تحلیل عددی رفتار مکانیکی زمین های تقویت شده با ستون های سنگی

یکی از روش های بهسازی زمین ساخت ستون های سنگی در زمین های سست است که روشی موثر و سازگار با محیط زیست می باشد که امروزه به طور گسترده به منظور افزایش ظرفیت باربری، کاهش نشست های کلی و تفاضلی، کاهش پتانسیل روانگرایی و افزایش سرعت تحکیم، مورد استفاده قرار می گیرد. لذا شناخت هرچه بیشتر نحوه عملکرد و تأثیرات ستون های سنگی با استفاده از آزمایش های آزمایشگاهی و صحرایی و یا با استفاده از روش های تحلیل عددی حایز اهمیت می باشد. در این پایان نامه با استفاده از مدلسازی عددی به بررسی رفتار ستون سنگی منفرد و گروه ستون های سنگی به صورت دوبعدی و کرنش صفحه ای، و تأثیر آن بر نشست زمین تقویت شده با ستون های سنگی پرداخته شده است. ابتدا رفتار ستون سنگی منفرد به صورت الاستیک و سپس رفتار الاستوپلاستیک زمین مسلح شده با ستون سنگی منفرد بررسی شده و اثر پارامترهای متعدد همچون قطر ستون، طول ستون، نسبت مدول الاستیسیته مصالح ستون سنگی به مدول الاستیسیته خاک اطراف، ضریب پواسون خاک و بعد پی بر رفتار آن، مورد مطالعه قرار گرفته است. در بررسی رفتار الاستوپلاستیک، مدل مور-کولمب برای مصالح ستون سنگی و خاک اطراف آن انتخاب شده است. نتایج حاصل نشان می دهند که افزایش قطر ستون سنگی به علت جایگزینی بیشتر خاک سست با مصالح سنگی نامناسب، افزایش اندازه پی به علت تحمل بخشی از بار اعمال شده توسط خاک، افزایش نسبت مدول الاستیسیته مصالح ستون سنگی نسبت به مدول الاستیسیته خاک در صورتی که مدول الاستیسیته خاک ثابت باشد و افزایش طول ستون سنگی می تواند منجر به کاهش نشست زمین مسلح شده با ستون سنگی منفرد با رفتار الاستوپلاستیک شود. همچنین با افزایش ضریب پواسون خاک به علت عدم بالازدگی خاک در سطح و ثابت بودن حجم خاک، تنش های خاک افزایش می یابد که افزایش تنش های خاک منجر به کاهش تغییرشکل های ستون شده و نشست آن کاهش می یابد. در تحلیل های بخش الاستیک نیز نتایج مشابهی حاصل شده است هرچند میزان نشست ها به طور کلی بسیار کمتر از حالت الاستوپلاستیک بوده و با افزایش قطر ستون و اندازه پی افزایش نشست مشاهده شده است. سپس گروه ستون های سنگی با رفتار الاستوپلاستیک مورد مطالعه قرار گرفته و اثر پارامترهای مختلف بر آن بررسی شده است. مدل مور-کولمب انتخاب شده برای مصالح ستون های سنگی و خاک اطراف آن، نتایج قابل قبولی را با مقایسه با نتایج آزمایش های انجام شده، نشان می دهد. نتایج حاصل حاکی از آن است که افزایش نسبت مدول الاستیسیته مصالح سنگی به مدول الاستیسیته خاک اطراف آن در صورتی که مدول الاستیسیته خاک ثابت باشد، افزایش قطر ستون، افزایش طول ستون و افزایش عرض پی می تواند باعث کاهش نشست زمین های تقویت شده با ستون های سنگی شود. در مورد گروه ستون های سنگی علاوه بر عوامل فوق، کاهش فاصله ستون ها تا حد امکان و افزایش تعداد ستون های سنگی نیز می تواند در کاهش نشست زمین های تقویت شده با ستون های سنگی موثر باشد. افزایش ضریب پواسون خاک و مصالح ستون سنگی نیز در کاهش نشست موثر می باشند هرچند تأثیر ضریب پواسون ستون سنگی اندک است. در بررسی اثرات تغییر طول ستون ها بر نشست زمین مسلح شده با ستون های سنگی، نتایج حاکی از آن است که افزایش طول ستون از بیش از 6 متر تأثیر اندکی در کاهش نشست دارد که این مسأله می تواند منجر به ایجاد گروه ستون های سنگی با طول های نابرابر شود تا علاوه بر صرفه اقتصادی، هدف از ساخت ستون های سنگی را در کاهش نشست زمین تأمین نماید.