چکیده

برای پایدارسازی گودها از روش­های متفاوتی استفاده می‌شود که از میان آن­ها روش میخ­کوبی و روش انکراژ از روش­های متداول بوده و ازنظر روش اجرا به هم شبیه­اند. در این پژوهش سعی شده تا دو روش مذکور را باهم ترکیب کرده و به یک مدل بهتر،ایمن­تر و اقتصادی­تر برای ایجاد سازه نگهبان گود رسید تا بتوان آن را جایگزین روش‌های قدیمی­تر و غیر ایمن و غیراقتصادی نمود.

هدف این پژوهش تأمین پایداری لازم برای گود از طریق ایجاد یک سازه نگهبان ترکیبی بهینه هست که زاویه و طول و چیدمانی بهینه برای میخ­خاک­ها و انکربولت‌ها  بدهد. به‌نحوی‌که موجب گسیختگی و تغییرشکل مخرب در گود نشود، که به‌وسیله نرم‌افزار پلکسیس مدل‌سازی انجام می­شود. برای این منظور ابتدا باید روش میخ‌کوبی مدل‌سازی شود، سپس زمانی که نتایج مطلوب بدست آمد، انکرها به سازه میخ‌کوبی شده اضافه می­شود و نتایج روش میخ­کوبی و روش ترکیبی باهم مقایسه می­شود.

در این پژوهش میزان تغییر­شکل­ها و پایداری سازه نگهبان در گودبرداری­های عمیق به روش میخ­کوبی و روش ترکیبی میخ­کوبی و انکر در عمق­های  9و18و27 متري در شرایط خاك هموژن و در حالت اجرای میخ‌خاک‌ها با زاویه 0،5،10،15،20 درجه و با طول متفاوت،7/0 و1 و 2/1 برابر ارتفاع گود  مورد بررسی قرارگرفته است.

مشاهده می­شود که استفاده از انکر در قسمت بالای دیواره سازه نگهبان سبب کاهش تغییرشکل­ها در آن می­شود و استفاده از میخ­خاک در قسمت­های پایین‌دیواره سبب افزایش پایداری سازه می­شود درحالی‌که هزینه­های اجرایی کاهش می­یابد.کاربرد این پژوهش در جهت اجرای سازه نگهبان عمیق ایمن اقتصادی ­ می­باشد.

کلمات کلیدی:

گودبرداری، میخ­کوبی، انکر، روش ترکیبی ،آنالیز عددی

فهرست

عنوان                                          صفحه

فصل اول مقدمه و کلیات- 1

1-1 مقدمه-- 3

1-2 روش تحقیق-- 4

1-3 لزوم انجام تحقیق-- 5

1-4 فصل بندی مطالب-- 5

فصل دوم مطالعات انجام‌شده- 7

2-1 مقدمه-- 9

2-2 پیشینه میخ‌کوبی خاک-- 10

2-3 مطالعات انجام‌شده درروش میخ‌کوبی-- 12

2-4 اجرای روش میخ‌کوبی-- 14

2-4-1  گودبرداری-- 14

2-4-2  حفاری چال برای اجرای میخ-- 15

2-4-3  نصب میخ و دوغاب ریزی-- 15

2-4-4 ساخت پوشش شاتکریت موقتی-- 16

2-4-5  ساخت دیواره میخ‌کوبی شده تا عمق موردنظر-- 16

2-4-6  ساخت پوشش دائمی و نهایی-- 17

2-4-7  مقاومت چسبندگی بین خاک و ملات در دیوارهای میخ‌کوبی شده-- 17

2-4-8  تأثیر شرایط خاک بر مقاومت بیرون کشیدگی میخ-- 18

2-5 شرایط مطلوب خاک برای میخ‌کوبی-- 18

2-5-1 خاک‌های ریزدانه سفت یا سخت-- 19

2-5-2 خاک‌های دانه‌ای متراکم تا خیلی متراکم باکمی چسبندگی ظاهری   20

2-5-3 سنگ هوازده بدون هیچ‌گونه سطوح شکست-- 20

2-5-4 رسوبات یخچالی-- 21

2-6 طراحی سازه نگهبان به‌وسیله روش حدی-- 21

2-7 روش لیو و همکاران-- 24

2-8  تحقیقات فان و لئو-- 30

2-9 مطالعات انجام‌شده درروش مهاری-- 33

2-9-1 انواع روش مهاری با انکر-- 35

2-9-2  مزایای پیش تنیدگی-- 36

2-9-3  اعضا ضروری در پیش تنیدگی-- 38

2-9-4 قسمتهای مربوط به مهار کردن و بستن سر انکر-- 39

2-9-5 کاربرد پیش تنیدگی-- 40

2-10 دیوار برلنی-- 41

2-11  مقایسه تغییرشکل گودهای عمیق به روش میخ‌کوبی و روش مهاری با بلوک بتنی-- 43

2-12 روش ترکیبی میخکوبی و انکر-- 47

فصل سوم معرفی نرم‌افزار PLAXIS و صحت سنجی- 49

3-1 مقدمه-- 51

3-1-1 صفحات-- 52

3-1-2 فصل مشترک-- 53

3-1-3 ایجاد شبکه-- 54

3-1-4 مدل رفتاری-- 55

3-1-5 مدل موهر – کولمب-- 56

3-2 صحت سنجی-- 61

فصل چهارم مدل‌سازی و تحلیل نتایج- 67

4-1 مقدمه-- 69

4-2 مفروضات و مشخصات تحلیل‌ها-- 69

4-3 مدل‌سازی و تحلیل نتایج درروش میخ‌کوبی-- 72

4-3-1 ضریب ایمنی طراحی-- 73

4-3-2 جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود-- 75

4-3-3 جابه‌جایی قائم سطح زمین پشت گود-- 77

5-3-4 جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود-- 78

4-3-5 نیروی محوری میخ‌خاک‌ها-- 84

4-3-6 توزیع نیروی محوری در طول میخ‌خاک-- 90

4-3-7 مقایسه ضریب اطمینان طراحی و نهایی-- 93

4-4 روش ترکیبی میخ‌کوبی و انکر-- 95

4-4-1 ضریب ایمنی طراحی درروش ترکیبی-- 97

4-4-2 مقایسه جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره  درروش ترکیبی و روش میخ‌کوبی   98

4-4-3 جابه‌جایی قائم سطح زمین پشت گود-- 105

4-4-4 جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود-- 106

4-4-5 نیروی محوری  و توزیع آن در میخ‌خاک ها درروش ترکیبی-- 112

فصل پنجم نتیجه‌گیری و پیشنهاد‌ها- 115

5-1 نتیجه گیری-- 117

5-2 پیشنهادها برای ادامه تحقیق-- 121

منابع- 123

فهرست شکل­ها

عنوان                                         صفحه

شکل 2-1 : مراحل اجرای میخ‌کوبی- 14

شکل2-2: سطح گسیختگی و جزئیات درروش Luoو همکاران- 24

شکل 2-3 : تأثیر φ وC/Hγروی حداکثر نیروی کششی ایجادشده در میخ   26

شکل 2-4 : تأثیر φ وC/Hγ روی  ضریب اطمینان برای10H=  27

شکل 2-5 : تأثیر H روی ضریب اطمینان برای 40 =φو10C/Hγ=- 27

شکل 2-6 : تأثیر C/Hγروی ضریب اطمینان برای 40=φدر دو حالت خشک و اشباع   27

شکل 2-7 : تأثیر C/Hγروی ضریب اطمینان برای 20=φدر دو حالت خشک و اشباع   28

شکل 2-8 : مقایسۀ نیروی کششی داخلی میخ بین روش لیو، روش سینماتیک حدی و روش طراحی تجربی- 28

شکل 2-9: مدل‌سازی عددی شیروانی میخکوبی شده توسط نرم‌افزار اجزا محدود   30

شکل 2-10: ضریب اطمینان پایداری شیروانی میخکوبی شده بر اساس زاویه شیب شیروانی و میخ‌خاک ها- 31

شکل 2-11:توزیع نیروی کششی در میخ‌خاک‌ها در حالت نسبت طول به ارتفاع متفاوت .a: طول متفاوت میخ‌خاک در 3/1 بالای شیب. b: طول متفاوت میخ‌خاک در 3/1 پایینی شیب.- 32

شکل2-12 : سازه نگهبان مهارشده با انکر- 35

شکل 2-13 : تغييرات نسبت تغيير مکاني با ضریب انعطاف‌پذیری   43

شکل 2-14 : جابجایی افقی دیواره گود براي دو سیستم با عمق‌های مختلف گود در معیار راست- سخت‌گیرانه، چپ- ساده- 45

شکل 2-15 : جابجایی راست- افقی، چپ- قائم، سطح زمین براي دو سیستم، با عمق‌های مختلف گود در معیار سخت‌گیرانه- 45

شکل 2-16 : جابجایی راست- افقی، چپ- قائم، سطح زمین براي دو سیستم، با عمق‌های مختلف گود در معیار ساده- 46

