توصيفگر ها :
ژئوسل , شيب خاكي , مدل سازي عددي , سه بعدي , FDM , بار زلزله
چكيده فارسي :
هدف از مقاوم¬سازي خاك، افزايش ظرفيت باربري، كاهش تغييرشكل¬ها و بهبود عملكرد و پايداري خاك مي¬باشد. از ميان روش-هاي مختلف تقويت خاك، استفاده از مواد پليمري و ژئوسنتتيك¬ها نظير ژئوتكستايل¬ها، ژئوگريدها و ژئوسل¬ها در دهه¬هاي اخير، بسيار مورد استقبال مهندسين ژئوتكنيك قرار گرفته است. در اين ميان، ژئوسل¬ها با توجه به ساختار سه¬بعدي و قابليت محصوركنندگي مصالح در داخل سلول¬ها توانسته نقش تأثيرگذاري را در افزايش مقاومت برشي و كاهش تغييرشكل¬ها و جابه-جايي¬هاي جانبي خاك ايفا كند. ژئوسل¬ها المان¬هاي تقويتي سه بعدي¬ با سلول¬هاي به شكل لانه زنبوري گسترش يافته هستند. اين نوع تقويت¬كننده به دليل داشتن ارتفاع، علاوه¬بر مقاومت كششي، داراي مقاومت خمشي و مقاومت برشي نيز مي¬باشد و موجب تقويت خاك مي¬شوند. در اين پايان¬نامه به بررسي شيب¬هاي خاكي از جنس ماسه كه با لايه¬هاي ژئوسل، در قسمت جلوي شيب، تقويت¬شده است و تحت بار لرزه¬اي قرار گرفته، از طريق مدل¬سازي عددي، پرداخته شده است. نرم¬افزار مورد استفاده در اين مطالعه، نرم¬افزار تفاضل محدود(FDM) FLAC3D مي¬باشد. ژئوسل و خاك پركننده¬ي آن به صورت مجزا و سه¬بعدي مدل شده است. المان مورد استفاده براي مدل¬سازي ژئوسل، المان صفحه¬اي ژئوگريد مي¬باشد. مدل رفتاري استفاده شده در اين مطالعه، مدل موهر-كلمب است. با توجه به اين موضوع كه زلزله يكي از عوامل اصلي تخريب شيرواني¬هاي خاكي است و ميزان اهميت بالاي بررسي رفتار شيب¬هاي خاكي به هنگام وقوع زلزله، در اين مطالعه شيب¬هاي مدل، تحت شتاب لرزه¬اي ثبت شده از زلزله كوبه 1995 قرار گرفتند. جابه¬جايي افقي شيب و نشست تاج شيب محاسبه شده و نتايج با يك مدل آزمايشگاهي موجود در تحقيقات قبلي، مقايسه شدند. نتايج حاكي از آن بودند كه ژئوسل عملكرد خوبي تحت بار لرزه¬اي نشان داده و موجب پايداري شيب شده است. نتايج عددي و آزمايشگاهي تطبيق خوبي با يك¬ديگر داشته¬اند و روش عددي استفاده شده در اين مطالعه مي¬تواند عملكرد لرزه¬اي شيب-هاي خاكي را در محدوده¬ي تغييرشكل و پايداري كلي مدل¬ها پيش¬بيني كند. مطالعات عددي صورت گرفته، تحت بار زلزله با دو سطح شتاب متوسط و بالا انجام شده است. مطالعه برروي ميزان تأثير ارتفاع ژئوسل نشان داد كه به علت بزرگتر شدن تعداد لايه همزمان با كاهش ارتفاع آن، بهينه ارتفاع براي پاكت ژئوسل برابر 150 ميلي¬متر مي¬باشد كه هم در سطح شتاب پايين و هم در سطح شتاب بالا، كمترين تغييرشكل را داشته است. در سطح شتاب متوسط و بالا، مقادير جابه¬جايي افقي به ترتيب 16/0 و 1/3 سانتي¬متر، و مقادير نشست، 156/0 و 17/2 سانتي¬متر بوده¬است. در بررسي ابعاد پاكت ژئوسل، نتايج به¬دست آمده نشان داد كه با كاهش ابعاد پاكت، تغييرشكل¬ها نيز كاهش مي¬يابد. در هر دو سطح شتاب، كمترين تغييرشكل¬ها مربوط به پاكت¬ 150×150 ميلي¬متر بوده است كه در شتاب متوسط، جابه¬جايي افقي و نشست برابر 129/0 و 176/0 سانتي¬متر و در سطح شتاب بالا اين مقادير به ترتيب 62/2 و 82/2 سانتي¬متر بوده¬اند. نحوه¬ي چيدمان لايه¬هاي ژئوسل ( به صورت ديوار وزني يا جبهه¬اي) نيز مورد بررسي قرار گرفت. مشخص شد كه در سطح شتاب متوسط، عملكرد مدل جبهه¬اي بهتر بوده و ميزان جابه¬جايي افقي و نشست در اين مدل به ترتيب برابر با 175/0 و 2/0 سانتي¬متر مي¬باشد. در سطح شتاب بالا، عملكرد مدل ديوار وزني بهتر بوده و بيشترين ميزان جابه¬جايي افقي و نشست در اين مدل، برابر با مقادير آن¬ها برابر با 16/3 و 97/2 بوده است. به طور كلي، در اين مطالعه نتايج نشان دادند كه عملكرد شيب با تقويت-كننده¬ي مدل جبهه¬اي، عملكرد بهتري داشته است. تأثير نوع مصالح پركننده¬ي شن و ماسه در دو مدل ديوار وزني و جبهه¬اي بررسي شدند. هم در سطح شتاب متوسط و هم در سطح شتاب بالا، عملكرد شن به عنوان مصالح پركننده بهتر بود اما به طور كلي تفاوت چشم¬گيري وجود نداشت.
چكيده انگليسي :
The purpose of strengthening the soil is to increase the bearing capacity, reduce deformations and improve the performance and stability of the soil. Among the various soil strengthening methods, use of polymer materials and geosynthetics such as geotextiles, geogrids, and geocells have been highly welcomed by geotechnical engineers in recent decades. In the meantime, geocells have been able to play an influential role in increasing shear resistance and reducing deformations and lateral displacements of the soil. Geocells are three-dimensional reinforcing elements with expanded honeycomb cells. Due to its height, this type of reinforcement, in addition to tensile strength, also has bending strength and shear strength, and they strengthen the soil. In this thesis, the soil slopes made of sand reinforced with geocell layers in the front part of the slope and subjected to seismic load have been investigated through numerical modeling. The software used in this study is FLAC3D finite difference software. The geocell and its filling soil are modeled separately and three-dimensionally. The element used for geocell modeling is the geogrid plate element. The behavioral model used in this study is the Mohr-Columbus model. The geocell and its filling soil are modeled separately and three-dimensionally. The element used for geocell modeling is the geogrid plate element. The behavioral model used in this study is the Mohr-Columbus model. Due to the fact that earthquake is one of the main factors of destruction of earthen slopes and the high importance of investigating the behavior of earthen slopes during an earthquake, in this study, earthen slopes made of sand and reinforced with geocell It was subjected to the seismic acceleration recorded from the 1995 Kobe earthquake, and the horizontal displacement of the slope and the settlement of the crest of the slope were calculated and the results were compared with a laboratory model. Geocell has shown good performance under seismic load and has made the slope stable. The numerical and experimental results are in good agreement and the numerical method used in this study can predict the seismic performance of soil slopes within the range of deformation and overall stability of the models. Numerical studies have been carried out under earthquake load and with two levels of medium and high acceleration. After validating the numerical method used in this study, the behavior of the slope was investigated in terms of displacement under earthquake load with geocell reinforcement in two types of facing and gravity wall arrangement. The results showed that both in medium and high acceleration levels, the performance of the geocell-reinforced slope model with facing arrangement type was better, but both models (gravity wall and facing) in the stability of the soil slope under earthquake load have performed well. The parameters of geocell pocket height, geocell pocket dimensions, the number of reinforcing layers and the type of filling materials were also investigated in the amount of slope displacement. Increasing the height of the geocell layer alone increases the bearing capacity and reduces the deformation of the slope, but in this study, by increasing the height of the geocell layer, the number of layers decreased, which decreased the bearing capacity and increased displacement of the slopes. Therefore, it can be concluded that the effect of increasing the reinforcing layer is greater in reducing deformations than increasing the height of the geocell pocket. As the dimensions of the geocell pocket and the area increased, the deformations increased. In the investigation of the type of filling material of geocells, it was found that using gravel instead of sand brings less deformations and thus more stability.
