27269

رفتارشناسي گود ميخ‌گذاري‌شده تحت فشار سربار به كمك سانتريفيوژ

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي عمران- ژئوتكنيك

1392

1401/4/29

علي‌اكبر حشمتي رفسنجاني - حسين صالح‌زاده

مجيد مرادي

مهندسي عمران

ميخ¬گذاري يكي از روش¬هاي رايج در پايدارسازي شيب¬ها و گودها (شيب¬هاي با زاويه 90 درجه) مي¬باشد. يكي از عمده دلايل محبوبيت اين روش اجراي سريع و همچنين اقتصادي¬بودن اين روش است. براي بسيج¬ شدن تنش اصطكاكي بين خاك و دوغاب در روش ميخ¬گذاري نياز به تغييرشكل در ديواره گود مي¬باشد اما در كنار ساختمان¬هاي مسكوني در مناطق شهري پايدارسازي گودهاي عميق با روش مهاربندي (انكراژ) انجام مي¬شود. در رساله حاضر قصد بر آن است تا رفتار گودهاي ميخ¬گذاري¬شده در كنار ساختمان¬هاي مجاور مورد بررسي قرار گيرد. در اين تحقيق با استفاده از روش آزمايشگاهي و به¬كمك شبيه¬سازي ابعاد و مشخصات گود مزبور در سانتريفيوژ به-منظور دست¬يابي به شرايط واقعي، 10 آزمايش طراحي شد تا تاثير ميزان فشار سربار، الگوي تراكم ميخ، نوع خاك و عمق گود بر سطوح گسيختگي، تغييرشكل جانبي و نشست خاك پشت رخپوش و توزيع فشار جانبي در گودهاي ميخ¬گذاري¬شده بررسي گردد. ارتفاع نمونه ساخته¬شده 30 سانتيمتر و خاك استفاده شده ماسه 161 فيروزكوه با تراكم نسبي 50 و رطوبت نسبي 6 درصد بود. ميخ¬ها لوله¬هاي برنجي ماسه¬اندود¬شده بودند و رخپوش از دوغاب سيمان به¬همراه توري مشي ساخته شد. فرآيند اعمال فشار سربار و متعاقباً گودبرداري در شتاب هدف – شتاب g40 - انجام پذيرفت. اعمال سربار با پر كردن مخزن بارگذاري توسط آب در شتاب هدف شبيه¬سازي شد و سپس با زهكشي كردن آب از غشائي كه در جلوي گود قرار داشت و در شتاب g1 پر از آب شده بود فرآيند گودبرداري شبيه¬سازي گرديد. . چهار آزمايش اول در شتاب g40 گود 12متري و شش آزمايش بعد در شتاب¬هاي g40 و g60 گودهاي به¬ترتيب 12 و 18 متري را شبيه¬سازي كرد. از دو دسته فشار سربار (دسته اول شامل 40، 70 و 100 كيلوپاسكال در شتاب g40 نظير يك گود با عمق 12 متر و دسته دوم شامل 60، 105 و 150 كيلوپاسكال در شتاب g60 نظير يك گود با عمق 18 متر)، سه الگوي تراكم ميخ مختلف، سه طول ميخ مختلف و سه خاك ماسه، ماسه با رس كم (20 درصد رس) و ماسه با رس زياد (40 درصد رس) استفاده گرديد تا تاثير عوامل مختلف بر رفتار گودهاي ميخ¬گذاري¬شده مورد بررسي قرار گيرد با استفاده از فشارسنج¬هاي مينياتوري توزيع فشار جانبي خاك در پشت رخپوش براي شش آزمايش ثبت گرديد. به¬كمك تحليل پردازش تصوير سطوح گسيختگي و نيم¬رخ تغييرشكل¬هاي گود نيز مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد استفاده از ميخ¬گذاري با تراكم ميخ كم و يا متوسط به¬منظور پايدارسازي گود در كنار ساختمان همسايه توصيه نمي¬شود. اما ميخ¬گذاري با تراكم ميخ زياد براي گودهاي با عمق كمتر از 12 متر با توجه به مشخصات خاك در مجاورت ساختمان¬هاي 3 طبقه و يا كمتر قابل بررسي است. همچنين سطح گسيختگي به¬صورت دوخطي است و ساز و كار گسيختگي بيرون¬كشيده¬شدن ميخ¬هاست و خمش در ميخ¬ها ديده نمي¬شود. براي الگوي ميخ¬ با تراكم زياد با ماسه¬ توزيع فشار جانبي اعمالي به رخپوش با فشار پيشنهادي ترزاقي-پك و همچنين فشار توصيه شده توسط FHWA اختلاف معناداري دارد. هرچه آرايش ميخ¬ها متراكم¬تر باشد فشار جانبي اعمال شده به رخپوش كمتر مي¬شود. براي ماسه¬ و ماسه رس¬دار دو توزيع فشار جانبي خاك در پشت رخپوش براي گودهاي ميخ¬گذاري¬شده تحت فشار سربار ديده شد. افزايش فشار سربار باعث افزايش تغييرشكل جانبي و نشست گودهاي ميخ¬گذاري¬شده مي¬شود. ميزان فشار سربار بر حالت تغييرشكل تاثيرگذار است. همچنين ديده شد نيم¬رخ تغييرشكل جانبي به دو صورت رخ مي¬دهد. براي گود با الگوي ميخ با تراكم كم و يا متوسط تغييرشكل جانبي در بالاي گود بيشترين و در پايين گود كمترين است (نوع طره¬اي)، در اين حالت نيم¬رخ نشست به صورت چندخطي خواهد بود به¬طوري¬كه هرچه به لبه گود نزديك مي¬شويم ميزان نشست افزايش مي¬يابد. براي گود با الگوي تراكم ميخ زياد بيشترين تغييرشكل جانبي در ميانه گود رخ مي¬دهد (نوع شكم¬دادگي) و نيم¬رخ نشست متناظر با آن به¬شكلي است كه بيشترين ميزان نشست متاثر از فشار سربار با فاصله از لبه گود رخ مي¬دهد. وجود 20 درصد رس درون خاك ماسه¬اي، نشست و تغييرشكل جانبي خاك را به¬طور معناداري كاهش مي¬دهد هرچند وجود 40 درصد رس تاثير معكوس داشته و منجر به افزايش قابل توجه نشست و تغييرشكل جانبي خاك در پشت رخپوش مي¬گردد.

1401/08/17

Study on the performance of nailed deep excavation under surcharge using centrifuge model test

7/20/2023 12:00:00 AM

Nailing is one of the common methods of stabilizing slopes and excavations (slopes with an angle of 90 degrees). One of the main reasons for the popularity of this method is its quick construction and also its cost-effectiveness. In order to mobilize the bond stress between the soil and the grout in the nailing method, deformation must occur in the excavation wall, but next to residential buildings in urban areas, stabilization of deep excavations is done with the anchoring method. In this thesis, it is intended to investigate the behavior of nailed excavation next to neighboring buildings. In this thesis, using the laboratory method and simulating the dimensions and characteristics of the specific excavation in the centrifuge in order to achieve the real conditions, 10 tests were designed to determine the effect of surcharge, nail density pattern, soil type and excavation depth on failure surfaces, lateral deformation and settlement of soil behind the facing and lateral pressure distribution in nailed excavations. The depth of the constructed sample was 30 cm and the soil used was Firoozkoh sand No. 161 with a relative density of 50% and a water content of 6%. The nails were sand-coated brass pipes and the facing was made of cement grout with a steel mesh. The process of applying surcharge and subsequent excavation was carried out at the target acceleration -40g acceleration. Surcharge application was simulated by filling the loading tank with water at the target acceleration and then by draining the water from the membrane that was in front of the excavation and was filled with water at 1g acceleration, the excavation process was simulated. The first four tests at 40g acceleration simulated a 12meter excavation and the next six tests simulated 12- and 18-meter excavations at 40g and 60g accelerations, respectively. Two categories of surcharge (the first category includes 40, 70 and 100 kPa) in 40g acceleration such as a 12-meter deep excavation and (the second category includes 60, 105 and 150 kPa) in 60g acceleration such as s 18-meter deep excavation), three nail density patterns, three different nail lengths and three types of sand, sand with low clay (20% clay) and sand with high clay (40% clay) were used to investigate the effect of different factors on the behavior of the nailed excavations. Using miniature pressuremeter, the lateral pressure distribution of the soil behind the facing was recorded for six tests. Using image processing analysis, failure surfaces and profile of excavation deformations were also investigated. The results showed that it is not recommended to use nailing with low or medium nail density in order to stabilize the excavation next to the neighboring building. However, nailing with a high density of nails can be investigated for excavations with a depth of less than 12 meters in the vicinity of buildings with 3 floors or less according to the characteristics of the soil. Also, the failure surface is bilinear, and the mechanism of failure is pulling out the nails, and bending is not seen in the nails. The deformation of the facing at the moment of failure includes translational, rotational, and buckling movements. For the high-density nail pattern with sand, the lateral pressure distribution applied to the facing has a significant difference with the pressure recommended by Terzaghi-Peck and also the pressure recommended by FHWA. The denser the arrangement of nails is, the lower the lateral pressure applied to the facing. For sand and both clayey sands, two distributions of lateral soil pressure were seen behind the facing for nailed excavations under surcharge. An increase in the surcharge causes an increase in the lateral deformation and settlement of the nailed excavations. The amount of surcharge affects the deformation mode. It was also seen that the lateral deformation profile occurs in two ways. For an excavation with a low or medium nail density pattern, the lateral deformation is the highest at the top of the excavation and the lowest at the bottom of the excavation (cantilever type), in this case, the settlement profile will be multi-linear, so that the amount of settlement increases as it gets closer to the edge of the excavation. For an excavation with a high nail density pattern, the maximum lateral deformation occurs in the middle of the excavation (bulging type) and the corresponding settlement profile is such that the maximum amount of settlement affected by the surcharge occurs with the distance from the edge of the excavation. The presence of 20% clay in sandy soil significantly reduces the settlement and lateral deformation of the soil, although the presence of 40% clay has the opposite effect and leads to a significant increase in the settlement and lateral deformation of the soil behind the facing.

سانتريفيوژ , نمونه فيزيكي , ميخ گذاري , سربار , سطح گسيختگي , توزيع فشار جانبي , تغييرشكل جانبي گود

centrifuge , Physical modelling , nailing , surcharge , Failure Surface , soil lateral pressure distribution , lateral deformation of excavation

Mohammad Shoari

Dr. Heshmati