مطالعات رفتار دیوار خاک مسلح در مدل آزمایشگاهی و بهینه سازی تسلیح آن با کمک نرم افزار

استفاده از خاک مسلح و تکنولوژی مرتبط با آن در دهه های اخیر به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است.طیف گسترده ای از مواد مسلح کننده برای استفاده در سازه های مسلح مورد استفاده قرار کرفته که شامل : نوار های فلزی ، ژئوسنتتیک ها و غیره می باشد.آزمایش ها در مقیاس بزرگ ،مدل های کوچک مقیاس سانترفیوژ و مطالعات میدانی با ابزار بندی دقیق و مناسب برای بدست آوردن روابط اساسی طراحی سازه های مسلح به خصوص شیب های مسلح صورت گرفته است.شبیه سازی پارامتر های مورد نیاز طراحی برای مدل های کوچک مقیاس کار بسیار دشوار و در مواردی غیر ممکن می باشد.بنابر این نتایج مطالعات برروی مدل های کوچک مقیاس آزایشگاهی نمی توانند به صورت مستقیم مبنای پارامتر های طراحی برای شیب های مسلح در مقیاس واقع قرار گیرد.اما مطالعه و نتایج حاصل از مدل های کوچک مقیاس می تواند راهی سریع و اقتصادی برای پی بردن به مکانیسم گسیختگی دیوار خاک مسلح باشد.علاوه بر آن با ابزار بندی مناسب ، این مدل ها می توانند مبنای مطالعات اساسی تعیین پارامتر های طراحی گردند. در این مطالع آزمایش هایی برای تعیین بار منجر گسیختگی ،جابه جایی ها ،مکانیسم گسیختگیو روابط بین آن ها برروی مدل های کوچک مقیاس انجام گرفت.حدود 55 مدل ساخته شد که شامل 18 مدل اولیه با تکستایل های پلی پروپیلن و کاغذ چاپ و تحت روش های بارگذاری با وزنه و جک دستی درست گردید.مدل های اصلی با تسلیحی از جنس کاغذ پنبه ای و تحت دستگاه با نرخ ثابت بارگذاری مورد مطالعه قرار گرفت.اثر پارامتر هایی از قبیل مقدار مقاومت کششی تسلیح،فاصله تسلیح،طول بارگذاری و عرض بارگذاری بر ظرفیت باربری دیوار مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج مطالعه حاضر عبارتند از: با کاهش فاصله قائم لایه های تسلیح ظرفیت باربری دیوار خاکی مسلح افزایش می یابد.این افزایش برای مقادیر تسلیح متفاوت با یک نرخ نبوده و هرچه میزان مقاومت کششی تسلیح افزایش یابد مقدار این نرخ افزایشی بیشتر خواهد بود.همچنین سطح گسیختگی بدست آمده از مدل های مورد آزمایش با لایه های تسلیح 5 سانتی متر عمیق تر از مدل های مورد آزمایش با لایه های تسلیح 10 سانتی متر و سطح گسیختگی حاصل از لایه های 10 سانتی متر ،عمیق تر از لایه های 15 سانتی متر می باشد. با افزایش مقاومت تسلیح در فاصله لایه های ثابت، میزان ظرفیت باربری نهایی افزایش می یابد که در این حالت میزان نرخ افزایش برای فاصله لایه های بیشتر (15 سانتی متر)تقریبا خطی و نرخ افزایشی برای لایه هایی با فاصله کم تر بیشتر می باشد.(معادله خطی با ضرایب x2 و x بیش تر می باشد).همچنین با کاهش فاصله سطح بار گذاری تا لبه شیب علاوه بر بدست آمدن سطح گسیختگی بیش تر ،میزان ظرفیت بار بری نهایی دیوار خاکی مسلح نیز افزایش می یابد.لازم بذک می باشد بیش ترین جابه جایی های افقی در مدل ها در بخش 3/1 میانی دیوار خاک مسلح اتفاق می افتد. گسیختگی در تمام این مدل ها ابتدا از ناحیه میانی شیب ها آغاز شده و به سمت ناحیه فوقانی مجاور و سپس ناحیه تحتانی گسترش می یابد.همچنین برای این مدل ها می توان نمودار کیفی از توزیع نیروی کششی تسلیح نسبت به ارتفاع ارائه داد. سطح گسیختگی بدست آمده برای تمام این مدل ها سطح برشی آشکاری است که می توان با کمانی از دایره تقریب زد.همچنین نوع گسیختگی در تمام این مدل ها به صورت پیش رونده می باشد. نتایج حاصل از این تحقیق را می توان به چهار دسته تقسیم نمود: • نتایج حاصل از آزمایش های مقدماتی ، شامل برش مستقیم و آزمایش مقاومت کششی که برروی خاک مورد استفاده و تسلیح انجام گرفت • نتایج حاصل از مطالع تجربی مدل های دیوار خاک مسلح برای دستیابی به ارتفاع گسیختگی. • نتایج حاصل از مطالع تجربی مدل های دیوار خاک مسلح با بارگذاری. • نتایج حاصل از مطالعات تحلیلی بروش تعادل حدی و بهینه سازی تسلیح نتایج بدست آمده از آزمایش برش مستقیم برروی ماسه مورد نظر شامل موارد زیر است: 1-با افزایش دانسیته ماسه زاویه اصطکاک ماسه افزایش می یابد 2-با افزایش تنش نرمال، زاویه اصطکاک ماسه مورد استفاده تقریبا به صورت خطی کاهش می یابد. 3-زاویه اصطکاک باقیمانده برای ماسه مورد نظر در دانسیته و تنش نرمال مختلف یکسان و حدود 29 درجه اندازه گیری شد. نتایج بدست آمده از آزمایش مقاومت کششی برروی سه نوع تسلیح به کار رفته در این مدل ها شامل موارد زیر است. 1-با افزایش نسبت عرض به طول سه نوع تسلیح مورد آزمایش ،مقدار مقاومت کششی و کرنش نظیر آن ها افزایش می یابد. 2-رفتار نرم شوندگی سه نمونه تسلیح wr ، mr ، mmr ، sr به ترتیب افزایش می یابد و هر نمونه تسلیح نام برده از نوع قابل کشش می باشد. نتایج حاصله از مطالعه تجربی مدل های دیوار خاک مسلح شامل موارد زیر می باشد: -با افزایش مقاومت برشی (دانسیته خاک ) مدل ها ،ارتفاع پایدار این مدل ها افزایش می یابد.این امر نشان می دهد که مقاومت برشی حاکم بر مدل ها در شرایط گسیختگی ،مقاومت برشی حداکثر خاکریز می باشد نه مقاومت باقیمانده. 2- با افزایش مقاومت کششی عناصر تسلیح ،ارتفاع پایدار مدل ها افزایش می یابد 3- سطح گسیختگی و مکانیسم گسیختگی برای تمام مدل ها تقریبا مشابه بود.لذا می توان گفت سطحگسیختگی و مکانیسم گسیختگی مستقل از وزن واحد،فاصله قائم لایه های تسلیح و نوع نما ندارد. 4- نوع گسیختگی در تمامی مدل های فوق تقریبا ناگهانی بوده ،وشکل سطح گسیختگی در این مدل ها را می توان با کمانی از دایره یا اسپیرال تقریب زد. 5- سطح گسیختگی بازیابی شده با سطح گسیختگی مشاهده شده شده ا ز جداره شیشه ،تفاوت داشته و این بدلیل وجود اصطکاک جداری در شیشه می باشد ولی این مقدار تفاوت زیاد نمی باشد. 6- سطح گسیختگی بدست آمده از نرم افزار تعادل حدی اسلاید با سطح گسیختگی باز یابی شده تفاوت اندکی داشته و این تفاوت بدلیل وجود اصطکاک جداری برروی مدل های آزمایشگاهی می باشد که ارتفاع پایداری مدل ها را افزایش می دهد نتایج تجربی بدست آمده از مدل ها شیب خاک مسلح شامل موارد زیر می باشد: -با کاهش فاصله قائم لایه های تسلیح ظرفیت باربری دیوار خاکی مسلح افزایش می یابد.این افزایش برای مقادیر تسلیح متفاوت با یک نرخ نبوده و هرچه میزان مقاومت کششی تسلیح افزایش یابد مقدار این نرخ افزایشی بیشتر خواهد بود.همچنین سطح گسیختگی بدست آمده از مدل های مورد آزمایش با لایه های تسلیح 5 سانتی متر عمیق تر از مدل های مورد آزمایش با لایه های تسلیح 10 سانتی متر و سطح گسیختگی حاصل از لایه های 10 سانتی متر ،عمیق تر از لایه های 15 سانتی متر می باشد. 2-با افزایش مقاومت تسلیح در فاصله لایه های ثابت، میزان ظرفیت باربری نهایی افزایش می یابد که در این حالت میزان نرخ افزایش برای فاصله لایه های بیشتر (15 سانتی متر)تقریبا خطی و نرخ افزایشی برای لایه هایی با فاصله کم تر بیشتر می باشد.(معادله خطی با ضرایب x2 و x بیش تر می باشد) 3-با کاهش فاصله سطح بار گذاری تا لبه شیب علاوه بر بدست آمدن سطح گسیختگی بیش تر ،میزان ظرفیت بار بری نهایی دیوار خاکی مسلح نیز افزایش می یابد. 4-در مدل های ساخته شده با تسلیح wr با کاهش عرض پی (32 ،29 ، 26 سانتی متر) ،میزان بار نهایی کاهش می یابد.همچنین در مدل های با تسلیح mr با کاهش عرض پی میزان ظرفیت باربری کاهش می یابد . 5-بیش ترین جابه جایی های افقی در مدل ها در بخش 3/1 میانی دیوار خاک مسلح اتفاق می افتد. 6-گسیختگی در تمام این مدل ها ابتدا از ناحیه میانی شیب ها آغاز شده و به سمت ناحیه فوقانی مجاور و سپس ناحیه تحتانی گسترش می یابد.همچنین برای این مدل ها می توان نمودار کیفی از توزیع نیروی کششی تسلیح نسبت به ارتفاع ارائه داد. 7-سطح گسیختگی بدست آمده برای تمام این مدل ها سطح برشی آشکاری است که می توان با کمانی از دایره تقریب زد.همچنین نوع گسیختگی در تمام این مدل ها به صورت پیش رونده می باشد. 8-سطح گسیختگی بدست آمده برای تمام مدل ها در لبه انتهایی پی ها،سطح شیب دار را تقریبا قطع نموده که نشان دهنده در حین بار گذاری برروی پی ها توزیع تنش در زیر پی ها بصورت یکنواخت می باشد. 9-مشاهده و بررسی سطح گسیختگی با تکنیک های مشاهده بصری ، بازیابی عناصر تسلیح مقذار سطح گسیختگی بیش تری را نسبت در مقایسه آن با سطوح حاصل از حل تعادل حدی مدل های شبیه سازی شده در نرم افزار اسلاید نشان دهنده وجود اصطکاک جداری به خصوص در شرایط بار گذاری بالا را میدهد که باید مورد توجه قرار گیرد. نتایج بدست آمده از بهینه سازی تسلیح مدل های آزمایشگاهی دیوار خاک مسلح به کمک نرم افزار اسلاید شامل موارد زیر می باشد: 1-برای بدست آوردن مناسب ترین منطقه جهت تقویت تسلیح باید به مکانیسم گسیختگی مدل ها توجه نمود و نواحی دارای بیش ترین مقدار جابه جایی را هدف قرار داد 2-نواحی در محدوده 3/1 میانی مدل های مورد بررسی مناسب ترین نواحی و کاراترین آن ها برای تقویت دیوار مسلح می باشد. 3-روش کاهش فاصله لایه های میانی در ناحیه 3/1 میانی مدل ها کار آمدترین روش برای تقویت مدل مسلح توسط تکستایل می باشد. 4-روش تعویض تکستایل هایی با مقاومت بالا تر در نواحی مورد نظر نسبت به روش کاهش فاصله بازده و نتیجه پایین تری را دارا می باشد.