26445

بررسي عملكرد لرزه‌اي ديوارهاي مهار اصطكاكي با استفاده از مدل‌سازي فيزيكي و شبيه‌سازي عددي

دكتري

مهندسي عمران-ژئوتكنيك

1393

1400/10/29

محمد حسن بازيار

اندرو برنان

مهندسي عمران

براي مطالعه پاسخ لرزه‌اي ديوارهاي ميخ‌دوزي شده تحقيقات محدودي انجام شده است كه عمدتاً روي سازوكارهاي گسيختگي كلي اين ديوارها تمركز كرده‌اند. اين در حالي است كه طراحي لرزه‌اي بر مبناي عملكردِ ديوارهاي ميخ‌دوزي شده نيازمند بينش كافي درباره‌ي محدوده‌ي جابجايي‌هاي تحمل‌پذير اين ديوارها است. برآورد جابجايي‌هاي تحمل‌پذير سيستم ديوار ميخ‌دوزي شده در شرايط لرزه‌اي خصوصاً زماني كه يك سازه (سربار) در نزديكي ديوار حضور داشته باشد از حساسيت بالايي برخوردار است. در اين پژوهش، به‌منظور مطالعه تغييرمكان‌هاي لرزه‌اي ديوار ميخ‌دوزي شده با حضور سربار و بدون آن، يك برنامه آزمايش سانتريفيوژ در نظر گرفته شد. به‌علاوه پاسخ شتاب سيستم در ارتفاع ديوار و نيروهاي كششي بسيج شده در ميخ‌خاك‌ها در طول بارگذاري لرزه‌اي اندازه‌گيري و تجزيه و تحليل شدند. در شتاب سانتريفيوژ g50 انتخاب‌شده در اين پژوهش، مدل‌هاي فيزيكي طراحي‌شده رفتار يك ديوار واقعي به ارتفاع m 12 را به تصوير كشيدند. به‌منظور اعمال يك سربار kPa 30 در موقعيت‌هاي از پيش تعيين‌شده نسبت به سطح ديوار، از يك پي سطحي صلب از جنس فولاد استفاده گرديد. كليه مدل‌هاي آزمايشگاهي تحت تأثير سه زلزله به‌صورت متوالي و با يك مكث كوتاه قرار گرفتند. به‌منظور كسب آگاهي از شرايط اوليه مدل‌هاي فيزيكي، تعيين ضريب اطمينان پايداري كلي آن‌ها در شرايط استاتيكي و همچنين تخمين ضريب زلزله بحراني مدل‌هاي فيزيكي به روش شبه‌استاتيكي، شبيه‌سازي عددي مد‌ل‌ها در نرم‌افزار ژئواستوديو موردنظر قرار گرفت. تحليل‌هاي عددي انجام شده امكان مقايسه نتايج روش‌هاي تحليل پايداري متداول براي ديوارهاي ميخ‌دوزي شده را با يافته‌هاي حاصل از آزمايش‌هاي سانتريفيوژ فراهم نمود. برخلاف نتايج تحليل‌هاي شبه‌استاتيكي، آزمايش‌هاي سانتريفيوژ نشان داد كه حضور پي سطحي در پشت ناحيه‌ي ميخ‌دوزي شده موجب بيشترين تغييرمكان‌هاي لرزه‌اي در سيستم مي‌گردد، حتي بيشتر از حالتي كه پي سطحي مستقيماً در لبه‌ي ديوار قرار داده شود. به‌علاوه مشاهدات آزمايشگاهي آشكار كرد كه در شرايط پيش‌از‌گسيختگي بررسي‌شده در اين پژوهش، ميخ‌خاك‌هاي قرارگرفته در پايين ديوار نقش كليدي در پايداري ديوار داشته و با عملكرد مهارگونه‌ي خود نيروهاي كششي بزرگ‌تري را نسبت به ميخ‌خاك‌هاي رديف‌هاي بالاتر بسيج مي‌كنند. بااين‌حال، يافته‌هاي حاصل از اين پژوهش اهميت طراحي مناسب ميخ‌خاك‌هاي قرارگرفته در بالاي ديوار را در شرايط لرزه‌اي نمايان مي‌سازد چراكه به دليل بزرگ‌تر شدن حجم ناحيه محركِ توده ميخ‌دوزي شده در اثر بارگذاري لرزه‌اي، طول ميخ‌خاك‌هاي بالايي بايد به‌اندازه‌ي كافي امتداد داده شود تا مشاركت مناسب آن‌ها در پايداري لرزه‌اي ديوار ميخ‌دوزي شده تأمين گردد. يافته‌هاي اين پژوهش نشان داد برخي فرضيات روش‌هاي شبه‌استاتيكي نظير استفاده از ضريب زلزله ثابت در كل ارتفاع ديوار با واقعيت انطباق ندارد. به‌علاوه استفاده از روش‌هاي شبه‌استاتيكي براي طراحي لرزه‌اي اين ديوارها به دليل عدم توانايي آن‌ها در لحاظ كردن جابجايي‌هاي ديوار و اثراتي كه اين جابجايي‌ها مي‌توانند در بازتوزيع نيروها و پاسخ ديوار داشته باشند بايد با احتياط بيشتري صورت بگيرد.

1401/02/17

Seismic performance of soil nailed walls using physical and numerical modeling

1/19/2023 12:00:00 AM

Studies of seismic response of soil-nailed walls have largely focused on failure mechanisms. However, the performance-based seismic design of soil-nailed walls requires demonstration of tolerable deformation behavior. Wall movements is a serious concern when there is a structure (surcharge load) near a soil-nailed wall. In the current study, therefore, a series of dynamic centrifuge tests were conducted to investigate the effect of surcharge location on seismically induced movements of a soil-nailed wall. The axial tensile forces, developed along the soil nails during the seismic loadings, and the acceleration response along the wall height were also measured during the tests. At 50g centrifugal acceleration, model tests represented a 12-m-high prototype wall reinforced with five rows of soil nails. To apply a surcharge stress of 30 kPa at the specified location relative to the wall for each model test, a rigid footing was placed on the soil surface. The model soil-nailed walls were subjected to three successive earthquake motions. To gain insight into the initial conditions of physical models, to determine the static safety factor against overall stability in static conditions, and to estimate the critical seismic coefficient of physical models by the pseudo-static method, numerical simulation of models was considered using Geostudio software. The numerical analyses provide the possibility of comparing the results of conventional overall stability analysis methods of soil-nailed walls with the results of centrifuge tests. Surprisingly, it was found that the model wall with the footing located behind the soil-nailed region experienced the largest seismic movements, even more than when the footing was directly behind the wall. Further, the tests showed that the lower soil nails played a key role in the wall stability during earthquake shaking, acting as a pivot for the pre-collapse cases tested, whereas the upper soil nails needed to be sufficiently extended to properly contribute to the seismic stability of the wall. The observation of nonlinear distributions of acceleration amplification revealed that the traditional pseudo-static design assumption of a constant seismic coefficient at all elevations of the backfill region may not be realistic. In addition, due to the inability of the pseudo-static method to account for the wall movements and the effects that such displacements on the force redistribution, the use of this method for seismic design of soil reinforced walls should be done with more caution.

ديوار ميخ‌دوزي شده , مدل‌سازي سانتريفيوژ , پاسخ لرزه‌اي , تغييرمكان ديوار , پي سطحي , نيروي محوري ميخ‌خاك , پايداري لرزه‌اي

soil-nailed walls , Centrifuge modeling , seismic response , wall movements , footings/foundations , soil nail axial force , seismic stability

Alireza Ghadamgahi

Dr Mohammad Hassan Baziar