نشست پي‌هاي شمع

مقدمه

نسبتاً تا جديداً پيش‌بيني نشست‌ پي‌هاي شمع، بر اساس اطلاعات تجربي يا وسايل تحكيمي يك بعدي ساده شده مي‌باشد. با پيشرفت تكنيك‌هاي عددي و شمار افزايش يافته‌ي كامپيوترها، تلاش‌هاي افزايش يافته براي ساختن تحليل‌هاي عقلاني بيشتر از رفتارهاي نشست شمع جهت‌يابي شده است. روش‌هاي نظري در دسترس موجود به طور گسترده به 3 بخش تقسيم مي‌شود:

1. روش‌هاي بر پايه‌ي الاستيته كه معادلات مينديك را براي زرسطح به كار مي‌گيرند.
2. روش‌هاي مرحله‌اي صحيح كه از روش‌هاي اندازه‌گيري شده‌ بين مقاومت شمع و حركت شمع در نقاط مختلف در طول شمع استفاده مي‌كند.
3. روش‌هاي عددي و به ويژه روش‌هاي عنصر معين.

روش‌ها در اولين طبقه بوسيله چندين محقق براي مثال دي آپولونيا و به ويژه روش‌هاي عنصر معين. روش‌ها در اولين طبقه بوسيله چندين محقق براي مثال دي آپولونيا و رومالدي توضيح داده شده است (همچنين به وسيله تورمن و دي آپولونيا، سالاس و بلزونس، پولوس و دويس، متس و پولو توضيح داده شد). همه به طور اوليه روي اين فرض كه خاك به عنوان يك ماده كشسان خطي مي‌باشد، بستگي دارد. اگرچه رفتار خاك مي‌تواند در تحليل‌هاي روش تقريبي درج شود. چنين روش‌هايي همچنين وسايل نسبتاً سريع انجام تحليل‌هاي پارامتريك تاثيرات شمع و ويژگي‌هاي خاك و آماده‌سازي مجموعه‌اي از راه‌حل‌ها را تهيه و ايجاد مي‌كند كه مي‌تواند براي اهداف طرحي استفاده شود. علاوه بر اين، نشست گروه‌هاي شمع مي‌تواند بوسيله بسط ساده نسبي تحليل شمعي تك آناليز شود.

روش‌هاي صحيح مرحله‌اي اولين بار بوسيله Reeze, Seed توضيح داده شد و سپس به وسيله كيل و ريز و كيل و سليمان توسعه پيدا كرد. اين روش از اطلاعات انتقالي شمع اندازه‌گيري شده استفاده مي‌كند. بنابراين به هيچ فرضي بادرنظر گرفتن طولي بودن رفتار خاك نياز ندارد. با وجود اين فرض مي شود كه حركت يك نقطه روي شمع تنها به فشار برشي در نقطه بستگي دارد و غيرمستقل از فشارهاي روش شمع مي‌باشد. اين فرض با آن فرض استفاده شده در تجزيه و تحليل‌ها كه از تئوري عكس‌العملي زير شيب يا فرضيه winklr استفاده مي‌كند، قاب مقايسه مي‌باشد.

روش عنصري معين، نيرومندترين روش مي‌باشد و عواملي را به عنوان لايه‌بندي خاك و رفتار كششي فشاري غيرخطي خاك را درنظر مي‌گيرد. با وجود اين، اگر يك شمع تك داراي سختي‌هايي مي‌باشد، فقدان تقارن محوري به تحليل‌هاي سه بعدي وقت‌گير نياز خواهد داشت. علاوه بر اين، ارزش‌هاي صحيح مناسب ويژگي‌هاي خاك براي داخل، تعيين نمودن آن سخت است. در اين بخش، توجه روي روش‌هاي قابل ارتجاع با استفاده از معادلات Mindlin متمركز خواهد بود. تلحيل اصلي براي شمع تك به طور جزئي و مفصل توضيح داد خواهد شد و آزمايش صحت راه‌ها انجام خواهد شد كه شامل مقايسات با راه‌حل‌هاي عنصري معين مي‌شود. تغييرات تحليل اصلي براي موارد واقعي كه شامل گروه‌هاي شمع مي‌شود، فهرست‌بندي خواهد شد و مجموعه از راه‌حل‌هاي پارامتريك ارائه خواهد شد. شماري از موارد بعداً بحث خواهد شد كه در آن نشست‌هاي نظري و اندازه‌گيري شده مقايسه مي‌شود.

جنبه‌هاي ژئوتكنيكي مشكل

كمال مطلوب مشكل

در عمومي‌ترين مورد، مهندس ژئوتكنيك براي پيش‌بيني رفتار يك گروه از شمع‌اه كه تابع انواع مختلف بارگيري نظير افقي و عمودي در يك برش عمودي خاكي كه از چندين لايه مختلف تشكيل شده است، مورد نياز مي‌باشد. توجه به عكس‌العمل شمع‌هاي تابع حمل‌هاي عمودي محدود خواهد شد. براي ساختن آناليز سيستماتيك رفتار شمع، سودمند مي‌باشد كه رفتارهاي واقعي را به كمال مطلوب برسانيم و ايده‌ال كنيم و آن را به يك مدل رياضي‌وار كاهش مي‌دهد. يك ايده‌آل‌سازي نسبتاً‌ ساده اول سعي مي‌شود و زماني كه تجربه با درنظر گرفتن رفتار رياضي‌وار اين مدل ساده به دست آورده مي‌شود. ايده‌آل‌سازي مي‌تواند به منظور رسيدن به مشكلات واقعي اصلاح شود. ساده‌ترين مشكل كه بايد درنظر گيريم شمع شناور تك در يك جسم قابل ارتجاع نيمه‌معين، يكنواخت مي‌باشد. از اين نقطه معين اصلاح‌سازي مي‌تواند به منظور ايده‌آل كردن مشكل انجام شود.

همانطور كه در شكل نشان داده شده است، ايده‌آل‌سازي متوالي و پي در پي شامل ساخته روي تجزيه تحليل‌هاي ايده‌آل‌سازي ساده‌تر مي‌باشد.

كمال مطلوب رفتار خاك

براي سادگي از نظر رياضي، خاك يك ماده قابل ارتجاع مدار جدا در تحليل اصلي درنظر گرفته مي‌شود. پذيرش روش قابل ارتجاع براي تحليل تقريبي خاك ممكن مي‌باشد. به منظور بدست آوردن درك كلي عوامل كه بر رفتار نشست شمعي تاثير دارد، درنظر گرفتن خاك به عنوان داشتن روابط جابجايي فشاري ساده شده كه در شكل a2-10 توضيح داده شده است، راحت مي‌باشد و شامل روابط خطي بين فشار برشي و جابجايي به يك فشار محدود t_a مي‌باشد. اين مدل خاكي براي توليد دوباره‌ي ويژگي‌هاي رفتار اوليه‌ي شمع‌ها تحت بارگيري محوري پيدا كرده است. اگرچه ارائه اصلاح شده‌ي بيشتري از رفتار كششي فشار خاك ممكن است بعضي از جزئيات پيش‌بيني شده را تغيير دهد و براي تغيير دادن نتايج وسيع داده شده بوسيله مدل ساده‌تر انتظار نمي‌رود.

همانطور كه بعداً در اين بخش نشان داده مي‌شود، تحليل قابل ارتجاع اغلب راه‌حل مناسبي براي مشكلات عملي مي‌تواند ارائه دهد. يك مدل قابل ارتجاع تغييريافته مشابه به طور موفقيت‌آميز براي آزمايش نشست پس سطحي و كم‌عمق استفاده شده است و بعداً شمع‌هاي حمل شده به شرط مدل‌هاي قابل ارتجاع مناسب، مي‌تواند براي خاك انتخاب شود. بعضي از مشكلات موجود در انتخاب نظير مدل در بخش 4-10 توضيح داده مي‌شود. مزيت‌هاي بيشتر استفاده‌ي مدل خاك ساده به ترتيب زير مي‌باشد:

1. نشست‌هاي تركيبي و تحكيمي فوري مي‌تواند همان‌طور كه در بخش 6-3-10 توضيح داده مي‌شود، محاسبه شود.
2. مطالعات پارامتريك مي‌تواند به آساني به منظور تعيين عوامل مهم كه بر نشست شمع تاثير مي‌گذارد، انجام شود.
3. تجزيه و تحليل گروه‌هيا شمع بسط ساده‌اي از آناليز شمع تك مي‌باشد.
4. رفتار نسبي نظري انواع مختلف مدلي و زمينه‌اي مي‌باشد.

آناليز و تجيزيه تحليلي عددي

آناليز اصلي براي يك شمع تك در مجموع قابل ارتجاع نيمه معين يكنواخت اول درنظر گرفته خواهد شد. تغييرات نسبت به آناليز اصلي بعداً توضيح داده خواهد شد.

آناليز براي شمع شناور تك

شمع درنظر گرفته مي‌شود كه استوانه‌اي باشد به طول L، قطر ميله D، قطر پايه D_b و با نيروي محوري p در سطح زمين بارگيري و حمل مي‌شود. براي اهداف آناليز، شمع بوسيله‌ي سيستمي از فشار‌هاي برشي يكنواخت p در اطراف محيط عمل مي‌كند و پايه بوسيله فشار عمودي يكنواخت P_b (شكل 2-10) عمل و اجرا مي‌شود. جوانب شمع فرض مي‌شود كه به طور كامل سخت مي‌باشد، اما پايه فرض مي‌ود كه يكنواخت باشد. خاك به طور اوليه يك فضاي نيمه‌ي قابل ارتجاع مدار جدا متشابه در نظر گرفته مي‌شود. اگر شرايط درتداخل خاك ـ شمع ارتجاعي باقي بماند و لغزش اتفاق نيافتد، حركات شمع و خاك مجاور بايد مساوي باشد. ارزش‌ها و مقادير سطح صحيح سيستم فشار P+ و فشار پايه‌اي P_b همانهايي خواهد بود كه اين شرايط سازگاري جابجايي را ايفا خواهد كرد. به طور مد ممتد و ايده‌آل، ملاحظات به منظور سازگاري هر دوي جابجايي‌هاي عمودي و شعاعي بايد داده شود و سيستم فشار نرمالي همچنين روي عناصر شمع بايد تحميل شود. با وجود اين، اين آناليز كامل‌تر با وضعيت‌هاي سازگاري اضافي راه‌حل‌هايي ارائه مي‌دهد كه با آناليز ساده‌تر كه شامل سازگاري جابجايي عمودي مي‌باشد، متشابه است (بخش 3-3-10).

جزئيات آناليز كاملتر در refs (مرجع‌هاي 12.13) ارائه شده است. يك راه‌حل براي اين مقادير p, p_b و براي جابجايي شمع مي‌تواند بوسيله گرفتن عبارات براي جابجايي عمودي شمع و خاك در هر عنصر بر حسب گرفتن فشارهاي ناشناخته روي شمع، تحميل وضعيت سازگاري و حل معادلات نتيجه، به دست آورده شود.

معادلات جابجايي خاك

با درنظر گرفتن عنصر نمونه در شكل 2-10، جابجايي خاك مجاور به شمع در i بر حسب فشار p_j روي عنصر J مي‌تواند بيان شود:

كه در اين معادله I_ij فاكتور جابجايي عمودي براي i نسبت به فشار برشي در عنصر j مي‌باشد. جابجايي خاك در i نسبت به همه‌ عناصر n و نسبت به پايه مي‌باشد. جايي كه I_ib فاكتور جابجايي عمودي براي i نسبت به فشار يكنواخت روي پايا مي‌باشد. عبارت مشابهي مي‌تواند براي پايه نوشته شود و براي همه عناصر روي توده جابجايي خاك به صورت زير نوشته مي‌شود:

در اين معادله {S^p} بردار جابجايي خاك، {P} بردار فشار خاك و {I_s}ⁿ⁺¹ ماتريس مربع مي‌باشد. ارزيابي عناصر [I_s] بوسيله كامل كردن معادلات mindine براي جابجايي نسبت به يك بار نقطه‌اي درون مجموعه و توده‌ي نيمه معين انجام مي‌شود. هندسه‌ي عنصر شمعي استوانه شكل نمونه در شكل 3-10 نشان داده مي‌شود. براي نقطه i در ارتفاع مياني عنصر براي محيط شمع، ارزش I_ij به صورت زير مي‌باشد:

كه در آن _pI مساوي فاكتور موثر براي جابجايي عمودي نسبت به بار نقطه‌ي عمودي مي‌باشد، مساوي طول عنصر، ^L/_n، L مساوي طول كلي شمع، n مساوي شمار عناصر مي‌باشد. از معادله mindline، _pI به صورت زير داده مي‌شود:

انتگرال با درنظر گرفتن معادله E_q مي‌تواند به صورت آناليزي ارزيابي شود، اما اين معادله با درنظر گرفتن θ از نظر عددي ارزيابي مي‌شود. هندسه پايه شمع در شكل 3-10 نشان داده مي‌شود. به منظور اجاره دادن براي اين پايه‌ي بزرگ شده، شعاع پايه R_b(D_d/2) كه به شعاع ميله شمع R=(D/2) فرق دارد، درنظر گرفته مي‌شود. براي نقطه روي ميله جايي كه pI در معادله 5-10 داده مي‌شود و براي اين مورد:

چون فرمولها و تصاویر به درستی در سایت مشاهده نمیشد بخشی از فایل به صورت pdfدر لینک زیر قرار داده شده

بخشی از تحقیق پی