عنوان پایان‌نامه
توسعه روش چندفازه برای تحلیل رفتار دینامیکی و نرم شوندگی کرنشی در توده خاک مسلح
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - مکانیک خاک وپی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2192;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72938;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2192;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72938
- تاریخ دفاع
- ۲۷ دی ۱۳۹۴
- دانشجو
- امین ایرجی
- استاد راهنما
- اورنگ فرزانه
- چکیده
- انعطاف¬پذیری بالا و پایداری مطلوب دیوارهای خاک مسلح بویژه در هنگام زلزله موجب شده تا استفاده از این دیوارها به عنوان سازه¬های نگهبان در خاکریزهای حاشیه جاده¬ها، در کوله پلها، شیروانیهای مناطق کوهستانی و غیره افزایش روزافزونی پیدا کند. این ویژگی بویژه در مناطق زلزله¬خیز مانند ایران مزیت بزرگی برای این سازه¬های نگهبان محسوب می¬شود. از سوی دیگر ممکن است این سازه¬ها تحت اثر شتابهای بزرگ زلزله و نیز بارهای استاتیکی مهم تغییرشکلهای قابل¬توجهی را از خود نشان دهند، به نحوی که قابلیت بهره¬برداری آنها را مختل نماید. بنابراین، توسعه کاربرد دیوارهای بلند و بعضاً باربر خاک مسلح به ویژه دیوارهای مسلح¬شده با ژئوسنتتیکها از یک طرف و تعیین¬کننده بودن معیار تغییرشکلهای برگشت¬ناپذیر آنها از طرف دیگر موجب شده است پژوهشگران در دهه¬های اخیر توجه ویژه¬ای به پیش¬بینی تغییرشکلهای دیوارهای خاک مسلح از طریق مطالعات تجربی و عددی معطوف نمایند. رفتار دیوارهای خاک مسلح به کمک روشهای عددی نظیر المان محدود و تفاضل محدود قابل مطالعه است. این رفتار را از دو منظر می¬توان مطالعه نمود. در روش اول خاک و مسلح¬کننده به صورت مجزا در تحلیل در نظر گرفته می¬شوند. ساخت مدل عددی سازه خاک مسلح در این روش زمانبر است. در مقابل، روش تحلیلی دیگری در پیش گرفته شده است که در آن، خصوصیات معادلی برای کل این مجموعه منظم در نظر گرفته می¬شود. این روشها به روشهای همگن¬سازی معروف هستند. در روشهای همگن¬سازی، محیط خاک مسلح که به طور ذاتی یک محیط ناهمگن می¬باشد، با یک محیط معادل همگن ولی ناهمسان جایگزین می¬شود. ساخت مدل عددی سازه خاک مسلح در این روشها آسان بوده و برای تغییر تعداد و طول لایه¬های مسلح¬کننده لازم است تنها پارامترهای مدل عوض شود. روشهای مختلفی در این زمینه معرفی شده¬اند. یکی از آخرین این روشها، روش محیطهای چندفازی است که در دو دهه گذشته ابداع شده است. روش چندفازی بر پایه اصل کار مجازی بنا نهاده شده است. در یک محیط چند فازی فرض می¬شود که در هر نقطه از هندسه محیط، هم فاز متناظر توده خاک (فاز ماتریس) و هم فاز متناظر المان¬های خطی یا صفحه¬ای مسلح¬کننده (فاز جوشن) وجود دارد. موضوع تحقیق حاضر در ادامه تحقیق سیدی و فرزانه (2009)، توسعه روش چندفازی برای تحلیل دینامیکی و نرم¬شوندگی کرنشی توده خاک مسلح است. در این تحقیق روش محیط¬ چندفازی برای اولین بار به منظور تحلیل تغییرشکلهای دیوارهای خاک مسلح تحت بارگذاری دینامیکی و استاتیکی، با در نظر گرفتن رفتار نرم¬شونده (بعد از مقاومت بیشینه) خاک توسعه یافته است. برای این منظور از مدل رفتاری پاستور- زینکویچ – چان (PZC) استفاده شده است. برای تأیید صحت مدل توسعه داده شده، ابتدا آزمایشهای سه محوری و کرنش مسطح یکسویه و دینامیکی بر روی ماسه¬ غیرمسلح شبیه¬سازی شدند. سپس آزمایشهای کرنش مسطح بر روی ماسه مسلح مدلسازی شدند. برای تکمیل روند صحت¬سنجی مدل، دو شیروانی مسلح تحت بارهای استاتیکی بزرگ در آزمون سانتریفیوژ و هشت دیوار خاک مسلح تحت بارهای دینامیکی میز لرزه شبیه¬سازی شده و نتایج حاصل با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده¬اند. دو اصلاح مؤثر برای بهبود پیش¬بینی رفتار دینامیکی در مدل رفتاری پاستور - زینکویچ – چان معرفی شدند. این اصلاحها شامل بهبود پیش¬بینی پدیده سست¬شوندگی در ماسه متراکم و پدیده رچتینگ تحت بارگذاریهای دینامیکی می¬باشد. با اصلاح انجام شده تغییرشکلهای ماندگار دیوارهای خاک مسلح تحت بارهای میز لزره تطابق قابل توجهی با نتایج آزمایش پیدا کردند. یکی از آزمونهای سانتریفیوژ تحت بار استاتیکی و یکی از آزمونهای میز لرزه دیوار خاک مسلح علاوه بر مدل دوفازی با استفاده از مدل لایه¬ای و با در نظر گرفتن اثر لغزش در سطح مشترک خاک و مسلح¬کننده شبیه¬سازی شدند و نتایج آنها با نتایج مدل دوفازی با فرض پیوند کامل مقایسه شدند. همچنین یک سری مطالعات پارامتریک بر روی یک دیوار خاک مسلح تحت بار میز لرزه انجام شده و در آنها اثر سختی، مقاومت، طول و فاصله مسلح¬کننده¬ها و اثر دانسیته نسبی خاک مطالعه شدند. مدل دوفازی قادر به پیش¬بینی رابطه تنش– کرنش در آزمایشهای کرنش مسطح بر روی ماسه مسلح با مسلح¬کننده¬های مختلف است. نشستهای تاج شیروانیهای مسلح تحت بارهای گرانشی بزرگ در آزمون سانتریفیوژ توسط مدل دوفازی پیش¬بینی شدند که تطابق خوبی با آزمایشها داشتند. همچنین سطوح گسیختگی بالقوه در این شیروانیها توسط مدل دوفازی پیش¬بینی شدند. سطوح گسیختگی بالقوه در مدل دوفازی شیروانیها توسط نقاط گسیختگی فاز جوشن قابل تشخیص هستند. تطابق بسیار خوبی بین تغییرشکلهای ماندگار پیش¬بینی شده در مدل دوفازی و آزمونهای میز لرزه دیوار خاک مسلح مشاهده شد. مدل دوفازی قادر بود تا سطوح گسیخگی بالقوه را، مشابه آنچه در آزمایشها و مطالعات قبلی بودند، پیش¬بینی نماید. همچنین این مدل قادر بود تا مرز شتاب بحرانی را به خوبی پیش¬بینی نماید. شتاب بحرانی سطح شتابی است که پس از آن تغییرشکلهای قابل¬ملاحظه¬ای در دیوار خاک مسلح اتفاق می¬افتد.
- Abstract
- High flexibility and stability of reinforced soil walls make them very usefull structures and cause their extended applications as retaining structures at side embankments of roads, slopes, and as abutments especially at regions with high seismic risk. So, such structures could be recommended for Iran as a country with high seismic risk. Reinforced soil structures may present significant deformations under strong earthquake motions and high static loads. In this regard, they will not provide expected functionality. Therefore, necessity for extension in application of reinforced soil walls especially high geosynthetic reinforced soil walls and significance of plastic displacement in these structures motivated researchers to give special attention to prediction of reinforced soil walls displacements experimentally and numerically. Two techniques are available for numerical simulation of the reinforced soil masses. In the first method, the soil and inclusion are considered separately in layered or discrete analysis. This procedure is very time consuming. The second approach is a homogenization method in which reinforced soil is replaced with an equivalent homogeneous but anisotropic medium. Layer-by-layer modeling is not needed in the homogenization methods, so modifying the arrangement of inclusions is easy. Two-phase model is an extension of classical homogenization methods and was developed in the recent two decays. This approach is actually a mechanical framework based on the virtual work method. It is a macroscopic description of a composite medium, which is the superposition of individual continuous media (phases). The matrix phase (soil) and reinforcement phase (inclusion) are geometrically coincident at any given point in the multiphase material. The proposed model is a continuation of Seyedi and Farzaneh (2009) and introduces a two-phase model to simulate the nonlinear static and dynamic behavior of GRS walls considering post-peak behavior for matrix phase. The Pastor-Zienkiewicz-Chan (PZC) model for granular materials developed by Pastor et al. (1990) was used in the proposed two-phase model. The approach was validated by comparison of the results with those of plane strain element testing and layered simulation models. Two centrifuge tests on geosynthetic-reinforced soil slopes and eight reduced-scale reinforced soil walls subjected to seismic loading in shaking tables were then simulated and compared with experimental values. The Pastor-Zienkiewicz-Chan model has been specifically modified to improve its prediction of the ratcheting and degradation effects during cyclic loading of