شکل 3-1 : کاربرد صفحات در مسائل ژئوتکنیکی- 52

شکل 3-2 : موقعیت گره‌ها و نقاط تنش در یک جزء 5گره ای و 3 گره ای تیر   53

شکل 3-3 : توزیع گره‌ها و نقاط تنشی در اجزای سطوح مشترک و ارتباط آن‌ها با اجزای خاک - 54

شکل 3-4 : ایده اصلی یک مدل الاستیک کاملاً پلاستیک- 57

شکل 3-5 :  سطح تسلیم مدل موهر – کولمب در فضای تنش‌های اصلی (C=0)   58

شکل 3-6 :  تعریف E0 و E50 نتایج آزمایش سه محوری زهکشی شده استاندارد  60

شکل 3-7 :  دایره‌های تنش در حالت تسلیم، ترسیم پوش گسیختگی کولمب   61

شکل 3-8 : مقطع دیوار میخکوبی شده پروژه کلوتر- 62

شکل 3-9 : هندسه مدل دیوار پروژه کلوتر - 64

شکل 3-10 :مقایسه نیروی کششی سر میخ‌خاک‌ها با عمق در اندازهگیری و مدل فان و لیو و صحت سنجی- 65

شکل4 - 1:مدل و شرایط مرزی- 70

شکل 4-2:ضریب ایمنی طراحی دیواره میخ‌کوبی شده برای گود9 متر   74

شکل 4-3: ضریب ایمنی طراحی دیواره میخ‌کوبی شده برای گود18 متر   74

شکل 4-4: ضریب ایمنی طراحی دیواره میخ‌کوبی شده برای گود27متر   74

شکل 4-5:جابه جایی افقی سطح زمین پشت گود برای گود 9  متر   75

شکل 4-6:جابه جایی افقی سطح زمین پشت گود برای گود18  76

شکل 4-7:جابه جایی افقی سطح زمین پشت گود برای گود27متر   76

شکل 4-8:جابه جایی قائم سطح زمین پشت گود برای گود9 متر   77

شکل 4-9:جابه جایی قائم سطح زمین پشت گود برای گود18 متر   78

شکل 4-10:جابه جایی قائم سطح زمین پشت گود برای گود27متر   78

شکل 4-11 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 9 متر و طول میخ‌خاک برابرH7/0 است.- 79

شکل 4-12 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 9 متر و طول میخ‌خاک برابرHاست.- 79

شکل 4-13 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 9 متر و طول میخ‌خاک برابرH2/1 است.- 80

شکل4-14 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 18 متر و طول میخ‌خاک برابرH7/0 است.- 80

شکل4-15 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 18 متر و طول میخ‌خاک برابرH است.- 81

شکل4-16 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 18 متر و طول میخ‌خاک برابرH2/1 است.- 81

شکل4-17 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 27 متر و طول میخ‌خاک برابرH7/0است.- 82

شکل4-18 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 27 متر و طول میخ‌خاک برابرH است.- 82

شکل4-19 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 27 متر و طول میخ‌خاک برابرH2/1 است.- 83

شکل4-20 : نیروی محوری میخ خاکها برای گود 9 متر و طول میخ خاکها برابر H7/0 است.- 85

شکل 4-21: نیروی محوری میخ خاکها برای گود 9 متر و طول میخ خاکها برابر Hاست.- 86

شکل4-22 : نیروی محوری میخ خاکها برای گود 9 متر و طول میخ خاکها برابر H2/1 است.- 86

شکل 4-23: نیروی محوری میخ خاکها برای گود 18 متر و طول میخ خاکها برابر H7/0 است.- 86

شکل4-24 : نیروی محوری میخ خاکها برای گود 18 متر و طول میخ خاکها برابر H است.- 87

شکل4-25 : نیروی محوری میخ خاکها برای گود 18 متر و طول میخ خاکها برابر H2/1 است.- 87

شکل 4-26: نیروی محوری میخ خاکها برای گود 27 متر و طول میخ خاکها برابر H7/0 است.- 88

شکل4-27 : نیروی محوری میخ خاکها برای گود 27 متر و طول میخ خاکها برابر H است.- 88

شکل 4-28: نیروی محوری میخ خاکها برای گود 27 متر و طول میخ خاکها برابر H2/1 است.- 88

شکل4-29: توزیع نیروی محوری در طول میخ خاک ردیف اول   90

شکل4-30: توزیع نیروی محوری در طول میخ خاک ردیف دوم   91

شکل4-31: توزیع نیروی محوری در طول میخ خاک ردیف سوم   91

شکل 4-32: توزیع نیروی محوری در طول میخ خاک ردیف چهارم   91

شکل 4-33: توزیع نیروی محوری در طول میخ خاک ردیف پنجم   92

شکل 4-34:ضریب ایمنی دیواره میخ‌کوبی شده در حالت نهایی(U)و طراحی(D)،برای گود 9 متر- 94

شکل 4-35:ضریب ایمنی دیواره میخ‌کوبی شده در حالت نهایی(U)و طراحی(D)،برای گود 18 متر- 94

شکل 4-36:ضریب ایمنی دیواره میخ‌کوبی شده در حالت نهایی(U)و طراحی(D)،برای گود27متر- 94

شکل 4-37: فاصله بین دو انکر 3 متر و بین دو ردیف انکر، یک ردیف میخ‌خاک نیز موجود است- 96

شکل 4-38: فاصله بین دو انکر 3 متر و میخ‌خاک میان دو انکر را حذف میکنیم   96

شکل4-39 : ضریب ایمنی طراحی نسبت به طول میخخاک برای گود 9 متر   97

شکل4-40 : ضریب ایمنی طراحی نسبت به طول میخخاک برای گود 18 متر   98

شکل4-41 : ضریب ایمنی طراحی نسبت به طول میخخاک برای گود 27 متر   98

شکل4-42: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 9 متر و طول میخ‌خاک برابرH 7/0 است.- 99

شکل 4-43: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 9 متر و طول میخ‌خاک برابرH است.- 100

شکل 4-44: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 9 متر و طول میخ‌خاک برابر H2/1  است.- 100

شکل 4-45: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 18 متر و طول میخ‌خاک برابر H 7/0 است.- 101

شکل 4-46: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 18 متر و طول میخ‌خاک برابرH است.- 101

شکل 4-47: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 18 متر و طول میخ‌خاک برابر H 2/1 است.- 102

شکل 4-48: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 27 متر و طول میخ‌خاک برابرH7/0 است.- 102

شکل 4-49: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 27 متر و طول میخ‌خاک برابرH است.- 103

شکل 4-50: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 27 متر و طول میخ‌خاک برابرH 2/1 است.- 103

شکل 4-51: جابه جایی قائم سطح زمین پشت گود برای گود 9 متر   105

شکل 4-52: جابه جایی قائم سطح زمین پشت گود برای گود 18 متر   105

شکل 4-53: جابه جایی قائم سطح زمین پشت گود برای گود 27 متر   106

شکل 4-54: جابه جایی افقی سطح زمین پشت گود برای گود 9 متر   107

شکل 4-55: جابه جایی افقی سطح زمین پشت گود برای گود 18 متر   107

شکل 4-56: جابه جایی افقی سطح زمین پشت گود برای گود 27 متر   107

شکل 4-57: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 9 متر و طول میخ‌خاک برابرH 7/0- 108

شکل 4-58: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 9 متر و طول میخ‌خاک برابرH- 108

شکل 4-59: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 9 متر و طول میخ‌خاک برابرH 2/1- 109

شکل 4-60: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 18 متر و طول میخ‌خاک برابرH 7/0- 109

شکل 4-61: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 18 متر و طول میخ‌خاک برابرH- 110

شکل 4-62: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 18 متر و طول میخ‌خاک برابرH 2/1- 110

شکل 4-63: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 27 متر و طول میخ‌خاک برابرH 7/0- 111

شکل 4-64: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 27 متر و طول میخ‌خاک برابرH- 111

شکل 4-65: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 27 متر و طول میخ‌خاک برابرH 2/1- 112

فهرست جدول­ها

عنوان                                          صفحه

جدول 3-1 : انواع شبکه‌بندی در نرم‌افزار پلکسیس- 55

جدول 3-2 : پارامترهای ورودی مدل موهر - کولمب- 59

جدول 3-3 : مشخصات خاک و میخ‌خاک ها و نمای دیوار استفاده‌شده در تحلیل اجزا محدود برای دیوار میخکوبی شده پروژه کلوتر- 63

جدول 4-1: مشخصات خاک- 71

جدول 4-2: مشخصات میخ‌خاک و انکر- 71

جدول 4-3: مشخصات دیواره سازه- 71

جدول 4-4: ضرایب اطمینان مجاز در تحلیل‌های تعادل حدي- 72

جدول 4-5 : شماره میخ خاکها و محل قرارگیری آنها در عمق گود- 85

جدول 4- 6: مقایسه کلی نتایج درروش ترکیبی و روش میخ‌کوبی- 113