چكيده فارسي :
چكيده:
از مهمترين پارامترهاي تاثيرگذار بر مقاومت برشي خاكها در جبههكاري حفاري مكانيزه با سيستم تعادلي زمين، دانهبندي خاك به ويژه درصد بخش ريزدانه، ميزان رطوبت و درصد تزريق فوم ميباشد. در اين تحقيق با نمونهبرداري از مقاطع مختلف مسير خط دو مترو اصفهان و با انجام مطالعات دانهبندي و تزريق فوم در آزمايشگاه، تغييرات مقاومت برشي خاكها تحت تاثير تغيير دانهبندي، رطوبت و ضريب تزريق فوم مورد بررسي قرارگرفته است و بر اساس ملاحظات اقتصادي و فني، ميزان مصرف فوم بهينه گرديده است. در ارتباط با تغيير دانهبندي، سه منحني دانهبندي با سه مقدار متفاوت ريز دانه ( عبوري از الك 200 برابر با 20 ، 30 و 40 درصد ) و سه منحني دانهبندي با سه مقدار متفاوت درشت دانه ( D60 برابر 05/4 ، 68/1 و 68/0 ميليمتر ) استفاده شد. اين بازه تغييرات براي پارمترهاي فوق، با توجه به مقادير اين پارامترها در اغلب مصالح مسير خط دو مترو اصفهان انتخاب گرديده است كه در مجموع نه منحني دانهبندي را توليد ميكند. هر آزمون سه مرتبه تكرار و متوسط نتايج آزمون به عنوان معيار انتخاب گرديد. سه مقدار نيز براي رطوبت ( 0، 5 و 5/7 درصد ) و همچنين سه مقدار براي ضريب تزريق فوم لحاظ گرديد ( 10 ،20 و40 درصد ). مقادير مربوط به ضريب تغليظ فوم، ضريب انبساط فوم ثابت و براي افزايش دقت و اطمينان بر روي هر نمونه شش عدد آزمون تعيين مقاومت برشي ( V.S.T ) انجام گرفت و به منظور بررسي نتايج آزمايشات ( تركيب و تعداد آزمايشات ) از روش طراحي آزمايشات به كمك نرم افزار مينيتب كه بر اساس شيوه تاگوچي استوار است، بهرهبرداري گرديد. نتايج بيانگر اين است كه با افزايش مقدار ريزدانه تا 40 درصد، مقاومت برشي، تا 84 درصد كاهش مييابد و با افزايش اندازه ذرات خاك تا حدي مقاومت برشي افزايش و بعد از آن مقاومت ثابت ميماند. در رطوبت 5 درصد با كمترين مقاومت برشي روبرو مي شويم و با افزايش مقدار آب به 5/7 درصد، مقاومت برشي افزايش مييابد كه مويد نظريه حداكثري مقاومت خاك در رطوبت 5/7 درصد، ميباشد و با توجه به رابطه خطي ميان توان مصرفي ماشين و مقاومت برشي خاك درون سلول فشار ماشين، تغييرات مقاومت برشي خاك تحت تاثير تزريق فوم، متناسب با تغييرات توان ماشين است. لذا شرايط بهينه اقتصادي، شامل كاهش گشتاور، كاهش توان و كاهش انرژي مصرفي به طور مستقم در محدوده ضريب تزريق فوم 40 درصد اتفاق ميافتد. گشتاور و توان مصرفي در طول مسير به طور ميانگين به مقدار 59 درصد كاهش مييابند. كه اين مقدار كاهش توان، به طور متوسط در كل مسير حفاري خط دو مترو اصفهان براي هر گام حفاري ( 4/1 متر ) 465 ميليون ريال صرفه اقتصادي بدنبال خواهد داشت.
چكيده انگليسي :
Among the most important parameters affecting the shear strength of soils in mechanized excavation work with earth balance systems are soil gradation, especially the percentage of fine particles, moisture content, and foam injection percentage. In this research, by sampling different sections of Isfahan Metro Line 2 and conducting gradation studies and foam injection in the laboratory, the changes in soil shear strength under the influence of changes in gradation, moisture, and foam injection coefficient were investigated. Based on economic and technical considerations, the optimal foam consumption was determined. Regarding gradation changes, three gradation curves with three different fine particle values (passing through sieve 200 equal to 20, 30, and 40 percent) and three gradation curves with three different coarse particle values (D60 equal to 4.05, 1.68, and 0.68 mm) were used. This range of variations for the above parameters was selected based on the values of these parameters in most materials along Isfahan Metro Line 2, which collectively produces nine gradation curves. Each test was repeated three times, and the average of the test results was chosen as the criterion. Three values were also considered for moisture (0, 5, and 7.5 percent) and three values for the foam injection coefficient (10, 20, and 40 percent). The values related to the foam concentration coefficient and foam expansion coefficient were kept constant, and to increase accuracy and reliability, six shear strength determination tests (V.S.T) were performed on each sample. To analyze the test results (combination and number of tests), the design of experiments method using Minitab software, which is based on the Taguchi method, was utilized. The results indicate that with an increase in fine particle content up to 40 percent, shear strength decreases by up to 84 percent, and with an increase in soil particle size, shear strength increases to a certain extent and then remains constant. at 5 percent moisture, we encounter the lowest shear strength, and with an increase in water content to 7.5 percent, shear strength increases, which confirms the theory of maximum soil strength at 7.5 percent moisture. Given the linear relationship between machine power consumption and soil shear strength inside the machineʹs pressure cell, changes in soil shear strength under foam injection are proportional to changes in machine power. Therefore, optimal economic conditions, including reduced torque, reduced power, and reduced energy consumption, directly occur within the 40 percent foam injection coefficient range. Torque and power consumption along the path decrease by an average of 59 percent. This reduction in power, on average, will result in an economic saving of 465 million Rials for each excavation step (1.4 meters) along the entire excavation path of Isfahan Metro Line 2.