فهرست مطالبعنوان صفحهفصل اول : مقدمه 1-1 كليات…..11-2 بیان مسئله …21-3 هدف از پژوهش …21-4 چگونگي دستيابي به اهداف پژوهش.....31-5 ساختار پایان نامه …4فصل دوم : كليات و مروری بر ادبیات فنی2-1 مقدمه….……72-2 فلسفه بهسازي …72-2- 1 تعريف بهسازي …...82-2- 2 دامنه كاربرد ………92-2- 3 روش هاي بهسازي ………102-3 شمع و کاربرد آن در بهسازی خاک ....132-3-1 موارد استفاده از شمع .....132-3-2 انواع شمع از لحاظ مکانیسم عمل .……152-3-3 اثرات بهسازی تراکمی ….…162-4مروری بر مطالعات گذشتگان ……192-4-1 مطالعات انجام شده در خصوص استفاده از المان هاي تقويتي افقي202-4-2 مطالعات انجام شده در خصوص استفاده از المان هاي تقويتي غير افقي24فصل سوم : مدل سازی نرم افزاري و آزمايشگاهي3-1 مقدمه …………….……………………….……………………..…………………………………343-2 تعریف مدل رفتار…………….….…………………………………………………………………353-3 مشخصات یک مدل رفتاری مطلوب .......………………………………………………………353-4- روش اجزاء محدود …..…..….…………………………………………………………………363-4-1 تاریخچه روش اجزاء محدود…………………………………………….…………373-4-2 روش مدل نمودن فضای بینهایت توسط المان محدود………….........….….….383-4-3 معرفی نرم افزار Geostudio-Sigmaو هدف از انتخاب آن ……….…..……403-4-4-1 معرفی برنامۀ SIGMA/W…………………………….….………423-4-4-2 کاربرد برنامۀ SIGMA/W……….………………….……….……423-4-4-3 امکانات و قابلیت های برنامۀ SIGMA/W.……..………………433-4-4 روند ساخت مدل ….………………………………………………………………543-4-4-1 انتخاب سیستم واحد …….…………………………….……………54عنوان صفحه3-4-4-2 انتخاب المانهای مورد استفاده ….….…………………..……..……563-4-4-3 خواص مواد ……………………………………………..……...……563-4-4-4 مدل سازی هندسی …..………………………………..…….………573-4-4-5 مش بندی …….……………………………….…………….…………583-4-4-6 اعمال شرایط مرزی و بارگذاری.….………………..………..……583-4-5 تحلیل مدل اجزاء محدود …….……………………………………….……………593-5 جزئیات مدل سازی در نرم افزار SIGMA/W..…………………………………………………603-5-1 انتخاب المان ……………………………………………...…………………………603-5-2 مدل سازی هندسی و مش بندي …….………………………………………………613-5-3 پارامترهاي هندسي ……………………………………….……….…………………623-5-4 پارامترهاي مقاومتي …………………………………………….…………..………633-5-5 اعمال شرایط مرزی و بارگذاری .………………………………..….…….………643-5-6 نوع تحليل ..….…………………………………………………….………..………643-6 تحقيق آزمايشگاهي ………….…………………………………………….………………….……653-6-1 جزئیات مدل آزمایشگاهی ……...…………………………………………….……653-6-2 روند کلی انجام آزمایش ………………………………………….…………………673-7 مشخصات مدل مورد استفاده جهت اعتبار یابی …..…………….…………………….……………68فصل چهارم : نتایج تحلیلها ( نرمافزاري و آزمايشگاهي)4-1 مقدمه ……….……..……………………….……………………..…………………………………704-2 اعتبار سنجی مدل …………….………………………………………………………………………704-2-1 استفاده از فرمول تئوری جهت اعتبارسنجی نرم افزار .……………………….……714-2-1-1 مقايسه نشست خاك حاصل از تحليل دستي و نرم افزاري …………714-2-1-2 مقايسه تنش در خاك حاصل از تحليل دستي و نرم افزاري ….……754-2-2 استفاده از نتایج تحقیق آزمایشگاهی جهت اعتبار سنجی….….……………….…764-2-2-1 شرح آزمایش و نتایج بدست آمده از آن ….…………….....……774-2-2-2 شرح تحلیل کامپیوتری و مقايسه با نتايج آزمايشگاهي ……….....784-3 بررسی اثرات استفاده از المان های قائم فولادی با استفاده از نرم افزار SIGMA/W…..…..…804-3-1 تأثیر فاصلۀ المان هاي فولادي (S) …..………………………………..…….……884-3-2 تأثیر ميزان پراكندگي المان ها از بر فونداسيون (R) .….…………………………954-3-3 تأثیر طول المان هاي فولادي (L) ….…………………………..…………………1014-3-4 تأثیر قطر المان ها (D) .…………………………………….………………………1074-4 بررسی آزمایشگاهی اثر المان های قائم فولادی بر ظرفيت باربري خاك ماسه اي ………..