stability and seepage analysis were conducted using SLOPE/W and SEEP/W software packages. A good compromise was found between the results of numerical analysis and observation made in centrifuge tests. The effect of number of geocomposite layers as well as its transmissivity was further analyzed using parametric study. The results of parametric study revealed that the number of geocomposite layers plays a main role on the good performance of the geogrid reinforced soil walls with marginal backfill. Based on the analysis and interpretation of centrifuge test results, it can be concluded that marginal soil can be used as a backfill in reinforced soil walls provided, it has geogrid layers of adequate stiffness and/or proper geocomposite layers or chimney sand drain configuration.