31388

مطالعه اثر شكل ذرات بر مقاومت بيرون كشيدگي ميخ از خاك با استفاده از روش اجزا مجزا

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران گرايش ژئوتكنيك

1400

1403/06/11

دكتر عليرضا سعيدي عزيزكندي

نداشتم

مهندسي عمران

ميخ‌كوبي يكي از روش‌هاي مناسب براي پايدارسازي خاك و حفاظت از گود است كه امروزه در پروژه‌هاي عمراني مورد استفاده قرار مي‌گيرد. تاريخچه استفاده از اين روش‌، به عنوان يك روش بهسازي سريع و به‌صرفه، به اواخر قرن بيستم برمي‌گردد كه از آن زمان تا كنون در حال ارتقا و مورد استفاده در تونل‌سازي، حفاري‌هاي عمودي و پروژه‌هاي تعريض راه بوده است. با وجود دستورالعمل‌هاي گوناگون در اين زمينه برخي از مسائل طراحي در ميان مهندسان و محققان مبهم باقيمانده است. يكي از موضوعات مورد بحث، تعيين مقاومت بيرون‌كشيدگي ميخ، به ‌عنوان يك پارامتر كليدي است كه اگر با دقت بيشتري پيش‌بيني شود، مي‌تواند به نتايج بهتري در طراحي بينجامد. از طرفي شكل ذرات يكي از عوامل تاثيرگذار بر خصوصيات خاك مانند چرخش ذرات، زاويه اصطكاك و تخلخل مي‌باشد. در اين مطالعه، تاثير شكل‌هاي مختلف دانه‌هاي خاك بر روي مقاومت بيرون‌كشيدگي ميخ و رفتار خاك با استفاده از روش اجزا مجزا مورد بررسي قرار مي‌گيرد. روش اجزا مجزا يك روش عددي براي بررسي محيط‌هاي ناپيوسته و دانه‌اي، مانند خاك است كه در آن هر ذره‌ به عنوان يك جسم مستقل در نظر گرفته مي‌شود. در روش محيط پيوسته، خواص مصالح بر اساس ويژگي‌هاي ظاهري آن‌ها بيان مي‌گردد و از نقش ذرات تشكيل‌ دهنده مصالح صرف نظر مي‌شود. به عبارتي در اين رويكرد، خاك به صورت مصالح يكپارچه عمل كرده و از جابه‌جايي و چرخش ذرات در آن صرف نظر مي‌گردد؛ اما در روش اجزا مجزا امكان مطالعه در مقياس ميكروسكوپي و بررسي پارامترهاي ميكرومكانيكي خاك فراهم شده است؛ بدين شكل كه حركت و اندركنش ذرات خاك و تأثير آن‌ها بر رفتار مجموعه ذرات مورد مطالعه قرار مي‌گيرند. همچنين اين روش قابليت مدل كردن ذرات با اشكال مختلف را دارد، بدين صورت كه با استفاده از به ‌هم پيوستن كره‌هاي بنيادي، توده‌هاي با اشكال متفاوت ساخته مي‌شود. در اين مطالعه از 7 الگوي متفاوت براي شكل ذرات خاك استفاده شده ‌است. همچنين براي شكل خاصي از يك ذره‌ دو مدل با دو تخلخل متفاوت ساخته شده تا تاثير تراكم خاك نيز بر نتايج آزمايش بررسي شود. بعد از تست بيرون‌كشيدگي نمودار نيرو - جابه‌جايي براي تمام مدل‌ها ارائه شده است. با مقايسه‌ي اين نمودارها مشاهده مي‌شود كه افزايش تيزگوشه‌ بودن دانه‌ها‌، افزايش مقدار مقاومت پيك و مقاومت پسماند را در پي خواهد داشت؛ بطوريكه با تغيير دانه‌ها از گردگوشه به تيزگوشه، مقدار مقاومت پيك و پسماند تا بيش از دو برابر افزايش مي‌يابد. همچنين تحت يك جابه‌جايي بيرون‌كشيدگي يكسان، ضخامت باند برشي و مقدار نيروهاي تماسي ايجاد شده در بين ذرات تيزگوشه بيشتر از ذرات گردگوشه مي‌باشد. با تغيير دانه‌ها از تيزگوشه به گردگوشه، ضخامت باند برشي تا 35 درصد كاهش مي‌يابد. ميزان تراكم نيز تاثير زيادي بر رفتار خاك و پارامترهاي ميكرو دارد؛ براي مثال در يك جابه‌جايي بيرون‌كشيدگي يكسان، جابه‌جايي ذرات در مدل با تراكم بيشتر، كمتر است. به ازاي 7 درصد كاهش تخلخل، ضخامت ناحيه فعال 17 درصد افزايش يافته است. بسياري از پژوهش‌ها به بررسي رفتار بيرون‌كشيدگي ژئوگريد در خاك با استفاده از روش اجزا مجزا پرداخته‌اند، اما تاكنون اين موضوع براي ميخ مورد مطالعه قرار نگرفته است كه اين امر مهم‌ترين جنبه نوآورانه اين پژوهش به شمار مي‌آيد. از ديگر نوآوري‌هاي اين تحقيق مي‌توان به بررسي رفتار ميكرومكانيكي خاك در حين آزمايش بيرون‌كشيدگي اشاره كرد كه براي شكل‌هاي مختلف ذرات باهم مقايسه گرديده و ارزيابي كمي بين ميزان تيزگوشه بودن ذرات و مقادير پارامترهاي ميكرو ارائه شده است. واژه‌هاي كليدي: روش اجزا مجزا (DEM)، ميخ‌كوبي، مقاومت بيرون‌كشيدگي، شكل ذرات، تخلخل.

1403/08/02

Investigation on the effect of particle shape on pullout resistance of nail in soil using the discrete element method

9/1/2025 12:00:00 AM

Soil nailing is one of the effective methods for soil stabilization and excavation protection, which is used more and more everyday. Soil nailing has proven to be a timely and cost-effective soil improvement technique since its inception in the late 20th century. Since then, this soil method has been continuously improved and is used in tunneling, vertical drilling and highway and railway widening projects and finally for slope stabilization. Although many design instructions exist in many countries, some design issues remain unclear among engineers and researchers. Many of the topics discussed are related to determining the pullout resistance of nail in the soil, which is a key parameter in its design. If the pullout resistance is predicted more accurately, better design and results can be achieved. On the other hand, the shape of the particles also affects many soil properties such as shear strength, friction angle and porosity. In this study, the effect of different shapes of soil grains on the pullout strength of soil nail in the pullout test and shear behavior in granular soil is investigated using the discrete element method. Discrete element method is a numerical method for investigating discontinuous and granular environments like soil, and in it, each soil particle is considered as an independent object, and it is possible to simulate soil particles with different shapes and investigate their effect on the results. In this method, irregular particles with different shapes are modeled by using clusters (by linking fundamental spheres in crystallographic arrangements). In this study, 7 different templates were used for the shape of soil particles. Also, for a specific particle shape, two samples with two different porosities were made to investigate the effect of soil density on the test results. After the pull-out test, the force-displacement curve is presented for each sample. By comparing the diagrams, it was observed that the magnitude of peak resistance and residual resistance increases with increasing angularity of grains. Keywords: Discrete Element Method (DEM), soil nailing, pullout strength, particle shape, porosity.

روش اجزاء مجزاء , ميخ‌كوبي , مقاومت بيرون‌كشيدگي , شكل ذرات , تخلخل

discrete element method , soil nailing , pullout strength , particle shape , porosity

Hedika Farazi

Dr.Alireza Saeedi Azizkandi