نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد نهم، شمارۀ 1 بهار 1314 5962

بررسی ظرفیت باربری پی‌های سطحی مجاور‌شیب‌های ماسه‌ای با مدل آزمایشگاهی

علی عطارزاده، علی قنبری، امیر حمیدی؛
دانشگاه خوارزمی، دانشکده فنی مهندسی، گروه عمران
تاريخ: دريافت 1/8/12 پذيرش 11/12/12 چکيده
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2695 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2695 ]

هدف از این مقاله ارائۀ رابطه ای جدید برای محاسبۀ ضریب ظرفیت باربری پی های مستطیلی واقع بر نزدیکی شیب برای شرایط این تحقیق است. در این راستا در قالب بررسی آزمایشگاهی مدلی از شیبی ماسه ای درون جعبۀ فولادی ساخته شده و پی مستطیلی روی آن قرار گرفته است. پس از بارگذاری با دستگاه سه محوری، مقدار بار اعمال شده و تغییر مکان پی ثبت شده و منحنی تنش- نشست رسم شده است. بر این اساس ظرفیت باربری نهایی پی تعیین شده است. ماسه استفاده شده در این تحقیق ماسه بابلسر است و در تمام آزمایش ها دانسیتۀ نسبی 05% است. بر اساس نتایج حاصل، تأثیر فاصلۀ پی تا لبه شیب و نیز زاویۀ شیب بر ظرفیت باربری نهایی پی بررسی شده و در بارۀ روند تغییرات آن با پارامترهای مختلف بحث شده است. نتایج این تحقیق حاکی از آن است که با افزایش فاصلهۀ لبه پی از شیب٬ ظرفیت باربری به صورت خطی افزایش مییابد. هم چنین با افزایش زاویۀ شیب٬ ظرفیت باربری به صورت خطی کاهش پیدا کرده است. در نهایت رابطه ای جدید برای برآورد ضریب ظرفیت باربری پی های سطحی در مجاورت شیب برای ماسه با تراکم 05% و شرایط این تحقیق ارائه شده است.
واژه های کلیدی: ظرفیت باربری، پی مستطیلی، اثر شیب، پی مجاور شیب، ماسه.
5969
مقدمه
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2695 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2695 ]

یکی از شرایط یا حالت های مؤثر بر ظرفیت باربری پی، اتکا پی بر زمین شیب دار یاقرارگیری شیب در فاصلۀ مؤثر از پی است. قرارگیری پی در مجاورت شیب تأثیر چشم گیریبر ظرفیت باربری داشته و موقعیت گوۀ گسیختگی را تغییر می دهد. در حالت پی در مجاورت شیب، دو پارامتر فاصلۀ پی از لبه شیب و زاویۀ شیب در کاهش ظرفیت باربری پی، در برابر عوامل دیگر تأثیر چشم گیری دارند. اگر فاصلۀ لبه شیب تا پی از مقدار مشخصی بیش تر باشد دیگر شیب اثری بر ظرفیت باربری نداشته است و ظرفیت باربری مانند پی روی زمین افقی محاسبه می شود. در شکل 1 شکل شماتیکی از پی در مجاورت شیب نشان داده شده است.

شکل 1. شکل شماتيک پی در مجاورت شيب
امروزه روش معمول در تعیین ظرفیت باربری پی های سطحی، استفاده از ضرایب تجربی در معادلات ظرفیت باربری پی است که محققان برجسته ای مانند ترزاقی)1143(، مایرهوف )1193(، هانسن)1195(، وسیک )1193(، ساران و همکاران )1181( ارائه شده است. این روش ها به دلیل تجربی بودن ضریب ها )اعم از ضریب های شکل پی، عمق پی، شیب بار و شیب زمین( تقریب زیادی دارند. این تقریب در بسیاری از موارد اقتصادی بودن طرح را تحت تأثیر قرار داده و گاهی اوقات ممکن است حاشیۀ ایمنی مورد نیاز را تأمین نکند.
بررسی ظرفیت باربری پی های سطحی در گذشته به صورت گسترده، به روش های عددی و تحلیلی انجام شده و روش های حل متعددی در این زمینه ارائه شده است. تحلیل ظرفیت باربری پی های سطحی در مجاورت شیب به عوامل مختلفی بستگی دارد و ارائه تحلیلی که همۀ پارامترهادر آن لحاظ شده باشد کار مشکلی است. با توجه به تأثیر پارامترهای مختلف در 5962
ظرفیت باربری پی های سطحی و مشکلات موجود در زمینۀ استفاده از روش های حل تحلیلیو عددی، اهمیت تحقیقات انجام شده با استفاده از مدل سازی آزمایشگاهی در این زمینه روشنمی شود. در این بین استفاده از روش های تجربی شامل ساخت مدل های واقعی یا مدل های بامقیاس کوچک، محققان مختلف مناسب ترین راه را برای بررسی صحت و میزان دقت نتایج روش ها و تئوری ها، ارائه کردند. از طرف دیگر عدم قطعیت در نوع و مقدار پارامترهای دخیل در روش های تحلیلی و عددی همواره محققان را به سوی استفاده از مدل سازی فیزیکی پدیده های مختلف سوق داده است. در مورد بررسی های آزمایشگاهی محققان پیشین، می توان به پژوهش های که ییتم اوقلو )1114(، چول شین2 و داس3 )1118(، یو4 )2551(، مصطفی0 و ساواف )2559(، برنس بای9 و دیویدسون8 )2558(، شودهاری1 و همکاران )2551(، علم شاهی و هاتف )2551(، بهره مندجوی)1315( و پنجتنی)1311( اشاره کرد.
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2695 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2695 ]

برنس بای و دیویدسون در تحقیق خود ظرفیت باربری پی در کنار سطح شیب دار و تأثیر ثابت بودن پی بر عمل کرد آن را بررسی کرده و به این نتیجه رسیدهاند که ظرفیت باربری پی در کنار سطح شیب دار علاوه بر خصوصیات خاک و فاصلۀ پی از لبۀ شیب و زاویۀ شیب به ثابت بودن ساختار پی )عدم حرکت افقی و یا چرخشی(، هم بستگی دارد. نتایج به دست آمده از این تحقیق نشان داد که: با افزایش زاویۀ شیب ظرفیت باربری کاهش می آبد. هم چنین ظرفیت باربری پی در حالت آزاد کم تر از حالت گیرداری است که هرچه زاویۀ شیب بیش تر باشد، این اختلاف کم تر است.
بررسی آزمایشگاهی پنجتنی)1311(، بر روی یک شیب ماسه ای که یک پی مستطیلی در بالای آن قرار داده شده، انجام گرفته است و سپس روی آن بارگذاری شده و پارامترهایی مانند: تراکم نسبی خاک، فاصلۀ لبه پی تا شیب و زاویۀ شیب بررسی شده است. نتایجی که در انجام این تحقیق به دست آمده است نشان میدهد که: با افزایش فاصلۀ پی از لبه شیب ظرفیت باربری پی در تراکم و زاویۀ شیبهای مختلف افزایش پیدا کرده و با توجه به نمودارهای حاصل، مشاهده شده است که وقتی فاصلۀ پی از لبه شیب به سه برابر عرض پی )B3( افزایش 5962
یابد، می توان از تأثیر شیب صرف نظر کرد و ظرفیت باربری پی را معادل پی قرار گرفته برزمین مسطح بررسی کرد. هم چنین با افزایش تراکم نسبی خاک، ظرفیت باربری پی در زاویۀشیب های مختلف افزایش پیدا کرده و روند این افزایش تقریباتقریباً خطی است. از طرف دیگر باافزایش زاویۀ شیب ظرفیت باربری مدل کاهش پیدا کرده و هرچه زاویۀ اصطکاک داخلی بیش تر باشد اثر زاویۀ شیب بر ظرفیت باربری بیش تر است و روند کاهش ظرفیت باربری با افزایش زاویۀ شیب در اکثر موارد وضعیت خطی دارد.
در تحقیق حاضر پژوهش هایی در زمینۀ بررسی عوامل مؤثر بر ظرفیت باربری پی های واقع بر روی شیب با استفاده از یک مدل آزمایشگاهی انجام شده و نتایج حاصل با نتایج مایرهوف )1193( مقایسه شده است. برای این منظور از خاک دانهای با دانسیته نسبی 05% استفاده شده و به ازای زاویه های شیب مختلف، ظرفیت باربری پی محاسبه شده است.

126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2695 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2695 ]

نحوۀ انجام آزمايش
برای انجام آزمایش احتیاج به جعبه ای است که شیروانی خاکی در آن مدل گردد.
بدین منظور چنان که در شکل 2 نشان داده شده است، جعبه ای فولادی به ابعاد 25×05 سانتی متر و به ارتفاع 20 سانتی متر ساخته شده است. علت به کار نبردن جعبۀ طلقی شفاف که مکانیسم گسیختگی خاک آزمایش شده در آن مشاهده گردد، این است که برای رسیدن به تراکم05% در آزمایش ها، باید خاک در لایه های مختلف کوبیده شود، جعبۀ طلقی در هنگام کوبش خاک تغییر حجم داده و قادر به تحمل ضربه برای تراکم خاک نیست و از درزها شکننده است. از این رو، جعبۀ آزمایش از جنس فولاد ساخته شده و تمام درزهای آن با جوش الکتریکی محکم شده است تا در هنگام متراکم کردن خاک قادر به تحمل ضربه باشد. از عیب های جعبۀ فولادی، وزن زیاد آن و دیده نشدن مکانیسم گسیختگی خاک است.
آزمایش ها در سه شیب مختلف با زاویه های ٬35 40 و 95 درجه انجام شده است. چنان که در شکل 3 دیده می شود، بارگذاری با قاب بارگذاری دستگاه سه محوری بزرگ انجام گرفته است. سرعت بارگذاری 1 میلی متر بر دقیقه است که این میزان با دستگاه قابل تنظیم است. 5966
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2695 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.1.2695 ]

جابه جایی قائم نیز با یک گیج که روی دستگاه سه محوری نصب است اندازه گیری شده استو داده های به دست آمده از اعمال نیرو و تغییر مکان به صورت خودکار بر روی سیستم ضبطشده است.

b a
شکل 5. جعبۀ فولادی به کار رفته در آزمايش، (a نمای واقعی، (b شکل شماتيک
مدل پی مستطیلی ساخته شده از جنس فولاد با ضخامت 15 میلی متر و طول 190 میلی متر و پهنای 45 میلی متر است. مدل پی بر بالای شیب در فاصله های مختلف B٬B ٬5/0B2 و B3 آزمایش شده است.
در جدول 1 تعداد و مشخصات نمونه های آزمایش شده در این تحقیق آورده شده است.

b
)
فاصل
ۀ

شيب

تا

پی

لبه

B
)
پی

عرض

شکل
3
.
استفاده

آزمايش

جعبه

و

دستگاه

شماتيک

شکل

شده

تحقيق

اين

در



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید