فصل اول : مقدمه

 

  1-1 كلیات .. . ……………………………… . . .

 

1 1-2 بیان مسئله ……………………………. .. .

 

2 1-3  هدف از پژوهش ……………………………………… .

 

2 1-4  چگونگی دستیابی به اهداف پژوهش……………………….. .

 

3 1-5  ساختار پایان نامه ………………………………………. .

 

4 فصل دوم : كلیات و بر ادبیات فنی

 

  2-1 مقدمه . …

 

7 2-2 فلسفه بهسازی .. … . …………………………………… .

 

7 2-2- 1 تعریف بهسازی ….. ………………….. . . ……

 

8 2-2- 2 دامنه كاربرد . . .. …

 

9 2-2- 3 روش های بهسازی ……… . …

 

10 2-3 شمع و کاربرد آن در بهسازی خاک ……

 

13 2-3-1 موارد استفاده از شمع …… ..

 

13 2-3-2 انواع شمع از لحاظ مکانیسم عمل . ………………………… ..

 

15 2-3-3 اثرات بهسازی تراکمی . ……………………………

 

16 2-4 بر مطالعات گذشتگان …………………………….. . … ..

 

19 2-4-1 مطالعات انجام شده در خصوص استفاده از المان های تقویتی افقی

 

20 2-4-2 مطالعات انجام شده در خصوص استفاده از المان های تقویتی غیر افقی

 

24 فصل سوم : مدل سازی نرم افزاری و آزمایشگاهی

 

    3-1 مقدمه . . ..

 

34 3-2 تعریف مدل رفتار . .

 

35 3-3 مشخصات یک مدل رفتاری مطلوب …….

 

35 3-4- روش اجزاء محدود .. .. .

 

36 3-4-1 تاریخچه روش اجزاء محدود .

 

37 3-4-2 روش مدل نمودن فضای بینهایت توسط المان محدود ……… . . .

 

38 3-4-3   معرفی نرم افزار Geostudio-Sigma و هدف از انتخاب آن . ..

 

40 3-4-4-1   معرفی برنامۀ SIGMA/W . .

 

42 3-4-4-2 کاربرد برنامۀ SIGMA/W . . .

 

42 3-4-4-3 امکانات و قابلیت های برنامۀ SIGMA/W . ..

 

43 3-4-4   روند ساخت مدل .

 

54 3-4-4-1     انتخاب سیستم واحد . .

 

54 عنوان                                                                                                    صفحه 3-4-4-2     انتخاب المانهای مورد استفاده . . .. ..

 

56 3-4-4-3     خواص مواد .. …

 

56 3-4-4-4     مدل سازی هندسی .. .. .

 

57 3-4-4-5   مش بندی . . .

 

58 3-4-4-6     اعمال شرایط مرزی و بارگذاری. . .. ..

 

58 3-4-5   تحلیل مدل اجزاء محدود . .

 

59 3-5 جزئیات مدل سازی در نرم افزار SIGMA/W ..

 

60 3-5-1 انتخاب المان …

 

60 3-5-2 مدل سازی هندسی و مش بندی .

 

61 3-5-3 پارامترهای هندسی . .

 

62 3-5-4   پارامترهای مقاومتی . ..

 

63 3-5-5 اعمال شرایط مرزی و بارگذاری . .. . .

 

64 3-5-6 نوع تحلیل .. . . ..

 

64 3-6 تحقیق آزمایشگاهی . . .

 

65 3-6-1 جزئیات مدل آزمایشگاهی … .

 

65 3-6-2 روند کلی انجام آزمایش .

 

67 3-7 مشخصات مدل مورد استفاده جهت اعتبار یابی .. . .

 

68 فصل چهارم : نتایج تحلیل­ها ( نرم­افزاری و آزمایشگاهی)

 

  4-1 مقدمه . .. . ..

 

70 4-2 اعتبار سنجی مدل .

 

70 4-2-1 استفاده از فرمول تئوری جهت اعتبارسنجی نرم افزار . .

 

71 4-2-1-1   مقایسه نشست خاك حاصل از تحلیل دستی و نرم افزاری

 

71 4-2-1-2 مقایسه تنش در خاك حاصل از تحلیل دستی و نرم افزاری .

 

 

75 4-2-2   استفاده از نتایج تحقیق آزمایشگاهی جهت اعتبار سنجی . . .

 

76 4-2-2-1     شرح آزمایش و نتایج بدست آمده از آن . …..

 

77 4-2-2-2     شرح تحلیل کامپیوتری و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی …..

 

78 4-3 بررسی اثرات استفاده از المان های قائم فولادی با بهره گرفتن از نرم افزار SIGMA/W .. ..

 

80 4-3-1 تأثیر فاصلۀ المان های فولادی (S) .. .. .

 

88 4-3-2 تأثیر میزان پراكندگی المان ها از بر فونداسیون ® . .

 

95 4-3-3 تأثیر طول المان های فولادی (L) . ..

 

101 4-3-4 تأثیر قطر المان ها (D) . .

 

107 4-4 بررسی آزمایشگاهی اثر المان های قائم فولادی بر ظرفیت باربری خاك ماسه ای ..

 

113 4-4-1   شرح جزئیات انجام آزمایش . .

 

113 عنوان                                                                                                    صفحه 4-4-2   نتایج انجام آزمایش ها . . …

 

116 فصل پنجم :   نتیجه ­گیری و پیشنهادات

 

  4-1 مقدمه . .. . ..

 

120 6-2- نتیجه گیری .. .

 

120 6-3- پیشنهاداتی جهت تحقیقات آینده . .. …

 

122 منابع و مآخذ . .. .

 

124  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

  فهرست شکل ها

 

  شکل 2- 1: تقسیم بندی کاربرد روش­های بهسازی خاک

 

9 شکل 2- 2: انواع روش های بهسازی خاک

 

10 شکل 2-3: کاربرد روش های بهسازی بر حسب نوع خاک

 

12 شکل 2-4: اثر بهسازی تراکمی بر خاک های ریزدانه و درشت دانه

 

17 شکل 2-5: اثر افزایش تراکم بر چسبندگی

 

18 شکل 2-6: اثر افزایش تراکم بر زاویه برشی ماسه

 

18 شکل 2- 7: دایره مور برای خاک های غیر مسلح و مسلح

 

20 شکل 2-8: (a)-پوش های گسیختگی برای خاک غیر مسلح و مسلح، (b)- دیاگرام نیرو برای   خاک مسلح

 

21 شکل 2-9: استفاده ازعناصر تسلیح عمودی و افقی (a)-نمای سه بعدی، (b)- نمای برش از روبرو

 

31 شکل 2-10 :تأثیر مسلح کننده ها بر تعادل (a)-مسلح کننده های افقی، (b)- نمای برش روبرو

 

31 شکل 3-1 :روند همگرایی تغییرمکان ها با تکرار تحلیل

 

43 شکل 3-2 :نمونه ای از نتایج گرافیکی تغییرمکان گره

 

44 شکل 3-3 :جعبه تنظیمات انواع آنالیز ها (Type Analaysis Setting )

 

49 شکل 3-4 : نمودار تنش-كرنش مدل مصالح از نوع الاستیک خطی

 

50 شکل 3-5 : نمودار تنش-كرنش مدل مصالح از نوع الاستیک خطی غیر همگن

 

50 شکل 3-6 : نمودار تنش-كرنش مدل مصالح از نوع الاستیک غیر خطی

 

51 شکل 3-7 : نمودار تنش-كرنش از مدل مصالح از نوع الاستو پلاستیک

 

51 شکل 3-8 : نمودار تنش-كرنش از مدل مصالح از نوع نرم شوندگی کرنش

 

52 شکل 3-9 : نمودار تنش-كرنش از مدل مصالح از نوع Cam Clay, modified Cam Clay

 

52 شکل 3-10 :جعبه تنظیمات مقیاس(Scale)در نرم افزار Sigma

 

55 شکل 3-11 : استفاده از المان سازه ای Bar Element در روند تحلیل

 

61 شکل 3-12 : جزئیات ترسیم هندسی و تغییر در ابعاد مش بندی مدل اجزاء محدود

 

62 شکل 3-13 : جزیئات دستگاه بارگذاری استفاده شده در تحقیق حاضر

 

66 شکل 3- 14 : دستگاه بارگذاری در حال انجام آزمایش

 

66 شکل 4- 1 : شكل شماتیک مدل مورد استفاده در اعتبار سنجی نرم افزار

 

71 شکل 4- 2 : نمودار تعیین مقادیر α با توجه به نسبت ابعاد پی

 

72 شکل 4- 3 : نمونه ای از كانتور نشست حاصل از تحلیل كامپیوتری

 

74 شکل 4- 4 :كانتور تنش حاصل از تحلیل كامپیوتری

 

76 شکل 4- 5 : دانه بندی خاك ماسه ای مورد استفاده در آزمون های آزمایشگاهی

 

77 شکل 4- 6 : دستگاه در حین انجام آزمون بارگذاری بر روی خاک بکر

 

78 شکل 4- 7: نمودار های بار- نشست حاصل از نتایج آزمون آزمایشگاهی و تحلیل كامپیوتری

 

79 فهرست شکل ها

 

  شكل 4- 8: فلوچارت تحلیل­های كامپیوتری

 

81 شكل 4- 9: نمایی از آرایش المان های فولادی در سیستم خاك- پی

 

82 شكل 4- 10: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=1.0m و L=2B, R=2B.

 

89 شكل 4- 11: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=1.5m و L=2B, R=2B.

 

89 شكل 4- 12: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=2.0m و L=2B, R=2B.

 

90 شكل 4- 13: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=3.0m و L=2B, R=2B.

 

90 شكل 4- 14 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (S/B) برای پی به عرض B=1.0m

 

91 شكل 4- 15 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (S/B) برای پی به عرض B=1.5m

 

91 شكل 4- 16 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (S/B) برای پی به عرض B=2.0m

 

92 شكل 4- 17 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (S/B) برای پی به عرض B=3.0m

 

92 شکل 4- 18 : نحوه توزیع تنش در خاك و عملكرد بلوك در زیر پی در حضور المان های فولادی نزدیک به هم

 

94 شكل 4- 19: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=1.0m و L=2.0B, S=0.2B.

 

96 شكل 4- 20: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=1.5m و L=2.0B, S=0.17B.

 

96 شكل 4- 21: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=2.0m و L=2.0B, S=0.12B.

 

97 شكل 4- 22: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=3.0m و L=2.0B, S=0.08B.

 

97 شکل 4- 23 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (R/B) برای پی به عرض B=1.0 m

 

98 شکل 4- 24 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (R/B) برای پی به عرض B=1.5 m

 

98 شکل 4- 25 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (R/B) برای پی به عرض B=2.0 m

 

99 شکل 4- 26 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (R/B) برای پی به عرض B=3.0 m

 

99 شکل 4-27 : شكل شماتیک چگونگی تأثیر المان های فولادی در عدم فرار دانه های خاك در هنگام تشكیل گوه گسیختگی

 

101 شكل 4- 28: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=1.0m و R=1.0B, S=0.2B.

 

102 شكل 4- 29: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=1.5m و R=1.0B, S=0.17B.
 

 

102 فهرست شکل ها

 

  شكل 4- 30: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=2.0m و R=1.0B, S=0.12B.

 

103 شكل 4- 31: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=3.0m و R=1.0B, S=0.08B.

 

103 شكل 4- 32: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (L/B) برای پی به عرض B=1.0 m

 

104 شكل 4- 33: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (L/B) برای پی به عرض B=1.5 m

 

104 شكل 4- 34: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (L/B) برای پی به عرض B=2.0 m

 

105 شكل 4- 35: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (L/B) برای پی به عرض B=3.0 m

 

105 شکل 4- 36 : قرارگیری المان های فولادی در محدوده حباب تنش تأثیر در زیر پی

 

107 شكل 4- 37: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=1.0m و R=1.0B, S=0.2B و L=2.0B.