……1134-4-1 شرح جزئيات انجام آزمايش ……….…………………………………….………113عنوان صفحه4-4-2 نتايج انجام آزمايش ها …………………………………….…….……...…………116فصل پنجم : نتیجهگیری و پیشنهادات4-1 مقدمه ……….……..……………………….……………………..…………………………………1206-2- نتیجه گیری…………………………………………………..………….……………………………1206-3- پیشنهاداتی جهت تحقیقات آینده….……………………………………………..………………...122منابع و مآخذ…………………….………………………………………………………………..……….124فهرست شکل هاشکل 2- 1: تقسیم بندی کاربرد روشهای بهسازی خاک9شکل 2- 2: انواع روش های بهسازی خاک10شکل 2-3: کاربرد روش های بهسازی بر حسب نوع خاک12شکل 2-4: اثر بهسازی تراکمی بر خاک های ریزدانه و درشت دانه17شکل 2-5: اثر افزایش تراکم بر چسبندگی18شکل 2-6: اثر افزایش تراکم بر زاویه برشی ماسه18شکل 2- 7: دایره مور برای خاک های غیر مسلح و مسلح20شکل 2-8: (a)-پوش های گسیختگی برای خاک غیر مسلح و مسلح، (b)- دیاگرام نیرو برای خاک مسلح21شکل 2-9: استفاده ازعناصر تسلیح عمودی و افقی (a)-نمای سه بعدی، (b)- نمای برش از روبرو31شکل 2-10 :تأثیر مسلح کننده ها بر تعادل (a)-مسلح کننده های افقی، (b)- نمای برش روبرو31شکل 3-1 :روند همگرایی تغییرمکان ها با تکرار تحلیل43شکل 3-2 :نمونه ای از نتایج گرافیکی تغییرمکان گره44شکل 3-3 :جعبه تنظيمات انواع آناليز ها (Type Analaysis Setting)49شکل 3-4 : نمودار تنش-كرنش مدل مصالح از نوع الاستیک خطی50شکل 3-5 : نمودار تنش-كرنش مدل مصالح از نوع الاستیک خطی غیر همگن50شکل 3-6 : نمودار تنش-كرنش مدل مصالح از نوع الاستیک غیر خطی51شکل 3-7 : نمودار تنش-كرنش از مدل مصالح از نوع الاستو پلاستیک51شکل 3-8 : نمودار تنش-كرنش از مدل مصالح از نوع نرم شوندگی کرنش52شکل 3-9 : نمودار تنش-كرنش از مدل مصالح از نوع Cam Clay, modified Cam Clay52شکل 3-10 :جعبه تنظيمات مقياس(Scale)در نرم افزار Sigma55شکل 3-11 : استفاده از المان سازه اي Bar Element در روند تحليل61شکل 3-12 : جزئیات ترسيم هندسي و تغيير در ابعاد مش بندی مدل اجزاء محدود62شکل 3-13 : جزیئات دستگاه بارگذاری استفاده شده در تحقیق حاضر66شکل 3- 14 : دستگاه بارگذاری در حال انجام آزمایش66شکل 4- 1 : شكل شماتيك مدل مورد استفاده در اعتبار سنجي نرم افزار71شکل 4- 2 : نمودار تعيين مقادير α با توجه به نسبت ابعاد پي72شکل 4- 3 : نمونه اي از كانتور نشست حاصل از تحليل كامپيوتري74شکل 4- 4 :كانتور تنش حاصل از تحليل كامپيوتري76شکل 4- 5 : دانه بندي خاك ماسه اي مورد استفاده در آزمون هاي آزمايشگاهي77شکل 4- 6 : دستگاه در حين انجام آزمون بارگذاري بر روی خاک بکر78شکل 4- 7: نمودار هاي بار- نشست حاصل از نتايج آزمون آزمايشگاهي و تحليل كامپيوتري79فهرست شکل هاشكل 4- 8: فلوچارت تحليلهاي كامپيوتري81شكل 4- 9: نمايي از آرايش المان هاي فولادي در سيستم خاك- پي82شكل 4- 10: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=1.0m و L=2B, R=2B.89شكل 4- 11: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=1.5m و L=2B, R=2B.89شكل 4- 12: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=2.0m و L=2B, R=2B.90شكل 4- 13: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=3.0m و L=2B, R=2B.90شكل 4- 14 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (S/B) براي پي به عرض B=1.0m91شكل 4- 15 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (S/B) براي پي به عرض B=1.5m91شكل 4- 16 : منحنی تغـییرات BCRبر حسب (S/B) براي پي به عرض B=2.0m92شكل 4- 17 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (S/B) براي پي به عرض B=3.0m92شکل 4- 18 : نحوه توزيع تنش در خاك و عملكرد بلوك در زير پي در حضور المان هاي فولادي نزديك به هم94شكل 4- 19: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=1.0m و L=2.0B, S=0.2B.96شكل 4- 20: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=1.5m و L=2.0B, S=0.17B.96شكل 4- 21: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=2.0m و L=2.0B, S=0.12B.97شكل 4- 22: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=3.0mو L=2.0B, S=0.08B.97شکل 4- 23 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (R/B) براي پي به عرض B=1.0 m98شکل 4- 24 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (R/B) براي پي به عرض B=1.5 m98شکل 4- 25 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (R/B) براي پي به عرض B=2.0 m99شکل 4- 26 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (R/B) براي پي به عرض B=3.0 m99شکل 4-27 : شكل شماتيك چگونگي تأثير المان هاي فولادي در عدم فرار دانه هاي خاك در هنگام تشكيل گوه گسيختگي101شكل 4- 28: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=1.0m و R=1.0B,S=0.2B.102شكل 4- 29: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=1.5m و R=1.0B, S=0.17B. 102فهرست شکل هاشكل 4- 30: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=2.0m و R=1.0B,S=0.12B.103شكل 4- 31: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=3.0m و R=1.0B, S=0.08B.103شكل 4- 32: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (L/B) براي پي به عرض B=1.0 m104شكل 4- 33: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (L/B) براي پي به عرض B=1.5 m104شكل 4- 34: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (L/B) براي پي به عرض B=2.0 m105شكل 4- 35: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (L/B) براي پي به عرض B=3.0 m105شکل 4- 36 : قرارگيري المان هاي فولادي در محدوده حباب تنش تأثير در زير پي107شكل 4- 37: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=1.0m و R=1.0B,S=0.2B و L=2.0B.108شكل 4- 38: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=1.5m وR=1.0B, S=0.17B وL=2.0B108شكل 4- 39: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=2.0m وR=1.0B,S=0.12B و L=2.0B109شكل 4- 40: منحني تغييرات توان باربري بر حسب نشست براي پي به عرض B=3.0m وR=1.0B, S=0.08B وL=2.0B109شكل 4- 41: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (D/B) براي پي به عرض B=1.0 m110شكل 4- 42: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (D/B) براي پي به عرض B=1.5 m110شكل 4- 43: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (D/B) براي پي به عرض B=2.0 m111شكل 4- 44: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (D/B) براي پي به عرض B=3.0 m111شکل 4- 45 : تقسيم بندي 10 سانتيمتري ارتفاع جعبه برش جهت انجام تراكم يكنواخت خاك ماسه اي114شکل 4- 46 : نمايي از خاك مسلح شده با استفاده از المان هاي قائم فولادي114شکل 4- 47: تنظيمات اوليه جهت انجام آزمايش- الف: هم تراز نمودن سطح المان ها، ب:كنترل تراز بودن115شکل 4- 8 4: نمودار بار- نشست براي مدل آزمايشگاهي خاك مسلح شده به وسيله المان هاي فولادي با قطر هاي مختلف116شكل 4- 49: منحنی تغـییرات BCR در مـقابل قطر نـرمـالایــزه شـده (D/B) براي آزمون هاي آزمايشگاهي117فهرست جدول هاجدول 3- 1 : نمونه ای از مجموعه واحد هایی که می توان55جدول 3- 2 : پارامترهای هندسی در نظر گرفته شده براي المان فولادي و پي63جدول 3- 3 : مشخصات مقاومتی مصالح خاک63جدول 3-4 : مشخصات مقاومتی مصالح المان هاي قائم64جدول 4- 1 : نتايج نشست خاك حاصل از تحليل دستي و نرم افزاري73جدول 4- 2 : نتايج تنش در خاك حاصل از تحليل دستي و نرم افزاري75جدول 4- 3 : مشخصات هندسی و مقاومتی مدل آزمايشگاهي77جدول 4- 4 : نشست خاك حاصل از نتايج آزمون آزمايشگاهي و تحليل نرم افزاري79جدول 4- 5 : پارامترهاي متغير در تحليل كامپيوتري82جدول 4- 6 : نتايج آناليز نرم افزاري براي پي با بعد B=1.0m84جدول 4- 7 : نتايج آناليز نرم افزاري براي پي با بعد B=1.5m85جدول 4- 8 : نتايج آناليز نرم افزاري براي پي با بعد B=2.0m86جدول 4- 9 : نتايج آناليز نرم افزاري براي پي با بعد B=3.0m87 1-1 كلياتخاک به عنوان مهمترين مصالح ساختماني و اصليترينت کيهگاه سازه،ازديرباز درساختوسازموردتوجهبشربودهاست.امادر برخي موارد بهسببضعفمقاومت،توانتحملنيروهايوارده را ندارد. از اينروپژوهشگرانپيوستهدرصددافزايشظرفيت باربري،مقاومتوبهبودخواصآنبرآمدند.بر همين اساسروشهايمختلفيازجملهاصلاح مکانيکيمانندتراکم،اصلاحشيمياييمانندتثبيتباآهکياسيمانواستفادهازايده خاکمسلحيابه کارگيريعناصرکمکيرادراينزمينه بهکارگرفتهاند.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 مهندسين 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 بهطور كلي در مواجهه با خاكهاي مسئلهدار نظير خاكهاي سست با قابليت باربري كم، نشست‌پذيري زياد، روانگرا و ... دو راه پيش روي مهندسين ژئوتكنيك قرار دارد:الف: استفاده از المانهاي باربر در خاكب: بهسازي و اصلاح خواص فيزيكي- مكانيكی توده خاکهر يك از راهحل‌هاي فوق داراي روشها و مشخصات مربوط به خود مي‌باشند كه طي ساليان متمادي توسعه فراواني يافته‌‌اند. برخي از تكنيكهاي ابداعي مانند استفاده از المانهای قائم فولادی (موضوع پژوهش حاضر) ماهيتي تركيبي از دو دسته فوق داشته و مزاياي هر دو دسته را تا حدودي به همراه دارند. در استفاده از المانهاي فائم فولادي، هم تأثير باربري المانها و هم تأثير تراكمي آن (بهسازي و اصلاح خواص فيزيكي- مكانيكی خاک) حائز اهميت ميباشد. 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 فونداسيون در افزایش ظرفیت باربری، مورد تحقیق واقع شد. 1-3 هدف از پژوهشهدف از این تحقیق ارزیابی اثرات استفاده از المانهای قائم فولادی در خاک زیر و اطراف فونداسيونهاي 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)، ميزان فاصله المانهای اطراف از بر پی(R)، ابعاد پی (B) و بزرگی بار اعمالی (P) در به کارگیری تکنیک مذکور در بهسازی خاک میباشد. 1-4 چگونگي دستيابي به اهداف پژوهشروند کلی تحقیق شامل دو قسمت زير ميباشد:الف: تحلیلهای عددیب: آزمونهای آزمایشگاهیدر تحلیلهای عددی، مجموعه آنالیزهایی با استفاده از نرمافزار GeoStudio-Sigma بر روی مدل پي واقع بر روي خاك ماسهاي مسلح با المانهای فولادی، تحت بارگذاری قائم با کمک مدلسازی الاستوپلاستیک صورت گرفت. اساس کلی کار با نرمافزار در این تحقیق به این ترتیب است که بعد از تعریف المانهای مربوط به خاک، فولاد و پی، محیط هندسی مورد نظر مدل گردید و پس از اختصاص پارامترها به قسمتهای مربوطه، بارگذاری بر روی مدل ساخته شده اعمال گردید. در روش عددی آنالیز حساسیتی با تغییر پارامترهای قطر (D)، طول (L) و فاصله مرکز به مرکز المانهای فولادی (S)، ميزان فاصله المانهای اطراف از بر پی(R)، ابعاد پی (B) و بزرگی بار اعمالی (P) انجام شد و تأثیر پارامترهای مذکور بر ظرفیت باربری و نشست زیر پی مورد بررسی قرار گرفت.روند کلی روش بخش آزمایشگاهی به این ترتیب بوده است که میلگردهای فولادی با طول، قطر و مقاومت مشخص در محفظه پر از ماسه (با تراکم مشخص) دستگاه بارگذاري کوبیده شد. سپس مدل پی بر روی آن قرار گرفت و پس از آن با استفاده از جك بارگذاري به پی نیرو وارد کرده و در نهایت نشستهای انجام شده ثبت گردید و مورد ارزیابی و مقایسه با نتایج تحلیل عددی قرار گرفت.