انتخاب صفحه

 چکیده

در طی زلزله های گذشته در سراسر جهان شمع ها در خاکهای با قابلیت روانگرایی دچار خسارتهای جدی شده اند. زیرا با وقوع زلزله، خاک قسمتهایی از زمین که دارای شیب ملایم و ماسه اشباع وشل بوده، دچار روانگرایی شده و به دنبال آن گسترش جانبی آسیب ها و صدمات جبران ناپذیری به سازه ها و بخصوص شمع ها وارد کرده است. با مشاهده ی این خسارت ها ،محققین و مهندسین در دهه ی اخیر به تحقیق و مطالعه ی بیشتری جهت بررسی رفتار شمع ها در خاکهای ماسه ای با قابلیت روانگرایی و نیز اندرکنش خاک و شمع پرداخته اند.آنها در این تحقیقاتاندرکنش شمع و خاک را مدلسازی کرده اند ولی ابهاماتی در این آزمایشات وجود دارد که نیاز به مطالعات بیشتری می باشد. البته ارائه راهکارهایی جهت کاهش اثرات ناشی از روانگرایی بر روی شمع ها و سازه های بنا شده بر روی خاک های ماسه ای اشباع و شل نیز یک اقدام ضروری به حساب می آید.در این تحقیق با استفاده از مدل فیزیکی میز لرزان با مقیاس بزرگ ،اثر پدیده ی گسترش جانبی ناشی از روانگرایی بر شمع ها شبیه سازی می شود. همچنین جهت کاهش اثرات ناشی از روانگرایی و گسترش جانبی ،راهکارهای اجرای ستون سنگی و ریز شمع در بالا دستو پایین دست گروه شمع نیز مورد تحلیل و ارزیابی قرار می گیرد. در این مدلسازی فیزیکی از یک گروه شمع 3×3 استفاده شده است که جنس آنها پلی اتیلن (HPDE) و از انعطاف پذیری بالایی بر خوردار می باشد. همچنین پروفیل خاک در مدل از سه لایه به صورت لایه ی متراکم و غیر روانگرای تحتانی ،لایه ی ماسه ای اشباع با قابلیت روانگرایی ودانسیته ی نسبی حدود  درصد و لایه غیر روانگرای سطحی تشکیل شده که شیب آنها 4 درجه می باشد. تحریک ورودی با دامنه شتاب حداکثرg 3/0 و فرکانس غالب ZH 3 در جهت گسترش جانبی نیز می باشد.با توجه به نتایج آزمایشگاهی فشار آب حفره ای قبل از وقوع روانگرایی به مقدار ماکزیمم خود می رسد و نیز شتاب خاک از این لحظه به بعد به طور تدریجی کاهش می یابد. با وقوع روانگرایی و گسترش جانبی تغییر مکان خاک افزایش می یابد. گرچه با کاهش نرخ گسترش جانبی و حرکت خاک روانگرا شده از بالا دست به سمت پایین دست ،تغییر مکان خاک افزایش می یابد. در لحظه ی گسترش جانبی و حرکت خاک از بالا دست به سمت پایین دست ،تنش کششی در جلوی گروه شمع و تنش فشاری در پشت گروه شمع بوجود می آید. اجرای میکروپایل در این تحقیق تاثیر قابل توجهی روی تاریخچه زمانی شتاب، فشار آب حفره ای و تغییر مکان خاک نداشته است. گرچه ستون های سنگی بکار برده شده در بالا دست و پایین دست گروه شمع بیشتر موثر واقع بودند. ستون های سنگی تاثیر قابل توجهی روی تاریخچه زمانی شتاب ،فشار آب حفره ای اضافی و تغییر مکان ،با سه نقش زهکشی فشار آب حفره ای ،متراکم و سخت کردن خاک اطراف گروه شمع و همچنین جلوگیری از حرکت خاک روانگرا شده به سمت پایین دست داشته اند.

کلمات کلیدی: روانگرایی ،گسترش جانبی ،مدلسازی ،بهسازی ،گروه شمع ،میز لرزان ،ریز شمع ،ستون سنگی ،کاهش اثرات گسترش جانبی.

فصل اول . (مقدمه و کلیات )

۱-۱- مقدمه:

در هنگام وقوع زلزله تغییر شکل هایی بر روی زمین صورت می گیرد که پدیده ی گسترش جانبی یکی از این تغییر شکل هامی باشد. که در زیر به توضیح آن می پردازیم. هنگام وقوع این پدیده گاهی اوقات خسارتهای جدی نیز به سازه های موجود بر روی زمین و خصوصا در جاهایی که در منطقه ی آزاد وساحلی قرار دارند وارد می شود. این پدیده گاهی اوقات به همراه لنگر ها ونیروهای بزرگ ایجاد شده در هنگام وقوع زلزله از سازه ی بالای پی های عمیق (شمعها) به شمعها انتقال می یابد و باعث گسیختگی و تخریب آنها می شود. ومنجر به خرابیهایی نظیر تغییر مکان افقی ماندگار، گسیختگی شمعها در محل اتصال، و همچنین گاهی اوقات باعث چرخش قسمت بالای شمع ها می شود. که در این زمینه می توان به زلزله ی معروف کوبه (۱۹۹۵) اشاره کرد. شکل زیز تصویری از یک پل می باشد که طی این پدیده در اثر زلزله تخریب شده است.