 

108 شكل 4- 38: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=1.5m وR=1.0B, S=0.17B وL=2.0B

 

108 شكل 4- 39: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=2.0m وR=1.0B, S=0.12B و L=2.0B

 

109 شكل 4- 40: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=3.0m وR=1.0B, S=0.08B وL=2.0B

 

109 شكل 4- 41: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (D/B) برای پی به عرض B=1.0 m

 

110 شكل 4- 42: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (D/B) برای پی به عرض B=1.5 m

 

110 شكل 4- 43: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (D/B) برای پی به عرض B=2.0 m

 

111 شكل 4- 44: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (D/B) برای پی به عرض B=3.0 m

 

111 شکل 4- 45 : تقسیم بندی 10 سانتیمتری ارتفاع جعبه برش جهت انجام تراكم یكنواخت          خاك ماسه ای

 

114 شکل 4- 46 : نمایی از خاك مسلح شده با بهره گرفتن از المان های قائم فولادی

 

114 شکل 4- 47: تنظیمات اولیه جهت انجام آزمایش- الف: هم تراز نمودن سطح المان ها، ب:كنترل تراز بودن

 

115 شکل 4- 8 4: نمودار بار- نشست برای مدل آزمایشگاهی خاك مسلح شده به وسیله المان های فولادی با قطر های مختلف

 

116 شكل 4- 49: منحنی تغـییرات BCR در مـقابل قطر نـرمـالایــزه شـده (D/B) برای آزمون های آزمایشگاهی

 

117  
 
 

 

  فهرست جدول ها

 

  جدول 3- 1 : نمونه ای از مجموعه واحد هایی که می توان

 

55 جدول 3- 2 : پارامترهای هندسی در نظر گرفته شده برای المان فولادی و پی

 

63 جدول 3- 3 : مشخصات مقاومتی مصالح خاک

 

63 جدول 3- 4 : مشخصات مقاومتی مصالح المان های قائم

 

64 جدول 4- 1 : نتایج نشست خاك حاصل از تحلیل دستی و نرم افزاری

 

73 جدول 4- 2 : نتایج تنش در خاك حاصل از تحلیل دستی و نرم افزاری

 

75 جدول 4- 3 : مشخصات هندسی و مقاومتی مدل آزمایشگاهی

 

77 جدول 4- 4 : نشست خاك حاصل از نتایج آزمون آزمایشگاهی و تحلیل نرم افزاری

 

79 جدول 4- 5 : پارامترهای متغیر در تحلیل كامپیوتری

 

82 جدول 4- 6 : نتایج آنالیز نرم افزاری برای پی با بعد B=1.0m

 

84 جدول 4- 7 : نتایج آنالیز نرم افزاری برای پی با بعد B=1.5m

 

85 جدول 4- 8 : نتایج آنالیز نرم افزاری برای پی با بعد B=2.0m

 

86 جدول 4- 9 : نتایج آنالیز نرم افزاری برای پی با بعد B=3.0m

 

87

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فصل اول
 

مقدمه
 
1-1 كلیات
خاک به عنوان مهم­ترین مصالح ساختمانی و اصلی­ترین تکیه­گاه سازه، از دیرباز در ساخت و ساز مورد توجه بشر بوده است. اما در برخی موارد به سبب ضعف مقاومت، توان تحمل نیروهای وارده را ندارد. از این­رو پژوهشگران پیوسته درصدد افزایش ظرفیت باربری، مقاومت و بهبود خواص آن بر­آمدند. بر همین اساس روش­های مختلفی از جمله اصلاح مکانیکی مانند تراکم، اصلاح شیمیایی مانند تثبیت با آهک یا سیمان و استفاده از ایده خاک مسلح یا به کارگیری عناصر کمکی را در این زمینه به کار گرفته­اند.
بدون تردید یکی از مقدماتی­ترین و مهم­ترین اصول در اجرای طرح­های عمرانی، داشتن زمینی با ظرفیت باربری مناسب می­باشد. در سال­های اخیر با توجه به رشد روز افزون جمعیت دنیا، مساحت      زمین­های مناسب برای ساخت و ساز و احداث بنا به تدریج در حال کاهش می­باشد. در چنین شرایطی نیاز به دست­یابی به روش­های جدید و اصولی برای بهبود و اصلاح زمین­های نامناسب رقابت شدیدی را بین مهندسین عمران کشورهای توسعه یافته ایجاد کرده است. روش­های متعددی برای بهبود مشخصات زمین وجود دارد که با توجه به شرایط پروژه و کارآمدی روش بهسازی، مورد استفاده قرار می­گیرند. در این بین آنچه باعث می شود یک روش بر روش دیگری برتری داشته باشد، پارامترهای اقتصادی، شرایط و مشکلات اجرایی، امکانات موجود، محدودیت­های مکانی و زمانی و … می­­باشد.
 
 
 
 
 
1-2 بیان مسئله
به­ طور كلی در مواجهه با خاك­های مسئله­دار نظیر خاك­های سست با قابلیت باربری كم، نشست‌پذیری زیاد، روان­گرا و … دو راه پیش روی مهندسین ژئوتكنیک قرار دارد:
الف: استفاده از المان­های باربر در خاك
ب: بهسازی و اصلاح خواص فیزیكی- مكانیكی توده خاک
هر یک از راه­حل‌های فوق دارای روش­ها و مشخصات مربوط به خود می‌باشند كه طی سالیان متمادی توسعه فراوانی یافته‌‌اند. برخی از تكنیك­های ابداعی مانند استفاده از المان­های قائم فولادی (موضوع پژوهش حاضر) ماهیتی تركیبی از دو دسته فوق داشته و مزایای هر دو دسته را تا حدودی به همراه دارند. در استفاده از المان­های فائم فولادی، هم تأثیر باربری المان­ها و هم تأثیر تراكمی آن (بهسازی و اصلاح خواص فیزیكی- مكانیكی خاک) حائز اهمیت می­باشد. چراكه قسمت عمده­ای از روش­های اصلاح درجای خاک­ها بر پایه تراکم خاک و در واقع افزایش چگالی خاک می­باشند ]1[ . استفاده از شمع­های تراکمی یکی از راه­های موثر تراکم می­باشد. شمع­های تراکمی که در فواصل نزدیک به هم کوبیده می­شوند می­توانند باعث افزایش وزن مخصوص خاک­ها گردند]2[.
در این پژوهش، تکنیک استفاده از المان­های قائم فولادی در بهبود خصوصیات مقاومتی خاک سست با توان باربری کم، مورد ارزیابی و بررسی قرار گرفت و اثرات ناشی از کوبیدن المان­های قائم فولادی در فضای زیر و اطراف فونداسیون در افزایش ظرفیت باربری، مورد تحقیق واقع شد.
 
1-3  هدف از پژوهش
هدف از این تحقیق ارزیابی اثرات استفاده از المان­های قائم فولادی در خاک زیر و اطراف    فونداسیون­های سطحی، تحت بارگذاری­های محوری، به عنوان المان تسلیح کننده خاک در بهبود خصوصیات مقاومتی آن از لحاظ افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشست و هم­چنین بررسی نقش هر یک از پارامترهای قطر (D)، طول (L) و فاصله مرکز به مرکز المان­های فولادی (S)، میزان فاصله المان­های اطراف از بر پی ®، ابعاد پی (B) و بزرگی بار اعمالی (P) در به کارگیری تکنیک مذکور در بهسازی خاک می­باشد.
 
1-4  چگونگی دستیابی به اهداف پژوهش
روند کلی تحقیق شامل دو قسمت زیر می­باشد: