در این سری از مقالات سایت به بررسی روش اجرای ستون های با مقاومت بالا (HMC) در بهسازی خاک مانند جت گروتینگ برای مقابله با روانگرایی و اجرای پروژه ها در خاک روانگرا پرداخته می شود. در سری قبل به بررسی روش تراکمی و روش اختلاط عمیق خاک پرداخته شد.

اجرای ستون های با مقاومت بالا (HMC)  جت گروتینگ

چکیده:

در این مقاله دمیر و همکاران به بررسی پارامتری عوامل اثرگذار ستون های دارای مدول الاسیسیته بالا مانند ستون های جت گروتینگ و اختلاط عمیق در کاهش روانگرایی پرداخته اند. در این مطالعه عددی یک توده ۲۰ متری از خاک دارای پتانسیل روانگرایی بالا به ازای نسبت مدول برشی و عمق نفوذ ستون ها و  نیروی ورودی زلزله متفاوت در نرم افزار سه بعدی المان محدود برای تحلیل و بررسی تاثیر ستون های دارای مقاومت بالا نظیر جت گروتینگ شبیه سازی شده است.

اثر محسوس ستون های دارای مقاومت بالا در نشست، جابجایی های جانبی، ضریب اطمینان در برابر روانگرایی خاک و … مورد بررسی قرار گرفته است. مقایسه و تجزیه و تحلیل بین خاک اصلاح شده با ستون های دارای مقاومت بالای جت گروتینگ و اختلاط عمیق و خاک غیر مسلح دارای پتانسیل روانگرایی بالا، بخصوص با تمرکز بر تغییر شکل برشی و توزیع تنش برشی بین خاک روانگرا و ستون های با مقاومت بالای جت گروتینگ انجام شده است.

مقدمه:

مکانیسم های مختلف بهسازی زمین مانند متراکم سازی، زهکشی، مسلح سازی یا ترکیبی از این مکانیزم ها معمولاً در پروژه های اجرایی مهندسی برای جلوگیری یا به حداقل رساندن تغییر شکل خاک روانگرا و آسیب های ناشی از آن به کار می روند. این مکانیزم ها با استفاده از تکنیک های مختلف بهینه سازی خاک به نام ستون های دارای مدول الاسیسیته بالا (HMC) مانند ستون های سنگی، ستون های دانه بندی شده جامد، ستون های جت گروتینگ به منظور کاهش خطر ناشی از روانگرایی و خطرات ناشی از آن، در خاک استفاده می شود.

در این مطالعه، عملکرد لرزه ای یک خاک روانگرا فرضی و تقویت شده با HMC با تمرکز بر اثرات HMC  بر کاهش تنش برشی لرزه ای، پتانسیل روانگرایی، جابجایی های ناشی از روانگرایی و پاسخ سایت بررسی شده است. تجزیه و تحلیل عددی از طریق مدل های غیر خطی المان محدود با استفاده از روش سلول واحد موجود در OpenSees انجام شده است.

نتایج تجزیه و تحلیل عددی با اندازه گیری­های تجربی مقایسه و مورد تایید قرار گرفته و پس از تأیید مدل عددی، پاسخ خاک اصلاح شده و اصلاح نشده تحت بار زلزله با در نظر گرفتن متغیرهای مختلف از جمله، نسبت اصلاح سطح منطقه (Ar)، نسبت مدول برشی (Gr)  و نسبت عمق بهبود یافته (L / d)  مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است.

بر اساس اطلاعات و فرضیات آمده در مقاله شامل مشخصات خاک در نظر گرفته شده و ستون های دارای مقاومت بالای (HMC)  مطابق اشکال پایین فرض شده است.

مقایسه :

بر اساس مقایسه نتایج اندازه گیری های آزمایشگاهی و نتایج شبیه سازی شده شن و ماسه نوادا و بررسی ضریب کاهش تنش برشی (KG) و نسبت کرنش برشی (γr)و شتاب حداکثر (amax,s) و تغییرات حداکثر شتاب افقی (amax) با عمق و همچنین نسبت فشار منفذی مازاد (ru) و حداکثر نشست های سطحی و جابجایی های جانبی (ux ,uy)  و طیف پاسخ شتاب (Sa)نتایج زیر حاصل شد:

• ستون های دارای مقاومت بالای HMC مانند جت گروتینگ با میزان اصلاح سطح منطقه (Ar) و نسبت مدول برشی (Gr)بالا موجب کاهش عوامل کاهنده تنش برشی (KG) در خاک اصلاح شده میشود. نسبت عمق بهبود یافته اندکی در مقادیر KG در طول عمق تغییر ایجاد میکند.

• در پروفیل خاک اصلاح شده میزان سازگاری کرنش برشی (γr = ۱.۰) بین ستون های دارای مقاومت بالا (جت گروتینگ و… ) و خاک تغییر نمیکند. بنابراین، روش طراحی فعلی مبتنی بر فرض سازگاری کرنش برشی پیشنهاد شده توسط بائز، کاهش تنش برشی لرزه ای در خاک های اصلاح شده با HMC  را به طور قابل توجهی بیش از حد تخمین می زند.
• نحوه توزیع KG و γr به دست آمده در این مطالعه با معادلات پیشنهادی سایر محققان متفاوت است. بنابراین، این معادلات باید توسط مطالعات عددی غیرخطی مختلف با استفاده از پروفیل های خاک یا شدت حرکت ورودی مختلف ، مورد تأیید قرار گرفته باشند.
• نتایج تجزیه و تحلیل عددی نشان داد که ستون های با مقاومت بالا HMC مانند ستون جت گروتینگ بر شتاب سطحی ماکسیمم و حداکثر شتاب افقی در پروفیل خاک تأثیر گذار است. بنابراین، اثرات پاسخ هر سایت باید در خاک های دارای قابلیت روانگرایی که با ستون های دارای مقاومت بالا HMC مانند جت گروتینگ اصلاح می شوند، در نظر گرفته شوند.

• نتیجه گیری:

–    وجود ستون های دارای مقاومت بالای جت گروتینگ (HMC ) در خاک دارای پتانسیل روانگرایی با افزایش مقادیر Ar  و Gr در مقایسه با خاک اصلاح نشده کمی جابجایی جانبی را کاهش می دهد. از سوی دیگر، به دلیل استفاده از ضریب نفوذ پذیری کم برای سیستم خاک کامپوزیت و عدم استفاده از عملکرد نفوذپذیری متغیر برای لایه خاک روانگرا در حین حرکت لرزه ای ، اثر مفید HMC از نظر کاهش سطح استقرار سطح زمین مشاهده نمی شود.

به طور کلی، در پروفیل های خاک اصلاح شده با ستون های مقاومت بالای HMC   (جت گروتینگ)  با افزایش نسبت جایگزینی و سختی، افزایش شتاب طیفی در سطح زمین دیده می شود. این افزایش بسیار مهم است زیرا به معنای افزایش نیروهای لرزه ای اینرسی است که ممکن است به سازه های قرار گرفته در خاک های بهبود یافته تحمیل شود. نتایج کلی تجزیه و تحلیل عددی نشان داد که هر دو ناسازگاری کرنش برشی و تغییر شتابهای سطح اوج باید در محاسبه ضریب ایمنی در نظر گرفته شوند.

نتایج کلی تجزیه و تحلیل عددی نشان داد که هر دو مورد ناسازگاری کرنش برشی و تغییر شتابهای سطحی حداکثر باید در محاسبه ضریب ایمنی در برابر روان گرایی در خاک های دارای پتانسیل روانگرایی بهبود یافته با ستون های جت گروتینگ در نظر گرفته شوند.

در نتیجه، نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل عددی نشان داد که تجزیه و تحلیل پاسخ ویژه سایت باید در خاکهای دارای پتانسیل روانگرایی با ستون­های جت گرونیگ ( HMC ها)، انجام شود و عملکرد سیستم کامپوزیت بوسیله انجام تجزیه و تحلیل حساسیت لازم بررسی شود.

در نهایت دمیر و همکاران محدودیت ها را اینگونه مطرح میکنند که رفتار ستون های جت گروتینگ وHMC  ها در یک خاک با امکان روانگرایی برای تجزیه و تحلیل نیاز به جزئیات بیشتر داده های میدانی و انجام مدل های فیزیکی و عددی بیشتر با در نظر گرفتن پروفایل های خاک واقعی تر و تحت ویژگی های مختلف زلزله ورودی دارد.

در نهایت اینگونه مطرح کرده اند که نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل عددی در خاکهای دارای قابلیت روانگرایی که با HMC  (جت گروتینگ)  بهبود یافته، نشان داده است که عملکرد سیستم کامپوزیت باید با انجام تجزیه و تحلیل حساسیت لازم بررسی شود.

همچنین لازم به ذکر است که شبیه سازی های عددی ارائه شده در این مقاله شامل تعدادی تقریب ها و ساده سازی های قابل توجه است. مکانیزم تقویت کنندگی ستون های دارای مقاومت بالا (HMC) مانند جت گروتینگ با در نظر گرفتن مقادیر مختلف نسبت سختی و نسبت سطح و عمق بهبود در تجزیه و تحلیل عددی مدل شد. از طرف دیگر، سازوکارهای مفید دیگر مانند تراکم و زهکشی در فرآیند مدل سازی عددی ارائه شده در این مطالعه مورد بررسی قرار نگرفتند.

برای دانلود اصل مقاله اینجا کلیک کنید.