1.1.مقدمه2

1.1.1.پدیده ی روانگرایی  3

1.1.1.1.مقاومت خاک روانگرا شده  5

2.1.1.1.حوادث ناشی از روانگرایی 5

2.1.1. پدیده گسترش جانبی  8

3.1.1.بعضی از عوامل مؤثر در پدیدهی گسترش جانبی ناشی از روانگرایی  10

1.3.1.1.. زهکشی فشار آب حفره ای اضافی  10

2.3.1.1.حرکت به سمت بالای آب حفره ای  10

3.3.1.1. رفتار حجمی خاک روانگرا شده  11

4.3.1.1. اثر ضخامت لایه روانگرا شده  12

2.1.مکانیزم آسیب های وارده به شمع ها تحت پدیده ی گسترش جانبی  12

1.2.1.مکانیزم های گسیختگی شمعها  14

1.1.2.1. ناپایداری ناشی از کمانش  14

2.1.2.1. گسیختگی خمشی  15

3.1.2.1. گسیختگی برشی  15

4.1.2.1. گسیختگی دینامیکی  15

2.2.1.تئوری های گسیختگی شمع هادرخاک های روانگراشده تحت پدیده ی گسترش جانبی 15

1.2.2.1. Ishihara (1997)ا  15

2.2.2.1. Tokimatsu (1998)ا  16

1.3 مهمترین مواردتاریخی پدیده ی روانگرایی و گسترش جانبی در زلزله های گذشته  17

3.1. زلزله ی سانفرانسیسکوی آمریکا (1906)  17

3.1. زلزله ی نیگاتای ژاپن (1964)  17

3.1. زلزله آلاسکای آمریکا (1964)  19

3.1. زلزله ی Prieta Loma (1989)ا  20

3.1. زلزله ی Limon کاستاریکا (1991)  21

3.1. زلزله ی کوبه ی ژاپن (1995)  22

3.1. زلزله ی Chi Chi تایوان (1999)  24

3.1. زلزله ی هایتی (2010)  25

4.1.انواع گسیختگی های بوجود آمده در شمع ها ،در زلزله های گذشته  26

5.1. اهداف تحقیق حاضر  27

6.1.ساختار پایان نامه  28

پدیده گسترش جانبی ناشی از روانگرایی

پدیده گسترش جانبی ناشی از روانگرایی

فصل دوم: (مروری بر مطالعات گذشته )

۱-۲ – مقدمه:

در فصل اول مروری بر مفاهیم اولیه روانگرایی و گسترش جانبی ناشی از آن وصدمات و خسارت هایی که طی این پدیده در اثر زمین لرزه به شمع ها و پی های عمیق و سازه هایی که بر روی آنها قرار گرفته اند، صورت گرفت. پدیده ی گسترش جانبی تا قبل از زلزله های ۱۹۶۴ آلاسکا و ۱۹۸۹ لوما پریتا چندان قابل توجه نبود اما بعد از رخ دادن این زلزله ها وبخصوص زلزله ی عظیم ۱۹۹۵ کوبه که باعث بوجود آمدن خرابیها و خسارت های گسترده ای شده بود، پژوهشگران با انجام یکسری آزمایشات صحرائی وآزمایشگاهی گسترده به بررسی تخریب شمع ها واندر کنش خاک و شمع در این پدیده پرداختند. بطور کلی در طی ۳۰ سال گذشته تغییرات گسترده ای در تحلیل لرزه ای شمع بوجود آمده است بطوریکه جهت ارزیابی عملکرد شمع ها و اندر کنش خاک و شمع در پدیده ی گسترش جانبی آزمایشاتمتعددی از جمله آزمایشات سانتریفیوژ و همچنین آزمایشات بزرگ مقیاس میز لرزان و یکسری مدل سازی های عددی انجام شده است. در سال های اخیر نیز تحقیقیات پیشرفته ای برای بررسی کاربرد راهکارهای پیشگیری (مانند استفاده از ریز شمع وستون سنگی ) و کاهش اثرات ناشی از این پدیده صورت گرفته است که در ادامه بعضی از این مطالعات انجام گرفته توسط پژوهشگران و محققین بصورت خلاصه توضیح داده شده است.

