آکادمی و موسسه علمی پژوهشی ابن سینا

انجام پروپوزال ارشد و دکتری 

عنوان به زبان فارسی:

ارزیابی تاثیر مدل رفتاری خاک بر پاسخ حفاری گود نگهداری شده با سیستم انکر

عنوان به زبان انگليسي/(آلماني، فرانسه، عربي):

Evaluation of effect Constitutive soil model on the response of stabilized excavation by anchorage method.

بيان مسأله اساسي تحقيق به طور كلي (شامل تشريح مسأله و معرفي آن، بيان جنبه‏ هاي مجهول و مبهم، بيان متغيرهاي مربوطه و منظور از تحقيق) :

با توسعه روز افزون ساخت و سازهای شهری، کمبود فضای کاری و مسکونی و افزایش قیمت زمین ها احداث ساختمان‌های مرتفع اداری، تجاری و مسکونی با طبقات متعدد در زیر‌زمین، گسترش چشمگیری یافته است لذا در نواحی پر‌تراکم شهری بر عمق گودبرداری افزوده گشته است از اینرو با افزایش عمق گودبرداری، خطرات ناپایداری و گسیختگی دیواره‌های گودبرداری به شدت افزایش یافته و هر ساله شاهد فروریختن دیوارهای گود یا سازه های مجاور گود بوده ایم. یکی از مهمترین مشکلات و دغدغه های موجود در رشته عمران احداث سازه ها، حفاظت از گودبرداری و ساختمان های موجود در مجاورت آن می باشد که در صورت عدم رعایت روش های مناسب به منظور حفاظت گودها و شیب های در حال احداث، منجر به خسارات جبران ناپذیری خواهد گردید و مخاطرات بوجود آمده ناشی از نشست های احتمالی و کاهش ظرفیت باربری و تغییر مکان های جانبی حتی موجب ایجاد ترک در سازه های مجاور گود خواهد شد. پياده‌سازي سازه نگهبان براي پايدارسازي گودهاي عميق با روشهایي نظیر نیلینگ، انکراژ، دوخت به پشت، ديواره ديافراگمي، شمع، ریزشمع، سپرکوبي و اجراي خرپا صورت می پذیرد. هرکدام از اين روش‌ها مزايا و معايبي دارند که با توجه به ارزيابي‌هاي فني، اقتصادي، و امکانات در دسترس، روش يا روش‌هايي انتخاب و پياده سازي مي‌شود. 
در انجام پایان نامه ارشد عمران حاضر تاثیر مدل های رفتاری مختلف بر پاسخ گود مسلح به انکر در محیط کرنش مسطح مورد ارزیابی قرار می گیرد. برای این منظور با استفاده از نرم افزار Abaqus گود نگهداری شده با شرایط هندسی مختلف با در نظر گرفتن مدل های رفتاری موهر کلومب، دراکر-پراگر، دراکر پراگر توسعه یافته، کم کلی اصلاح شده شبیه سازی و نتایج جابجایی دیواره گود، تورم کف و نشست بالا دست گود مقایسه می شود. این مطالعه برای متغییرهایی چون عمق گود، گام برداشت خاک، فاصله قائم انکرها، شیب و طول انکرها انجام می پذیرد و تاثیر استفاده از مدل های رفتاری مختلف خاک مورد ارزیابی قرار می گیرد. 

اهمیت و ضرورت انجام پروپوزال حاضر:

پایدار سازی دیواره گود با روش های مختلفی از قبیل نیلینگ، انکراژ، سازه نگهبان خرپایی، شمع های نگهبان، سپرکوبی، مهار متقابل و ... انجام می شود. در سیستم انکراژ بخش ناپایدار خاک با استفاده از انکر به بخش پایدار خاک دوخته می شود این روش به علت جاگیر نبودن، بهبود مشخصات خاک بر اثر تزریق، ایمنی بیشتر، کاهش زمان اجرا در پروژه های بزرگ و امکان استفاده به عنوان سازه نگهبان دائم از روش های پر کاربرد در پایداری گود و ترانشه محسوب می شود و بطور گسترده در پروژه های عمرانی مورد استفاده قرار می گیرد. لذا بنابر اهمیت گودبرداری خصوصا در ناحیه شهری نیاز به آنالیز دقیق طراحی بر پایه مشخصات ژئوتکنیکی خاک محل گودبرداری و شرایط محیطی از قبیل سربارها، بارهای ترافیکی، نیروهای ناشی از تراوش، اثر بناهای مجاور خواهیم بود. در پژوهش حاضر به منظور دستیابی به طراحی بهینه و ایمن گودهای نگهداری شده با سیستم انکر تاثیر نوع مدل رفتاری خاک مورد استفاده در شبیه سازی، برای شرایط هندسی مختلف بررسی می شود تا حساسیت تحلیل گود مسلح به نوع مدل رفتاری خاک ارزیابی و ضرورت یا عدم ضرورت استفاده از معادلات رفتاری پیشرفته خاک در مدل سازی عددی این سیستم بررسی شود. 

مرور ادبیات و سوابق مربوطه (بيان مختصر پیشینه تحقيقات انجام شده در داخل و خارج کشور پيرامون موضوع تحقیق و نتايج آنها و مرور ادبیات و چارچوب نظري تحقیق):

در این بخش مروری بر پیشینه تحقیقات گذشته در سال های اخیر گردآوری شده است که شامل بررسی مطالعات عددی گودهای مسلح و بررسی مطالعات انجام شده در رابطه با آنالیز مدل های رفتاری خاک در مسائل ژئوتکنیکی می باشد. 
خزایی و ملکی (1395) رفتار گودهای مهار شده در رس نرم را با استفاده از دو دسته تحلیل مجزا از نوع خمیری و تحکیمی با لحاظ نمودن حفاری مرحله ای ارزیابی کردند. در این پژوهش علاوه بر عامل زمان به عوامل دیگری از قبیل طول بازه زمانی حفاری، نوع تحلیل به لحاظ شرایط زهکشی، مدل رفتاری برای خاک و اثر سطح آب زیر زمینی در بحرانی ترین حالت یعنی درست در سطح زمین و پشت دیواره ی گودبرداری توجه شده است. تحلیل اجزا محدود دو بعدی در  PLAXIS 2D اساس محاسبات عددی مطالعه ی حاضر را تشکیل می دهند. مهاربندی گود از نوع دیوار حائل بتنی و مهار شده با میخکوبی انتخاب شده است. نتایج این پژوهش نشان میدهد که مقادیر تغییر مکانهای افقی و قائم دیواره و کف گود در تحلیل های تحکیمی با لحاظ کردن عامل زمان نسبت به تحلیل های خمیری، اغلب کمتر بوده و اختلاف آنها در حد حداکثر 20 % است.
در مطالعات خزائی و گرایلی (1396) مدل سازی گودبرداری در خاک های رسی نرم و سخت با استفاده از مدل-های رفتاری خاک سخت شونده، خاک نرم شونده، موهر کلومب و همچنین گودبرداری مهار شده در خاک ماسه-ای سست و متراکم با استفاده از مدل های رفتاری خاک سخت شونده و موهر کلومب با استفاده از نرم افزار Plaxis انجام و نتایج مقایسه شدند. بنابر نتایج بدست آمده می توان اذعان داشت در هر چهار نوع خاک در نظر گرفته شده، مدل خاک سخت شونده بیشترین میزان تغییر کشل جانبی و مدل موهر-کلومب کمترین میزان تغییر شکل جانبی را در قسمت فوقانی دیوار نشان می دهد و روند تغییر شکل دیوار با در نظر گرفتن مدل های رفتاری مورد استفاده کاملا متفاوت است. با مشاهده نتایج مدل سازی در خاک های ماسه  ای سست و متراکم مشاهده می شود که میزان تورم کف گود در مدل موهر کلومب بیشتر از مدل سخت شونده است در خاک رس نرم بیشترین میزان تورم کف گود در مدل خاک سخت شونده و کمترین میزان تورم در مدل خاک نرم شونده مشاهده می شود.
رشیدی و ترابی پور (2018) نتایج پاسخ حفاری گود مسلح با نیلیلنگ و گود نگهداری شده با سیستم شمع-انکر و سیستم انکراژ را با استفاده از روش عددی مدل سازی و نتایج را مقایسه کردند. در این پژوهش جهت دستیابی به مدل عددی بهینه آنالیز فاصه مرزی، آنالیز ابعادی مش و آنالیز نوع المان صورت گرفته است. مطالعات پارامتریک برای متغییرهایی چون: چسبندگی خاک، نیروی پیش تنیدگی انکرها، طول مختلف نیل صورت گرفته است. جهت شبیه-سازی سیستم نیل از مقطع معادل استفاده گردیده و انکرها با المان فنر و شمع با استفاده از المان تیر شبیه سازی شده است بر اساس نتایج بدست آمده بنابر توصیه FHWA برای مینیمم ضریب ایمنی استفاده از سیستم انکراژ منجر به جابجایی کمتر نسبت به سیستم نیلینگ برای هر دو نوع خاک شده است. حداقل نشست های پشت دیواره گود برای سیستم انکر-شمع گزارش شد و همچنین استفاده از سیستم انکر-شمع جابجایی دیواره گود و چرخش پاشنه گود را بهبود بخشید.
آنها همچنین در (2017) به صورت موردی مطالعات پارامتریک جامعی بر روی متغییرهای مختلف تاثیر گذاری بر روی سیستم انکراژ انجام دادند. در این مطالعه تاثیر طول انکر، تاثیر طول باند انرک، نیروهای پیش تنیدگی مورد ارزیابی قرار گرفت بنابر نتایج با کاهش 10 کیلو پاسکالی نیروهای پیش تنیدگی جابجایی های افقی حدود 10 درصد افزایش می یابد همچنین تغییر طول پیوند کمترین تایر را بر جابجایی های افقی دارد در حالی که افزایش طول انکر موثرتر عمل می کند.
Nakai & Okuda (2014) با استفاده از مدل عددی در محیط کرنش مسطح پاسخ عملکرد گود مسلح به انکر را به نتایج آزمایشگاهی ارزیابی کردند. آنها در مظالعات خود از نرم افزار پلکسیس و مدل subloading tij جهت شبیه-سازی مرحله ای استفاده کردند. این مدل رفتاری تاثیر تنش های اصلی بر تغییر شکل و مقاومت خاک، تاثیر مسیر تنش در جهت جریان پلاستیک و تاثیر فشار همه جانبه و تورم و تراکم خاک را لحاظ می کند. در مدل آزمایشگاهی از دیمانسیون مناسب جهت مدل سازی فیزیکی و از روش PVI به منظور پایش آنالیز استفاده شده است.  مدل سازی عددی مهارها با استفاده از فنر و مقدار نیروی پیش تنیدگی بر اساس آزمایش کشش صورت گرفته است. بر اساس نتایج بدست آمده از مدل فیزیکی و عددی می توان از روش شبیه سازی تشریح شده با دقت بالایی برای مدل سازی استفاده نمود.

تباروئی و همکاران (2013) با استفاده از روش اجزا محدود ضریب ایمنی گود مسلح به انکر را برای یک پروژه در مقیاس واقعی مورد ارزیابی قرار دادند مهمترین نتایج حاصل از این پژوهش عبارتند از: با کاهش پارامترهای مکانیکی خاک مانند مدوا الاستیسیته و زاویه اصطکاک مقادیر تغییر شکل های دیواره گود افزایش می یابد و همچنین با کاهش تنش ها افزایش تغییر شکل ها افزایش می یابد. همانطور که مشاهده گردید اکثر مطالعات صورت گرفته برای ارزیابی پارامتریک گود مسلح می  باشد و مطالعات برای آنالیز مدل رفتاری خاک بر پاسخ گود نگهداری شده با انکر کمتر گزارش شده است.
نمونه ای از مطالعات صورت گرفته در خصوص آنالیز مدل رفتاری خاک در مسائل ژئوتکنیکی را می توان در پژوهش های L.H. Han (2008) و Hofstetter و همکاران (1998) و بوی و همکاران (2013)  ملاحظه کرد. L.H. Han (2008) با استفاده از روش بازگشتی به کمک شبیه سازی آزمایش سه محوری پارامترهای مورد نیاز مدل رفتاری دراکر پراگر توسعه یافته را برای دو شرایط بارگذاری کنترل کرنش به موازت و عمود بر محور نمونه تعیین نمود. معیار سطح تسلیم دراکر-پراگر بر حسب نامتغییر دوم تانسور تنش انحرافی   و نامتغییر اول تنش  تعریف می شود. این سطح یک مخروط را در صفحه تنش های اصلی مشخص می کند که محور آن محور هیدرواستاتیک یعنی خط   است در حالت کلی قانون جریان متحد این مدل رفتاری در برگیرنده پنج پارامتر   است و از تقاطع معیار گسیختگی دراکر-پراگر و موهرکلومب می توان ارتباط بین این دو مدل را تعیین کرد.

جنبه جديد بودن و نوآوري در انجام رساله حاضر

مطالعات مختلفی جهت تحلیل پایداری گودها با سازه های نگهبان مختلف، ارائه شده و روابط و آیین نامه هایی در این خصوص تدوین شده است علاوه بر مطالعات ذکر شده در سال های اخیر تحلیل حساسیت مدل های رفتاری خاک بر پاسخ مسائل ژئوتکنیکی مورد توجه محققین قرار گرفته است. بنابراین در انجام رساله حاضر نیز سعی بر آن است تا تاثیر مدل های رفتاری خاک بر نتایج پاسخ گود مسلح با سیستم انکر مورد ارزیابی قرار گیرد و مطالعات جامع پارامتریک اعم از نوع مدل رفتاری و شرایط هندسی گود مسلح مورد تحلیل و بررسی قرار گیرد تا بحرانی-ترین شرایط جهت پیشنهادات کاربردی طراحی و تحلیل گودهای مسلح ارائه شود لذا جنبه های نوآوری این پژوهش عبارت است از: 1) کالیبراسیون پارامترهای معادلات رفتاری خاک با استفاده از تحلیل بازگشتی بطور خاص برای: مدل رفتاری موهر کلومب، دراکر پارگر، دراکر پراگر توسعه یافته، کم کلی اصلاح شده 2) تاثیر شرایط هندسی گام و عمق گودبرداری و  طول و شیب انکرها در تحلیل حساسیت مدل های رفتاری خاک. با بررسی تحقیقات گذشته در خصوص گودهای مسلح مشاهده می شود آنالیزهای پایداری گود بطور گسترده مورد توجه محققین بوده و گزارشات کمی جهت آنالیز حساسیت گودهای مسلح ارائه شده است که اکثر این مطالعات نیز تنها محدود به هندسه معینی از گود می باشد و تاکنون مطالعه جامع پارامتریک برای مدل های رفتاری ذکر شده و شرایط هندسی تشریح شده صورت نگرفته است.

جهت دانلود فایل کامل کلیک کنید

در صورت داشتن هرگونه سوال و یا نیاز به مشاوره در زیمنه انجام پروپوزال ارشد و دکتری با ما در ارتباط باشید.