قوسی خاک و پایان نامه بررسی آزمایشگاهی و عددی پدیده قوسی خاک

قوسی خاک

فصل اول: کلیات پژوهش

1-1- مقدمه قوسی خاک………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..2

1-2- بيان مسئله……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….17

1-3- اهداف تحقيق……………………………………………………………………………………………………………………………………………………18

1-3-1- اهداف كلي…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..18

1-3-2- اهداف جزئي…………………………………………………………………………………………………………………………………………………18

فصل دوم: تئوری­های مربوط به فشار جانبی خاک روی دیوار حائل

2-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………20

2-2- فشار جانبي خاك در حالت سكون……………………………………………………………………………………………………………………….21

2-3- نظريه فشار خاك رانكين……………………………………………………………………………………………………………………………………24

2-3-1- فشار جانبی محرک خاك رانكين…………………………………………………………………………………………………………………….25

2-3-2- فشار جانبي مقاوم خاك رانكين………………………………………………………………………………………………………………………27

2-4- نظريه فشار خاك كولمب……………………………………………………………………………………………………………………………………31

2-4-1- فشار جانبي محرك خاك كولمب……………………………………………………………………………………………………………………30

2-4-2- فشار جانبي مقاوم خاك كولمب………………………………………………………………………………………………………………………34

2-4-3- روش ترسيمي محاسبه فشار خاك محرك كولمب……………………………………………………………………………………………35

2-4-4- روش ترسيمي محاسبه فشار محرك خاك با خاک‌ریز چسبنده…………………………………………………………………………..38

2-5- فشار جانبي خاك بر اساس روش­هاي تحليل ساير محققان……………………………………………………………………………………43

2-6- فشار جانبي خاك بر اساس وزن توده……………………………………………………………………………………………………………….44

فصل سوم: تئوری آرچینگ ترزاقی

3-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………47

3-3- تئوری آرچینگ……………………………………………………………………………………………………………………………………………..50

فصل چهارم: آزمایشات و مدل­سازی عددی قوسی خاک

4-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………59

4-2- مشخصات خاک مصرفی………………………………………………………………………………………………………………………………..59

4-2-1- منحنی دانه­بندی……………………………………………………………………………………………………………………………………….59

4-2-2- محاسبه زاویه­ی اصطکاک داخلی ( )…………………………………………………………………………………………………………61

4-2-3- محاسبه وزن مخصوص ( )………………………………………………………………………………………………………………………62

4-3-مشخصات مدل فیزیکی………………………………………………………………………………………………………………………………….63

4-4- مدل­سازی آزمایشگاهی…………………………………………………………………………………………………………………………………..64

4-4-1- ارتفاع 15 سانتیمتر…………………………………………………………………………………………………………………………………….64

4-4-2- ارتفاع 20سانتیمتر……………………………………………………………………………………………………………………………………..72

4-4-3- ارتفاع 25 سانتیمتر……………………………………………………………………………………………………………………………………..78

4-4-4- مقایسه نتایج به‌دست‌آمده از آزمایشات…..…………………………………………………………………………………………………..84

4-4-5- بررسی درصد کاهش فشار در پشت دریچه…………………………………………………………………………………………………..87

4-5- مدل­سازی عددی…………………………………………………………………………………………………………………………………………..91

فصل پنجم: بحث و نتیجه ­گیری قوسی خاک

5-1- بحث و نتیجه­ گیری…………………………………………………………………………………………………………………………………………..97

5-2-پیشنهادات…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………98

فهرست منابع و مآخذ قوسی خاک ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….99

مقدمه قوسی خاک و پایان نامه بررسی آزمایشگاهی و عددی پدیده قوسی خاک

وجود هرگونه سازه در داخل توده­­ی زمین باعث تغییر در توزیع تنش^[1] در محل شده و انتظار می­رود که این تغییر نیرو بر سازه تأثیر بگذارد. علاوه بر این زمین واقع در مجاورت یک سازه می­تواند تا حد زیادی ظرفیت باربری آن را در مقایسه با سازه­ی مشابه غیره­مدفون افزایش دهد. در طراحی سازه­هایی از قبیل تونل­ها، گودال­ها، مجاری آب­های زیرزمینی و غیره نمی­توانند از آیین­نامه­های موجود برای سازه­هایی که بر روی زمین احداث می‌شوند، تبعیت کنند.

سه عامل اصلی برای تصمیم­گیری این‌که چه سطح از تنش تغییر می­کند (مک نالتی^[2]، 1965): خواص فیزیکی سازه، رفتار بار-تغییرشکل سازه، خواص زمین اطراف سازه به‌خصوص قابلیت انتقال نیروها می­توان اشاره کرد. این روند که باعث می­شود، تنش­ها بر یا به اطراف سازه­ی مدفون شده در خاک از میان تنش­های برشی ناشی از جابجایی­های مرتبط انتقال پیدا کنند پدیده قوسی یا همان Arching گویند.

پدیده قوسی (Arching)

عمومی­ترین تعریف قابل‌قبول برای پدیده قوسی توسط ترزاقی^[1] (1943) ارائه گردید، به‌طور خلاصه اگر قسمتی از دریچه­ی صلب توده­ی خاک رو به پایین حرکت کند شکل (1-6)، خاک مجاور، با توجه به باقی‌مانده از توده خاک، حرکت می‌کند. این حرکت با استفاده از تنش­های برشی که باعث کاهش فشار در قسمت پایین آمده­ی دریچه و افزایش فشار در اطراف قسمت صلب می­شود، مقاومت می­کند. این تئوری پدیده قوسی می­باشد و این اغلب زمانی اتفاق می­افتد که یک قسمت از دریچه نسبت به قسمت­های مجاور پایین‌تر باشد. بسته به حرکت­های مرتبط سازه و زمین اطراف می­توان پدیده قوسی را به دو حالت محرک و مقاوم مجزا نمود.

شکل (1-1) آرچینگ محرک^[2] را نشان می­دهد (که در بعضی موارد آرچینگ مثبت خوانده می­شود). سازه­ی موجود درون توده خاک اگر تغییرشکل پذیرتر از خاکی که آن را احاطه کرده، باشد، (هنگامی‌که بار بیش از حد و یا اضافی به سیستم اعمال گردد، سازه تغییر شکل بیشتری نسبت به خاک خواهد داد (شکل 2-1)).

تنش­ها بر روی سازه کمتر از تنش­های ژئواستاتیک می­باشد، در صورتی که تنش­ در خاک اطراف سازه بزرگ‌تر است. شکل (3-1) آرچینگ مقاوم^[3] را نشان می­دهد (که اغلب به‌عنوان آرچینگ منفی شناخته می­شود). در اینجا خاک نسبت به سازه تراکم­ پذیرتر می­باشد و از این­ رو باعث افزایش فشار کل بر روی سازه و همچنین کاهش فشار در خاک اطراف آن می­شود (شکل (4-1)).

اگر خواص نیرو-تغییر­شکل سازه و خاک یکسان باشد، تنش در خاک و بر روی سازه از جنس ژئواستاتیک خواهد بود و هیچ­گونه آرچینگی اتفاق نمی­افتد. وقوع چنین وضعیتی بعید است، به این دلیل که میان رفتار مصالح سازه ازجمله آهن و فولاد با خاک تفاوت وجود دارد. خصوصاً سازه­های زیرزمینی که تغییرشکل­شان یکنواخت نیستند که سبب می­شود توزیع تنش پیچیده­تر شود.

بازتوزیع تنش ناشی از جابجایی­های مرتبط رفتاری است که اغلب در هر دو خاک درشت­دانه و چسبنده مشاهده می­شود. ولی بقاع این بازتوزیع به‌هرحال برای این دو نوع خاک یکسان نیست. در خاک­های ریزدانه پدیده خزش سبب می­شود تنش­ها در طول زمان کاهش‌یافته و اغلب بزرگی آن نزدیک به وزن بیش­بارگذاری شود (پک^[4]، 1969).

پروسه کاهش تنش مشابهی نیز می­تواند در خاک­های درشت­دانه زمانی که تحت عوامل خارجی ازجمله ارتعاشات هستند، رخ دهد. به هرحال، دامنه کاهش معمول مشاهده شده ناشی از آرچینگ برای خاک­های درشت­دانه از مقادیر ناچیز تا فقط حدود 15 درصد است (اسپانگر و هندی 1973). ازنقطه‌نظر طراحی، کاهش بار مفید طولانی‌مدت به دلیل پدیده قوسی می­تواند تنها در خاک­های دانه­ای پیش‌بینی شود.

نتیجه­ گیری و بحث قوسی خاک و پایان نامه بررسی آزمایشگاهی و عددی پدیده قوسی خاک

مقاومت قوسی خاک یکی از پارامتر­های مهم در کارهای ژئوتکنیکی می­باشد که به دلیل اهمیت این موضوع بررسی در این رابطه هرچه بیشتر احساس می­شود. از سال 1936 که ترزاقی این تئوری را مطرح کرد، محققین تحقیقات زیادی را در این زمینه انجام دادند و نظر­ها و توصیه­های مختلفی در این زمینه ارائه کردند. آنچه که در این تحقیقات کمتر مدنظر قرار گرفته است، بررسی آرچینگ در حالت عمودی، یعنی زمانی که دریچه در حالت عمود به خاک جابجا می­شود، می­باشد. در این پایان­نامه، آرچینگ زمانی که دریچه در حالت جابجایی انتقالی است، مورد بررسی قرار گرفته است.

در فصل اول، مقدمه، تعریف کلی، پیشینه تحقیق و مسائل مرتبط با آرچینگ از قبیل، شمع­ها، تونل­ها و دیوارهای حائل ارائه شده است. در فصل دوم، کلیاتی در مورد دیوار­های حائل و تئوری­های موجود در مورد توزیع تنش جانبی خاک روی دیوار در شرایط مختلف سکون، محرک و مقاوم ارائه شد که رابطه مستقیمی با آزمایشات انجام شده دارد. در فصل سوم، به‌طور مفصل در رابطه با تئوری آرچینگ ارائه شده توسط ترزاقی بحث شده است. در فصل چهارم، نحوه مدل‌سازی آزمایشگاهی و عددی و همچنین نتایج ارائه شده است، با تحلیل داده­های به‌دست‌آمده، به نتایجی می­رسیم که می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

• 1- سطح گسیختگی غیره خطی بوده و توزیع تنش پشت دیوار غیره خطی می­باشد؛ که این خلاف تئوری که سطح گسیختگی و توزیع تنش پشت دیوار را خطی فرض کرده است، می­باشد.
• 2- مقایسه نتایج به‌دست‌آمده برای دریچه­های مختلف نشان می­دهد که آرچینگ رابطه­ی مستقیمی با عرض دریچه دارد. با افزایش عرض میزان تنش پشت دیوار نیز افزایش می­یابد.
• 3- همان‌طور که از پیش بدان اشاره شد، تنش رابطه­ی مستقیمی با سطح گسیختگی دارد. نتایج آزمایش نشان داد که نسبت تنش، زمانی که عرض دریچه افزایش میابد، افزایش نشان می­دهد.
• 4- داده­های به‌دست‌آمده نشان می­دهد که نسبت تنش، در ماسه نوع یک در مقایسه با نوع دو دارای مقدار بیشتری است؛ که این نشان می­­دهد مقاومت قوسی ماسه نوع دو بیشتر از نوع یک می­باشد.

قوسی خاک

جهت مشاهده نمونه های دیگر از ادبیات ، پیشینه تحقیق و مبانی نظری پایان نامه های مهندسی عمران کلیک کنید.

نمونه ای از فهرست منابع و مآخذ قوسی خاک:

• 1- ابراهیمی، محمد، 1393، بررسی تحلیلی توزیع تنش جانبی خاک روی دیوارهای حائل در اثر مد­های جابجایی دیوار، پایان‌نامه کارشناسی ارشد رشته مکانیک خاک و پی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل.
• 2- صدر کریمی، جمشید، عباس­نژاد، علیرضا، 1389، بررسی و مقایسه­ نتایج آزمایشگاهی و عددی پدیده قوسی (Arching) با استفاده از نرم­افزار PLAXIS و مدل رفتاری موهر- کولمب، چهارمین همایش بین‌المللی مهندسی ژئوتکنیک و مکانیک خاک ایران، تهران، آبان
• 3- Braja, M. Das. 2001. Principles of Geotechnical Engineering, 5^th ed.
•  4- Braja, M. Das. 2003. Principles of Foundation Engineering, 5^th ed.
• 5- Burghignoli, A. (Univ of Rome,Italy), “Soil Interactin in Buried structures“. Source: Proceeding of the International Conference on Soil, v2, 61981,p 674.
• 6- Chelapati, C.V. (1964)”Arching in Soil Due to the Deflection of a Rigid Horizontal Strip”, Proceedingsof the Symposium on Soil-Structure Interaction, University of Arizona, Tucson, Arizona, pp. 356-377.
• 7- Dalvi,R.S.,Bhosale,S.S.,and Pise,P.J. (2005). “Analysis for passive earth pressure-Catenary arch in soil.” Indian Geotechnical Journal, 35, No 4, 388-400
• 8- Dalvi, R.S.,Bhosale,S.S., and Pise, P.J. (2007). “Analysis of arching in soil.” Communicated to International Journal of Geo-mechanics, ASCE.
• 9-Evans, C. H. (1983). An Examination of Arching in Granular Soils, M.S. Thesis, MIT.
• 10- Getzler, Z., Komornik, A. & Maturik, A. (1968). “Model study on arching above buried structures“. J. Soil
• 11- Harrop-Williams, K.O. 1989. Geostatic Wall Pressures. Geotechnique engineering ASCE, 115, NO.9, pp 1321-1325.
• 12- Handy, R.L. (1985)”The Arch in Soil Arching”, Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 3, No. 3, pp. 302-318.
• 13- Ono, K. & Yamada, M. (1993), “Analysis of Arching Action in granular mass“,Geotechnique 43, No. 1,105 -120.
• 14- Plaxis manual 2D Ver.8.2، copyright 2002.
• 15- Ranken, R.E. and J. Ghaboussi (1975), Tunnel Design Considerations: “Analysis of Stresses andDeformations Around Advancing Tunnels”, Department of Transportation, Report No. FRA-OR and D 75-84.
• 16-…
• 17-…