1.2. مقدمه  30

2.2. مدل سازی فیزیکی 30

1.2.2.مدل های سانتریفیوژ  32

2.2.2. مدل های میز لرزان  32

3.2.2. مطالعات آزمایش های سانتریفیوژ  32

4.2.2. مطالعات آزمایشات میز لرزان  38

3.2. راهکارهای کاهش اثرات گسترش جانبی ناشی از روانگرایی  51

4.2. مدل سازی عددی پدیده ی گسترش جانبی  67

1.4.2. تحلیل 2 بعدی و 3 بعدی به روش المان محدود (FEM) ا67

2.4.2. مزایای روش (FEM)  ا67

3.4.2. روش (BNWF)  ا68

4.4.2. مطالعات انجام شده ی مدل سازی عددی به روش (FEM) ا70

5.4.2. مطالعات انجام شده ی مدل سازی عددی به روش (BNWF)  ا70

6.4.2. روش های طراحی شالوده های عمیق (شمع ها)در اثر پدیده ی گسترش جانبی 73

1.6.4.2. روش جابه جایی (p-y)  ا73

2.6.4.2. روش نیرو ( تعادل حدی )  74

تخریب پل در اثر روانگرایی ناشی از لوله

تخریب پل در اثر روانگرایی ناشی از لوله

فصل سوم:روند انجام آزمایشات 7،5 و 8  

پدیده گسترش جانبی فرآیندی است که به دنبال پدیده ای دینامیکی در محیط خاک اتفاق می اقتد. بنابراین مانند هر پدیده ی دینامیکی دیگر دارای پیچیدگی های متعددی بوده و نیازمند این است که همه ی عوامل و پارامتر هایی که در این پدیده مؤثر می باشند ، مورد ارزیابی قرار گیرند . مدل سازی این پدیده در محیط آزمایشگاهی نیازمند وسایلی و تجهیزات خاصی می باشد که برای فراهم نمودن این تجهیزات باید از تخصصی ها و علوم دیگر بهره جست. همانطور که در فصل قبل اشاره شد برای مدل سازی پدیده ی گسترش جانبی ناشی از روانگرایی خاک از سیستم های میز لرزان و سانتریفیوژ استفاده شده است. آزمایشات میز لرزان در محیط تع۱ انجام می گیرند در صورتی که آزمایشات سانتریفیوژ در محیط 18 صورت می گیرند. آزمایشات سانتریفیوژ بر خلاف آزمایشات میز لرزان بدلیل اینکه در معرض شتاب بالایی قرار می گیرند در ابعاد کوچکی ساخته می شوند. بطور کلی در هر دو نوع مدل سازی سیستم های اندازه گیری وثبت پارامتر ها، ابزار و تجهیزات شناخت دقیق محیط خاکی و نیز محفظه ی مدل مورد نیاز می باشند.در این فصل بطور خلاصه نحوه ی مدل سازی فیزیکی میز لرزان بر اساس قوانین مقیاس ، ابزارهای مورد استفاده در آزمایشات وروند ساخت ثدو مدل آزمایشی میز لرزان l هدف بررسی رفتار اندر کنشی بیر گروه شمع های نه تایی ۳×۳ و پروفیل زمین سه لایه بصورت دو لایه ی مقاوم در بالا و پائین ویک لایه ی خاک (ماسه ی در مهندسی ژئو تکنیک بکار بردن مدل های مقیاسی شده مزایایی را بدنبال دارد، که در زیر به آنها اشاره شده است:

* فراهم آوردن شرایط مناسب برای شبیه سازی برخی پلیٹلہ دعا که کر شرایط واقعی آزمایشگاه قابل بر رعبی نیستند.

* کاهش هزینه ها و استفاده از تجهیزات محدود تر در استفاده از مدل های مقیاسی شده نسبت به انجام در واقع با توجه به نتایجی که از آزمایشات مدل سازی با مقیاس بدست می آید ، می توان رفتار خاک و شمع را در پدیده های مشابه با واقعیت پیش بینی کرد. بنا بر این با استفاده از قوانین مقیاس و تشابه می توان یک پل ارتباطی مناسب بین آنچه در واقعیت اتفاق می اقتد و آنچه که در آزمایش مدل به وقوع می پیوندد، برقرار کرد.

1.3. مقدمه 80

2.3. قوانین و تئوری های تشابه در مدل مقیاس شده  81

1.2.3.Rochaا 81

2.2.3.Klineا 82

3.2.3.Laiا 83

4.2.3.Gohlا 85

3.3. ضرایب مقیاس مورد نظر در تحقیق حاضر  88

4.3. ماسه مورد استفاده در تحقیق حاضر  88

5.3. انتخاب و طراحی پارامترها در نمونه واقعی مدل  89

6.3. محفظه و طرح کلی مدل فیزیکی  92

7.3. بررسی چگالی نسبی لایه ی خاک در مدل  94

8.3. ساخت باکت بارش ماسه  97

1.8.3. قسمت فوقانی باکت  98

2.8.3. قسمت میانی باکت 98

3.8.3. قسمت تحتانی باکت  98

9.3. سیستم های ثبت و اندازه گیری داده های دینامیکی  99

1.9.3. سنسورهای جابه جایی سنج (LVDT)ا  99

2.9.3. کرنش سنج  100

3.9.3.سنسورهای شتاب سنج  100

4.9.3.PWPا 101

5.9.3. دستگاه ثبت داده های دینامیکی  101

10.3. تحریک ورودی  102

11.3. راهکارهای بکار رفته برای کاهش آثار گسترش جانبی  103

1.11.3. تعریف ستون سنگی  104

2.11.3. طراحی و اجرای مصالح ستونهای سنگی اجرا شده درمدل فیزیکی آزمایش 8 107

3.11.3. تعریف ریز شمع (Micropile)ا  109

4.11.3. اجرای ریز شمع در آزمایش شماره 7  111

12.3. مدل فیزیکی شماره 5  112

13.3. مدل فیزیکی شماره 7  116

14.3.مدل فیزیکی شماره 8  118

ترک های طولی ایجاد شده در اثر گسترش جانبی خاکریز درجهت شیل بدلیل روانگرا شدن خاک

ترک های طولی ایجاد شده در اثر گسترش جانبی خاکریز درجهت شیل بدلیل روانگرا شدن خاک

فصل چهارم:تحلیل نتایج آزمایشات 7،5 و 8  

۱-۴- مقدمه

در فصل ۳ در مورد وسایل بکاررفته در ساخت مدل، پارامترهای مورد نظر وچگونگی ساخت مدل فیزیکی آزمایشات شماره ی ۵ و۷ و ۸ بحث شد. در این فصل نتایج حاصل از آزمایشات شماره ی ۷ و ۸ مورد تحلیل و ارزیابی قرار می گیرد. در حقیقت تاثیر راهکارهای کاهش اثرات ناشی از روانگرایی و گسترش جانبی حاصل از آن (میکروپایل واستول سنگی) لار این آزمایشات و مقایسه آزمایش حالت علم استفاده این راهکار ܣܝܐ ، کر این فصل مطرح شده است. همچنین لازم بذکر است که در این بخش تاریخچه ی زمانی داده های شتاب ، فشار آب حفره ای و تغییر مکان خاک مورد تحلیل قرار گرفته و بررسی نتایج مربوط به لنگر خمشی ، فشار جانبی خاک و جابجایی شمع ها در گزارش دیگری توسط یکی دیگر  این پروژه قبالا ارائه شده است

1.4. مقدمه 122

  2.4. آزمایش شماره ی 7  122

 1.2.4. بررسی شتاب های ثبت شده 122

1.1.2.4. شتاب سنج مسقر بر روی میز لرزه  122

2.1.2.4. شتاب سنج های نصب شده بر روی شمع شماره 1  123

3.1.2.4. شتاب سنج نصب شده یر روی کلاهک گروه شمع  126

2.2.4. بررسی تغییرات فشار آب حفره ای اضافی و نسبت ru 127

1.2.2.4. روند تغییرات فشار آب حفره ای و ru در قسمت آزاد مدل  128

2.2.2.4. روند تغییرات فشار آب حفره ای و ru در اطراف شمع شماره یک  130

3.2.2.4. روند تغییرات فشار آب حفره ای و ru در اطراف شمع شماره سه  132

4.2.2.4. روند تغییرات فشار آب حفره ای و ru در اطراف شمع شماره دو  134

3.2.4. اختلاف فشار آب حفره ای در جلو (پایین دست ) و پشت ( بالادست ) گروه شمع 135

4.2.4.جابه جایی خاک در قسمت آزاد مدل  138

3.4.آزمایش شماره 8  139

 1.3.4. بررسی شتاب های ثبت شده  140

1.1.3.4.شتاب سنج نصب شده بر روی میز لرزه  140

2.1.3.4. شتاب سنج های نصب شده در قسمت آزاد مدل  140

3.1.3.4. شتاب سنج نصب شده  بر روی کلاهک شمع  142

2.3.4. بررسی تغییرات فشار آب حفره ای اضافی و نسبت ruا 147

1.2.3.4. روند تغییرات فشار آب حفره ای و ru در قسمت آزاد مدل  147

2.2.3.4.روند تغییرات فشار آب حفره ای و ru در اطراف شمع شماره یک  149

3.2.3.4. روند تغییرات فشار آب حفره ای و ru در اطراف شمع شماره سه  151

4.2.3.4. روند تغییرات فشار آب حفره ای در اطراف شمع شماره ی دو  153

3.3.4. اختلاف فشار آب حفره ای در جلو و پشت گروه شمع  154

4.3.4. جابه جایی خاک در قسمت آزاد مدل و سر شمع  156

4.4. آزمایش شماره 5  161

 1.4.4. بررسی شتاب های ثبت شده  161

1.1.4.4. شتاب سنج مستقر بر روی میز لرزه  161

2.1.4.4. شتاب سنج های نصب شده بر روی شمع شماره یک  161

3.1.4.4. شتاب سنج نصب شده بر روی کلاهک شمع  163

4.1.4.4. شتاب سنج افقی نصب شده بر روی سطح خاک در قسمت آزاد مدل  164

2.4.4.  بررسی تغییرات فشار آب حفره ای اضافی و نسبت ruا     165

1.2.4.4. روند تغییرات فشار آب حفره ای و ru در میدان آزاد مدل  165

2.2.4.4. روند تغییرات فشار آب حفره ای و ru در اطراف شمع شماره یک 167

3.4.4. اختلاف فشار آب حفره ای  در جلو و پشت گروه شمع  170

4.4.4. جابه جایی نسبی خاک در قسمت آزاد مدل و سرشمع  172

5.4. مقایسه ی نتایج آزمایشات 7،5 و 8 174

1.5.4. تاریخچه ی زمانی شتاب بر روی سر شمع  175

2.5.4. تاریخچه ی زمانی تغییر مکان در محیط آزاد مدل و سرشمع 176

3.5.4. فشار آب حفره ای در اطراف گروه شمع و محیط آزاد مدل  179

4.6.جمع بندی  182

جوشش ماسه در اثر روانگرایی

جوشش ماسه در اثر روانگرایی

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

5-2-پیشنهادات:

– استفاده از سپری در جلوی گروه شمع و مقایسه ی نتایج حاصل از آن با نتایج حاصل از اجرای ستون های سنگی در مدل

– ساخت محفظه ی برشی (Laminar) به جهت مدل سازی بهتر پدیده ی گسترش جانبی ومقایسه ی نتایج حاصل از آن با نتایج آزمایشات محفظه ی صلب

– اجرای میکروپایل در بالادست و پائین دست گروه شمع با تعداد بیشتر ، فاصله ی کمتر نسبت به هم، قطر بیشتر ونیز گیر دار کردن در لایه ی غیر روانگرای تحتانی و مقایسه با نتایج حاضر

– مدل سازی شمع ها با سختی های متفاوت جهت بررسی اثر سختی و یا انعطاف پذیری آنها بر رفتارشان

– اجرای میکروپایل بصورت مایل نسبت به سطح خاک و گیردار در کف مخزن ومقایسه نتایج حاصل از آن با حالتی که میکروپایل ها به صورت عمود نسبت به سطح مدل اجرا شده اند.

– استفاده از گروه شمع با فاصله شمع های متفاوت به جهت مطالعه اثر فاصله میان شمعها بر رفتار آنها درپدیده گسترش جانبی

روانگرایی خاک وپدیده گسترش جانبی

روانگرایی خاک وپدیده گسترش جانبی

فصل ششم: مراجع

گسیختگی برشی شمع ها در اثرگسترش جانبی در زلزله نیگاتا

گسیختگی برشی شمع ها در اثرگسترش جانبی در زلزله نیگاتا

فهرست اشکال

شکل 1-1 تخریب پل در اثر روانگرایی ناشی از زلزله 2

شکل 1-2 لایه ی خاک مستعد روانگرایی تحت لایه غیر روانگرا 4

شکل 1-3 ترک های طولانی ایجاد شده در اثر گسترش جانبی خاکریز درجهت شیب بدلیل روانگراشدن خاک6

شکل 1-4 جوشش ماسه در اثر روانگرایی  8

شکل 1-5 پدیده گسترش جانبی ناشی از روانگرایی 9

شکل 1-6 روانگرایی خاک و پدیده گسترش جانبی a)زمینهای با شیب ملایم b)به سمت سطح آزاد 10

شکل 1-7 منحنی تنش برشی برحسب جابجایی برای رفتار اتساعی و انقباضی ( Ishihara, 1994) 12

شکل 1-8 مکانیزم آسیبهای وارده به شمع در پدیده گسترش جانبی ( Tokimatus و همکاران (1998) 14

شکل 1-9 تئوری مفهومی اندرکنش خاک و شمع و سازه ( tokimatsu و همکاران (1998 ) 17

شکل 1-10نشست و وازگون شدن ساختمان در اثر ویرانگری در زلزله نیگاتا (1964 ) 18

شکل 1-11 گسیختگی برشی شمعها در اثر گسترش جانبی در زلزله نیگاتا (1964 ) 18

شکل 1-12 خرابی پل در زلزله آلاسکای آمریکا (1964 ) 19

شکل 1-13 خرابی خیابان در اثر گسترش جانبی در زلزله آلاسکا ( 1964 ) 19

شکل 1-14 ایجاد حفره در اطراف شمع در اثر گسترش جانبی در زلزله لوماپریتا ( 1989 ) 20

شکل 1-15 گسیختگی شمعها در زلزله لوما پریتا (1989 ) 21

شکل 1-16 واژگونی پل در اثر گسترش جانبی در زلزله کاستاریکا (1991 ) 21

شکل 1-17 گسیختگی پایه های پل در زلزله کاستاریکا ( 1991 ) 22

شکل 1-18 خرابی یکی از دهنه های پل در زلزله کوبه ( 1995 ) 23

شکل 1-19 خرابی رمپ های موجود در بند کوبه در اثر گسترش جانبی در زلزله کوبه (1995 ) 23

شکل 1-20 گسیختگی بین شمع و کلاهک در اثر گسترش جانبی در زلزله کوبه ( 1995 ) 24

شکل 1-21 خرابی پل در اثر گسترش جانبی در زلزله (( chi chi) تایوان ) (1999 ) 24

شکل 1-22 ترک های ایجاد شده در مناطق ساحلی در اثر گسترش جانبی در زلزله هائیتی (2010 ) 25

شکل 1-23 چرخش پی ساختمان در اثر گسترش جانبی در زلزله هائیتی (2010 ) 26

شکل 2-1 مشخصات مقطع عرضی اسکله ی خسارت دیده در زلزله kobe  و Takahama 34

شکل 2-2 دیاگرام نیروهای داخلی در شمع در اثرفشار وارده ازطرف خاک ( Dobry وهمکاران در سال2003) 36

شکل 2-3 مدلسازی واکنش بستر افقی شمع ها (Suzuki  ) 40

شکل 2-4 نمودار مربوط به نتایج آزمایش میز لرزه ( Suzuki ) 41

شکل 2-5 نتایج مربوط به نتایج دیگر از آزمایش میز لرزه ( Suzuki ) 41

شکل 2-6 مدل سازی شمع ها و خاک با المان های هشت گردی ایزو پارامتریک ( Uzuok ) 43

شکل 2-7 مدل های مورد استفاده در آزمایش های میز لرزان ( Towhata , Motamed ) 45

شکل 2-8 وضعیت تنش در خاک جلو و پشت گروه شمع در هنگام وقوع گسترش جانبی ناشی از روانگرایی 45

شکل 2-9 نمودارهای مربوط به اختلاف فشار آب حفره ای درجلووپشت گروه شمع ( واقع دریک تراز ارتفاعی ) 46

شکل 2-10 تغییر مکان جانبی سطح خاک در جلوی گروه شمع با دامنه های تحریک متفاوت 47

شکل 2-11 تغییر مکان جانبی سطح خاک در جلوی گروه شمع با وضعیت های متفاوت گروه شمع 47

شکل 2-12 مقطع طولی از محفظه ی مدل 50

شکل 2-13 پلان و موقعیت اجرای ستونهای سنگی 50

شکل 2-14 تغییرات فشار آب حفره ای در عمق در دو حالت سیستم زهکشی و عدم سیستم زهکشی 53

شکل 2-15 مدل های این آزمایش در 4 وضعیت بدون ستون سنگی ،با ستون سنگی ،با پی سطحی و بدون ستون سنگی و با پی سطحی و ستون سنگی 59

شکل 2-16 تغییرات فشارآب حفره ای در عمق در مدل های شماره ی 1 ( بدون ستون سنگی ) و 2 ( استفاده از ستون سنگی ) 60

شکل 2-17 پلان و مقطع طولی از نحوه ی قرارگیری ریز شمع آزمایش ( Charto , turner ) 62

شکل 2-18 تغییرات کرنش عمودی و برشی دراثراجرای میکروپایل درآزمایش های انجام شده ( Charto,Turner )  63

شکل 2-19 مدل شماره 1 از آزمایش های میز لرزه (راهکار کاهش اثرات ناشی از روانگرایی )

Towhata , Motamed 64

شکل 2-20 مدل شماره 2 از آزمایش های میز لرزه (راهکار کاهش اثرات ناشی از روانگرایی )

Towhata , Motamed 64

شکل 2-21 مدل شماره 3 از آزمایش های میز لرزه (راهکار کاهش اثرات ناشی از روانگرایی )

Towhata , Motamed 64

شکل 2-22 تغییر مکان کلاهک شمع برای وضعیت های مختلف قرارگیری سپری ها جهت کاهش اثرات ناشی از روانگرایی 65

شکل 2-23 نمودار میزان چرخش دیوار ساحلی برای وضعیت های مختلف قرارگیری سپری ها 66

شکل 2-24 تصویری از نحوه ی چرخش دیوار ساحلی در مدل های شماره 2 و 3 66

شکل 2-25 مدل سازی عددی پدیده ی گسترش جانبی به روش BNWF ( حالت SD )ا 69

شکل 2-26 مدل سازی عددی پدیده ی گسترش جانبی به روش BNWF ( حالت LP )ا 69

شکل 2-27 نیروهای وارد بر شمع از لایه روانگرا و غیر روانگرا ( JRA ا, 2002 ) 75

شکل 2-28 حالت اول از روش Dorby ( 2003 )ا 77

شکل 2-29 حالت دوم از روش Dorby ( 2003 )ا 77

شکل 3-1 قانون رفتاری مدل مقیاسی توصیف شده توسط ضرایب مقیاس تنش وکرنش (Rocha 1957)ا 82

شکل 3-2 رفتار تنش کرنش تحت فشار همه جانبه 5 تا 392 کیلو پاسکال 87

شکل 3-3 منحنی دانه بندی ماسه ی سیلیسی 161 فیروزکوه 89

شکل 3-4 محفظه ی صلب بکار رفته در این تحقیق 93

شکل 3-5 پروفیل خاک استفاده شده در مدل فیزیکی 93

شکل 3-6 نتایج آزمایش سه محوریزهکشی نشده ماسه تویورا درتنشهای همه جانبه ودانسیته نسبی مختلف    95

شکل 3-7 نحوه ی ریزش ماسه در مخزن آب توسط باکت 97

شکل 3-8 تصویری از داخل باکت بارش ماسه پس از اتمام بارش 97

شکل 3-9 سنسورهای جایه جایی سنج بکار رفته در مدل 99

شکل 3-10 کرنش سنج های بکار رفته در مدل 100

شکل 3-11 شتاب سنج های بکار رفته در مدل 100

شکل 3-12 PWP بکار رفته در محیط آزاد مدل 101

شکل 3-13 دستگاه ثبت داده ی دینامیکی 102

شکل 3-14 تاریخچه ی زمانی تحریک ورودی 103

شکل 3-15 کاربرد ستون شنی در خاکهای با قابلیت روانگرایی 104

شکل 3-16 مراحل اجرای ستون سنگی 105

شکل 3-17 موقعیت مکانی ستون های سنگی در مدل فیزیکی شماره ی 8 106

شکل 3-18 منحنب دانه بلندی مصالح انتخابی برای ستون سنگی 109

شکل 3-19 کاربرد ریز شمع به عنوان پایدارسازی شیروانی ها و بهسازی سازه ای جهت کاهش نشست در پی 110

شکل 3-20 موقعیت مکانی ریز شمع ها در مدل فیزیکی شماره ی 7 111

شکل 3-21 شکل شماتیک از پلان مدل فیزیکی شماره ی5 بعد از اتمام ساخت 112

شکل 3-22 چگونگی نصب سنسورهای شتاب سنج و فشار آب حفره ای در قسمت آزاد مدل فیزیکی شماره ی 5 113

شکل 3-23 نمایی شماتیک از مقطع طولی مدل فیزیکی شماره ی 5 114

شکل 3-24 بکارگیری شابلون فلزی در مدل فیزیکی شماره 5 114

شکل 3-25 سطح مدل فیزیکی شماره ی 5 بعد از اتمام ساخت 115

شکل 3-26 شکل شماتیک از پلان مدل فیزیکی شماره ی 7 بعد از اتمام ساخت 116

شکل 3-27 چگونگی اجرای ریز شمع ها در مدل فیزیکی شماره ی 7 117

شکل 3-28 نمایی شماتیک از مقطع طولی مدل فیزیکی شماره ی 7 117

شکل 3-29 سطح مدل فیزیکی شماره ی 7 بعد از اتمام ساخت 118

شکل 3-30 محل های تعیین شده روی سطح لایه خاک ماسه ای برای ایجاد ستون های سنگی در مدل فیزیکی شماره ی 8 119

شکل 3-31 شکل شماتیک از پلان مدل فیزیکی شماره ی 8 بعد از اتمام ساخت 119

شکل 3-32 نمایی شماتیک از مقطع طولی مدل فیزیکی شماره ی 8 119

شکل 3-33 سطح مدل فیزیکی شماره ی 8 بعد از اتمام ساخت 120

شکل 4-1 تاریخچه ی زمانی شتاب ثبت شده مربوط به تحریک ورودی مدل شماره ی 7 123

شکل 4-2 تاریخچه ی زمانی شتاب ثبت شده بر روی شمع شماره ی 1 125

شکل 4-3 تاریخچه ی زمانی شتاب ثبت شده بر روی سر شمع 127

شکل 4-4 نمودار تغییرات فشار آب حفره ای در قسمت آزاد مدل 129

شکل 4-5 نمودار تغییرات نسبت ru در قسمت آزاد مدل 129

شکل 4-6 پلان گروه شمع در آزمایش شماره ی 7 130

شکل 4-7 نمودار تغییرات فشار آب حفره ای در اطراف شمع شماره ی 1 131

شکل 4-8 نمودار تغییرات نسبت ru در اطراف شمع شماره ی 1 132

شکل 4-9 نمودار تغییرات فشار آب حفره ای در اطراف شمع شماره ی 3 133

شکل 4-10 نمودار تغییرات نسبت ru در اطراف شمع شماره ی 3 133

شکل 4-11 نمودار تغییرات فشار آب حفره ای در اطراف شمع شماره ی 2 134

شکل 4-12 اختلاف فشار آب حفره ای pwp5 و pwpا12 136

شکل 4-13 اختلاف فشار آب حفره ای pwp14 و  pwpا11 137

شکل 4-14 اختلاف فشار آب حفره ای pwp13 و pwpا10 137

شکل 4-15- تاریخچه زمانی جابجایی خاک در میدان آزاد مدل شماره 7  139

شکل 4-16 تاریخچه زمانی شتاب ثبت شده مربوط به تحریک ورودی مدل شماره 8  140

شکل 4-17 تاریخچه زمانی شتاب ثبت شده در قسمت آزاد مدل Acc5ا 141

شکل 4-18 تاریخچه زمانی شتاب ثبت شده درقسمت آزاد مدل Acc11 142

شکل 4-19 تاریخچه زمانی شتاب ثبت شده بر روی سر شمع 144

شکل 4-20 تاریخچه زمانی شتاب افقی بر روی سطح خاک در میدان آزاد مدل 145

شکل 4-21 تاریخچه زمانی شتاب قائم بر روی سطح خاک در قسمت آزاد مدل 146

شکل 4-22 نشست خاک در سطح در اثر روانگرایی در قسمت آزاد مدل در آزمایش شماره 8   146

شکل 4-23 نمودار تغییرات فشار آب حفره ای در میدان آزاد مدل 148

شکل 4-24 نمودار تغییرات نسبت  ru در قسمت آزاد مدل 148

شکل 4-25 پلان گروه شمع در آزمایش شماره 8   149

شکل 4-26 نمودار تغییرات فشار آب حفره ای در اطراف شمع شماره 1  150

شکل 4-27 نمودار تغییرات نسبت ru در اطراف شمع شماره 1  151

شکل 4-28 نمودار تغییرات فشار آب حفره ای در اطراف شمع شماره 3  152

شکل 4-29 نمودار تغییرات نسبت ru در اطراف شمع شماره 3  153

شکل 4-30 نمودار تغییرات فشار آب حفره ای در اطراف شمع شماره 2  154

شکل 4-31 اختلاف فشار آب حفره ای pwp5 و pwp12  155

شکل 4-32 اختلاف فشار آب حفره ای pwp14 و pwp11ا 156

شکل4- 33  اختلاف فشار آب حفره ای pwp13 و pwp10ا 156

شکل 4-34 تاریخچه زمانی جابجایی حاک در میدان آزاد در مدل شماره8  159

شکل 4-35 تاریخچه زمانی جابجایی سر شمع در مدل شماره 8   159

شکل 4-36 ححرککت خاک لایه میانی و تغییر مکان های ماندگار 160

شکل 4-37 دو قسمت شدن لایه مقاوم سطحی در حین تحریک در مدل شماره 8   160

شکل 4-38 تاریخچه زمانی شتاب ثبت شده مربوط به تحریک ورودی مدل شماره 5   161

شکل 4-39 تاریخچه زمانی شتاب های ثبت شده در قسمت گروه شمع بر روی شمع شماره1  163

شکل 4-40 تاریخچه زمانی شتاب ثبت شده بر روی سر شمع  164

شکل 4-41 تاریخچه زمانی شتاب افقی ثبت شده بر روی سطح خاک در میدان آزاد مدل 165

شکل 4-42 نمودار تغییرات فشار آب حفره ای در قسمت آزاد مدل  166

شکل 4-43 نمودار تغییرات نسبت ru در میدان آزاد مدل 166

شکل 4-44 پلان گروه شمع در آزمایش شماره 5  167

شکل 4-45 نمودار تغییرات فشار آب حفره ای در اطراف شمع شماره 1    168

شکل 4-46 نمودار تغییرات نسبت ru در اطراف شمع شماره 1   168

شکل 4-47 نمودار تغییرات فشار آب حفره ای در اطراف شمع شماره 3  169

شکل 4-48 نمودار تغییرات نسبت ru در اطراف شمع شماره 3   170

شکل 4-49 وضععیتی حدودی از تغییر مکان نسبی خاک و شمع در جلوی گروه شمع 171

شکل 4-50 اختلاف فشار آب حفره ای pwp10 و pwp5ا 171

شکل 4-51 اختلاف فشار آب حفره ای pwp11 و pwp6ا 172

شکل 5-52 اختلاف فشار آب حفره ای pwp12 و pwp7ا 172

شکل 4-53 مقایسه تاریخچه زمانی جابجایی سر شمع و قسمت آزاد در مدل شماره 5   174

شکل 4-54 تاریخچه زمانی شتاب ثبت شده بر روی سر شمع درآزمایشات7،5 و 8   176

شکل 4-55 تاریخچه زمانی جابجایی سر شمع در آزمایشات 5و8  177

شکل 4-56 تاریخچه زمانی تغییر مکان خاک در محیط آزاد مدل در آزمایشات 5و8  178

شکل 4-57 نمودار فشار آب حفره ای در میدان آزاد مدل در آزمایشات 7،5 و 8   180

شکل 4-58 نمودار های فشار آب حفره ای در اطراف شمع شماره 1 در آزمایشات 7،5 و 8  181

مکانیزمی آسیب های وارده به شمع در پدیده گسترش جانبی

مکانیزمی آسیب های وارده به شمع در پدیده گسترش جانبی

فهرست جداول

جدول 3-1 ضرایب مقیاس مربوط به آزمایشات مدل در محیط 1g با استفاده از قوانین تشابه(1989) Iaiا  84

جدول 3-2 ضرایب مقیاس اصلاح شده در آزمایشات مدل در محیط 1g (Iai and Sugano,1999)ا   87

جدول 3-3 ضرایب مقیاس مورد نظر در تحقیق حاضر  88

جدول 3-4 مشخصات ماسه سیلیسی 161 فیروز کوه  89

جدول 3-6 مشخصات استفاده شده برای شمع درمدل فیزیکی  91

جدول 3-7 معیار انتخاب مصالح فیلتر (ICOLD B.95)ا  108

جدول 3-8 مشخصات مربوط به پروپیلن های بکار رفته درمدل فیزیکی 7 به عنوان ریز شمع   112


Abstract

During the past earthquakes in allower the world, the piles have had serious damages in soils with liquefaction potential. During an earthquake, liquefaction occurs in some parts of ground with mild slope and saturated and soft granular soil. Afterwards lateral spreading induced by liquefaction incurs irreparable damages on structures and piles particularly. Observing these damages, the researchers and engineers have conducted more surveys and investigations to studying the behavior of piles in granular soils with liquefaction potential and also interactions between soil and pile. In these researches, they have modeled the interactions between soil and pile. However there are ambiguities in these surveys that require more observations. Of course, it is necessary to providing solutions for reducing the effects caused by liquefaction on piles and structures that constructed on saturated and soft granular soils. In this research, the effect of lateral spreading on piles is simulated by physical modeling of large scale shaking table test. Also, in order to reduce the effects caused by liquefaction and the lateral spreading, implementation of stone column and micro-pile in upstream and downstream of pile group are analyzed and evaluated. In this physical modeling, a pile group 3×3 of polyethylene (HPDE) with high flexibility is used. Also, the soil profile in the model is consist of three layers: dense and lower non-liquefacted soils, the saturated granular layer with liquefaction potential and relative density of 15%, and non-liquefacted surface layer that their slope is 4 degrees. Stimulating the input will be with maximum acceleration amplitude of 0.3 g and dominant frequency of 3 Hz along lateral spreading. According to the experimental results, maximum excess pore water pressure happens before occurance of liquefaction, and in this moment the soil acceleration gradually reduces upon liquefaction and lateral spreading the soil displacement increases dramatically, However, reduction of rate of lateral spreading and movement of liquefacted soil from upstream to downstream the soil displacement decreases.as well, at the time of lateral spreading and soil movement from upstream to downstream, tensile stress occurs in the front side of pile group and compressive stress occures in the back side of pile group, Performing micro-piles in this research did not have considerable effect on the time histories of acceleration, pore water pressure and soil displacement, however stone columns used in upstream and downstream sides of pile group were much more effective…stone columns had a remarkable influence on time histories of acceleration, pore water pressure and displacement by three effective roles of drainage of excess pore water pressure, compressing and hardening of the soil around the pile also and preventing the movement of liquefacted Soil towards downstream

Key Words: liquefaction, lateral spreading, physical modeling improvement, pile group, shaking table, micro-pile, stone Column, reduction in effects of lateral spreading

 


تعداد صفحات فایل : 198

مقطع : کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

خرید فایل pdf و سفارش فایل word

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید