جابه جایی جانبی دراز مدت دیوارهای حائل قطعه قطعه خاک مسلح شده با ژئوسنتتیک Long-term lateral displacement of geosynthetic-reinforced soil segmental retaining walls
- نوع فایل : کتاب
- زبان : فارسی
- ناشر : الزویر Elsevier
- چاپ و سال / کشور: 2012
توضیحات
رشته های مرتبط: مهندسی عمران، سازه، خاک و پی
طراحی حالت حدی سرویس دهی دیوارهای حائل خاک مسلح شده با ژئوسنتتیک (GRS) نیازمند تخمینات دقیق جابه جایی جانبی سطحی در پایان ساخت بعد از سال ها خزش می باشد. بنابراین قبل از ایجاد یک روش ساده اما منطقی برای این هدف، باید مکانیزم دستیابی به جابه جایی جانبی سطحی دراز مدت باید مشخص شود. در این مطالعه تحلیل های اجزا محدودی وسیعی با استفاده از روش اجزا محدود واسنجی شده برای بررسی و تلاش برای فهمیدن بهتر جابهجایی های جانبی سطحی دیوارهای GRS قطعه قطعه در پایان ساخت و بعد از ۱۰ سال خزش تحت بارگذاری ثابت وزنی انجام گرفت. از این مطالعات بدست می آید که از بین دو مولفه اصلی جابهجایی های جانبی سطحی، تغییر شکل ناحیه خاک مسلح شده به سختی بوسیله فاصله و سختی مسلح کننده بدست آمد، در حالی که تاثیر طول مسلح کننده بسیار ناچیز بود. همچنین سختی خاک اگر سختی مسلح کننده بزرگ و یا فاصله مسلح کننده کم استفاده شود، نقش مهمی در تغییر شکل جانبی ایفا می کند. برای مقایسه ی طول مسلح کننده برای یک وسعت بسیار زیاد، جابهجایی های جانبی را در پشت ناحیه ی خاک مسلح شده تعیین کردند. با طول مسلح کننده ثابت، با ناحیه خاک مسلح شده می توان رفتار مشابه تیر عمیق انتظار داشت. سپس جابهجایی در پشت ناحیه خاک مسلح شده توسط فشار زمین، عمق تیر و سختی تیر تعیین شد. باقی انها تابعی از سختی خاک، فاصله مسلح کننده ها، سختی مسلح کننده و سختی سطح می باشد. از مطالعات بدست آمده که سختی های ایزوترون برای تغییر شکلهای جانبی دیوارهای GRS تحت شرایط تنش اعمالی می توان استفاده کرد. مقدمه خاک مسلح شده با ژئوسنتتیک (GRS) دیوارهای حائل بطور گسترده به عنوان سازه های دائمی در بسیاری کشورها استفاده می شود. ایمنی همیشه اولین مسئله در طراحی سازههای حائل زمینی بوده. اما بهره برداری از سازه های حائل زمینی نیز از اهمیت یکسانی برخوردار است. برای دیوارهای حائل GRS دائمی که برای ۷۵-۱۰۰ سال عمر طراحی شده اند، حالت حدی سرویس دهی از اهمیت یکسانی با حالت حدی مقاومت برخوردار است و در طراحی باید چک شود(AASHTO, 2007). برای این هدف (AASHTO (2007 و (FHWA (Elias et al., 2001 هر دو روش پیشنهاد شده توسط (Christopher (1993 را پیشنهاد دادند. که ماکزیمم جابهجایی جانبی دیوارهای GRS ساده در انتهای ساخت را تخمین می زند. تغییر شکل دراز مدت در این روش به حساب آورده نشده است. با این وجود تغییر شکل دراز مدت بدلیل خزش را برای دیوارهای GRS نمیتوان نادیده گرفت (e.g. Fannin, 2001; Benjamim et al., 2007;Yang et al., 2009). حتی با وجود استفاده خاکریز دانه ای تمیز با خزش کم جابهجایی افقی دیوارهای GRS بدلیل خواص وابسته زمانی بعضی مسلح کنندههای ژئوسنتتیک مانند پلیتیلن با تراکم بالا (HDDE) و پلیپروپیلن (PP)، ژئوگریدها (e.g., Allen and Bathurst,2002; Liu and Ling, 2007; Liu and Won, 2009)، می تواند به گسترش ادامه دهد. همچنین اگر ژئوسنتتیکهای نوع پلیاستر (PET) دا پلیپنیل الکل (PVA) استفاده شود. این مقدار کوچک خواهد بود(e.g., Kaliakin et al., 2000; Kongkitkul et al., 2010). گذشته از این روش های تجربی تاثیرات متفاوت سختی خاک را، با فرض استفاده از خاکهای دانه ای با مقاومت و تراکم بالا به عنوان مصالح خاکریز، به حساب نمی آورند. اگرچه مطالعات گسترده نشان می دهد که مقاومت و سختی خاکریز نقش مهمی را در جابهجایی جانبی دیوارهای GRS بازی میکند(e.g., Rowe and Ho, 1998; Helwany et al., 1999; Ling andLeshchinsky, 2003; Ling et al., 2005). روشهای تحلیل ساده برای تحلیل سازه های خاک مسلح تحت شرایط تنش اعمالی وجود دارد، که بعضی از آنها قابلیت تخمین جابهجایی جانبی سطحی را دارد (e.g.Ehrlich and Mitchell, 1994; Allen et al., 2003; Klar and Sas, 2009;Correia et al., 2011). اما چگونگی یافتن تغییر شکل خزشی هنوز در روشهای موجود حل نشده است. بطور جایگزین روشهای عددی می تواند با دقت بالا تغییر شکل جانبی دیوارهای خاک مسلح را تخمین بزند، که مدل های مناسبی برای شبیه سازی خاک خاکریز، ژئوسنتتیک و اندکنش خاک-سازه فراهم می کند(e.g., Christopher, 1993; Karpurapu andBathurst, 1995; Rowe and Ho, 1998; Helwany et al., 1999, 2007;Rowe and Skinner, 2001; Ling and Leshchinsky, 2003; Ling et al.,2004; Hatami and Bathurst, 2006; Guler et al., 2007; Yoo andKim, 2008; Ling and Liu, 2009). با مدلهای مناسب خواص وابسته به زمان خاک ها و ژئوسنتتیک ها (e.g.,Hirakawa et al., 2003; Kongkitkul et al., 2004, 2007; Liu and Ling,2005, 2007; Yeo and Hsuan, 2010)، تغییر شکل دراز مدت سازههای خاک مسلح را نیز با استفاده از روش های عددی می توان بدست آورد (e.g., Helwany and Wu, 1997; Li and Rowe, 2001, 2008;Skinner and Rowe, 2003, 2005; Rowe and Taechakumthorn,2008; Bergado and Teerawattanasuk, 2008; Liu and Won, 2009;Liu et al., 2009; Li et al., 2011). در این مطالعه روش اجزا محدودی که برای رفتار دراز مدت سازه های خاک مسلح واسنجی شده همانند Liu and Won(2009) برای بررسی های پایان ساخت و تغییر شکل های دراز مدت دیوارهای حائل قطعه قطعه شده با ژئوسنتتیک تحت شرایط اعمالی استفاده می شود. در این مطالعه تلاش برای فهمیدن مکانیزم تغییر شکل که در آینده به عنوان روش سادهای ایجاد کرد که تغییر شکل جانبی سطحی را با هدف طراحی حالت حدی سرویس دهی تخمین بزند. در این مطالعه تنها خاک دانهای خاکریز در نظر گرفته شده است، که فرض شده که مستقل از زمان و هیچ اضافه باری بر سطح خاکریز دیوارهای مسلح اعمال نشده. دیوارها برای ۱۰ سال خزش تحت بارگذاری وزنی ثابت در انتهای ساخت تحلیل شدند.
طراحی حالت حدی سرویس دهی دیوارهای حائل خاک مسلح شده با ژئوسنتتیک (GRS) نیازمند تخمینات دقیق جابه جایی جانبی سطحی در پایان ساخت بعد از سال ها خزش می باشد. بنابراین قبل از ایجاد یک روش ساده اما منطقی برای این هدف، باید مکانیزم دستیابی به جابه جایی جانبی سطحی دراز مدت باید مشخص شود. در این مطالعه تحلیل های اجزا محدودی وسیعی با استفاده از روش اجزا محدود واسنجی شده برای بررسی و تلاش برای فهمیدن بهتر جابهجایی های جانبی سطحی دیوارهای GRS قطعه قطعه در پایان ساخت و بعد از ۱۰ سال خزش تحت بارگذاری ثابت وزنی انجام گرفت. از این مطالعات بدست می آید که از بین دو مولفه اصلی جابهجایی های جانبی سطحی، تغییر شکل ناحیه خاک مسلح شده به سختی بوسیله فاصله و سختی مسلح کننده بدست آمد، در حالی که تاثیر طول مسلح کننده بسیار ناچیز بود. همچنین سختی خاک اگر سختی مسلح کننده بزرگ و یا فاصله مسلح کننده کم استفاده شود، نقش مهمی در تغییر شکل جانبی ایفا می کند. برای مقایسه ی طول مسلح کننده برای یک وسعت بسیار زیاد، جابهجایی های جانبی را در پشت ناحیه ی خاک مسلح شده تعیین کردند. با طول مسلح کننده ثابت، با ناحیه خاک مسلح شده می توان رفتار مشابه تیر عمیق انتظار داشت. سپس جابهجایی در پشت ناحیه خاک مسلح شده توسط فشار زمین، عمق تیر و سختی تیر تعیین شد. باقی انها تابعی از سختی خاک، فاصله مسلح کننده ها، سختی مسلح کننده و سختی سطح می باشد. از مطالعات بدست آمده که سختی های ایزوترون برای تغییر شکلهای جانبی دیوارهای GRS تحت شرایط تنش اعمالی می توان استفاده کرد. مقدمه خاک مسلح شده با ژئوسنتتیک (GRS) دیوارهای حائل بطور گسترده به عنوان سازه های دائمی در بسیاری کشورها استفاده می شود. ایمنی همیشه اولین مسئله در طراحی سازههای حائل زمینی بوده. اما بهره برداری از سازه های حائل زمینی نیز از اهمیت یکسانی برخوردار است. برای دیوارهای حائل GRS دائمی که برای ۷۵-۱۰۰ سال عمر طراحی شده اند، حالت حدی سرویس دهی از اهمیت یکسانی با حالت حدی مقاومت برخوردار است و در طراحی باید چک شود(AASHTO, 2007). برای این هدف (AASHTO (2007 و (FHWA (Elias et al., 2001 هر دو روش پیشنهاد شده توسط (Christopher (1993 را پیشنهاد دادند. که ماکزیمم جابهجایی جانبی دیوارهای GRS ساده در انتهای ساخت را تخمین می زند. تغییر شکل دراز مدت در این روش به حساب آورده نشده است. با این وجود تغییر شکل دراز مدت بدلیل خزش را برای دیوارهای GRS نمیتوان نادیده گرفت (e.g. Fannin, 2001; Benjamim et al., 2007;Yang et al., 2009). حتی با وجود استفاده خاکریز دانه ای تمیز با خزش کم جابهجایی افقی دیوارهای GRS بدلیل خواص وابسته زمانی بعضی مسلح کنندههای ژئوسنتتیک مانند پلیتیلن با تراکم بالا (HDDE) و پلیپروپیلن (PP)، ژئوگریدها (e.g., Allen and Bathurst,2002; Liu and Ling, 2007; Liu and Won, 2009)، می تواند به گسترش ادامه دهد. همچنین اگر ژئوسنتتیکهای نوع پلیاستر (PET) دا پلیپنیل الکل (PVA) استفاده شود. این مقدار کوچک خواهد بود(e.g., Kaliakin et al., 2000; Kongkitkul et al., 2010). گذشته از این روش های تجربی تاثیرات متفاوت سختی خاک را، با فرض استفاده از خاکهای دانه ای با مقاومت و تراکم بالا به عنوان مصالح خاکریز، به حساب نمی آورند. اگرچه مطالعات گسترده نشان می دهد که مقاومت و سختی خاکریز نقش مهمی را در جابهجایی جانبی دیوارهای GRS بازی میکند(e.g., Rowe and Ho, 1998; Helwany et al., 1999; Ling andLeshchinsky, 2003; Ling et al., 2005). روشهای تحلیل ساده برای تحلیل سازه های خاک مسلح تحت شرایط تنش اعمالی وجود دارد، که بعضی از آنها قابلیت تخمین جابهجایی جانبی سطحی را دارد (e.g.Ehrlich and Mitchell, 1994; Allen et al., 2003; Klar and Sas, 2009;Correia et al., 2011). اما چگونگی یافتن تغییر شکل خزشی هنوز در روشهای موجود حل نشده است. بطور جایگزین روشهای عددی می تواند با دقت بالا تغییر شکل جانبی دیوارهای خاک مسلح را تخمین بزند، که مدل های مناسبی برای شبیه سازی خاک خاکریز، ژئوسنتتیک و اندکنش خاک-سازه فراهم می کند(e.g., Christopher, 1993; Karpurapu andBathurst, 1995; Rowe and Ho, 1998; Helwany et al., 1999, 2007;Rowe and Skinner, 2001; Ling and Leshchinsky, 2003; Ling et al.,2004; Hatami and Bathurst, 2006; Guler et al., 2007; Yoo andKim, 2008; Ling and Liu, 2009). با مدلهای مناسب خواص وابسته به زمان خاک ها و ژئوسنتتیک ها (e.g.,Hirakawa et al., 2003; Kongkitkul et al., 2004, 2007; Liu and Ling,2005, 2007; Yeo and Hsuan, 2010)، تغییر شکل دراز مدت سازههای خاک مسلح را نیز با استفاده از روش های عددی می توان بدست آورد (e.g., Helwany and Wu, 1997; Li and Rowe, 2001, 2008;Skinner and Rowe, 2003, 2005; Rowe and Taechakumthorn,2008; Bergado and Teerawattanasuk, 2008; Liu and Won, 2009;Liu et al., 2009; Li et al., 2011). در این مطالعه روش اجزا محدودی که برای رفتار دراز مدت سازه های خاک مسلح واسنجی شده همانند Liu and Won(2009) برای بررسی های پایان ساخت و تغییر شکل های دراز مدت دیوارهای حائل قطعه قطعه شده با ژئوسنتتیک تحت شرایط اعمالی استفاده می شود. در این مطالعه تلاش برای فهمیدن مکانیزم تغییر شکل که در آینده به عنوان روش سادهای ایجاد کرد که تغییر شکل جانبی سطحی را با هدف طراحی حالت حدی سرویس دهی تخمین بزند. در این مطالعه تنها خاک دانهای خاکریز در نظر گرفته شده است، که فرض شده که مستقل از زمان و هیچ اضافه باری بر سطح خاکریز دیوارهای مسلح اعمال نشده. دیوارها برای ۱۰ سال خزش تحت بارگذاری وزنی ثابت در انتهای ساخت تحلیل شدند.
Description
The service limit-state design of Geosynthetic-Reinforced Soil (GRS) retaining walls requires accurate estimation of the lateral facing displacement at the end of construction as well as after years of creep. However, before a simplistic but rational methodology for this purpose can be developed, mechanisms governing the short-term and long-term lateral facing displacements must be clarified. In this study, extensive Finite Element analyses were carried out using a calibrated Finite Element procedure to investigate and attempt to better understand the lateral facing displacements of segmental GRS walls at the end of construction and after 10 years of creep under constant gravity loading. The study found that among the two main components of lateral facing displacement, the deformation of reinforced soil zone was largely governed by reinforcement spacing and reinforcement stiffness, while the influence of reinforcement length was negligible. Soil stiffness also played an important role in the lateral deformation if large reinforcement stiffness and/or small reinforcement spacing were used. In contrast, reinforcement length to a very large extent determined the lateral displacement at the back of reinforced soil zone. With constant reinforcement length, the reinforced soil zone could be treated as a deep beam. The displacement at the back of reinforced soil zone was then determined by the earth pressure, beam depth, and beam stiffness, the last of which is a function of soil stiffness, reinforcement spacing, reinforcement stiffness, and facing stiffness. The study found that isochrone stiffness can be used to interpret the lateral deformation of GRS walls under working stress condition.
