تأثیر بار ترافیکی بر گودبرداری نگهداری شده توسط انجماد مصنوعی زمین؛ مطالعه موردی: قطار شهری تبریز

نوع مقاله : Articles

نویسندگان

گروه ژئوتکنیک، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

روش انجماد مصنوعی زمین به عنوان یک روش بدیع مطرح می­گردد که نه تنها از لحاظ فنی و اقتصادی قابل قبول است بلکه دوست­دار محیط زیست بوده و در تمامی انواع خاک­ها و شرایط آب زیرزمینی قابل استفاده است. هدف از این مطالعه، تحلیل و طراحی مکانیکی دیوار خاک منجمد تحت تاثیر کاهش دما و عبور بار ترافیکی می­باشد. در این مطالعه با استفاده از مدل رفتاری موهر- کولمب اصلاح شده که با بهره­گیری از نتایج آزمون­های آزمایشگاهی بر روی خاک منجمد، صحت­سنجی شده است، به شبیه­سازی سه­بعدی اجزای محدود دیوار خاکی منجمد و بررسی پارامتری آن توسط نرم­افزار آباکوس پرداخته شده است. لازم به ذکر است که این پژوهش در قالب یک مطالعه موردی صورت گرفته و تمامی نمونه­های آزمایشگاهی از گمانه­های مطالعاتی خط 2 قطار شهری تبریز به دست آمده­اند. مطابق نتایج آزمایش­ها، رفتار نرم شونده در تمامی نمونه­های خاک منجمد به وضوح مشاهده می­شود و نمودارهای تنش-کرنش یک قله (Peak) و یک حالت پس­ماند (Residual) از خود نشان می­دهند. نتایج آزمایش سه­محوری بر روی خاک منجمد نشان می­دهند که با کاهش دما مقاومت برشی خاک ماسه­ای بددانه­بندی شده منجمد به طور قابل ملاحظه­ای افزایش می­یابد.  نتایج تحلیل­های عددی نشان می­دهند که تغییرمکان جانبی دیوار خاک منجمد تحت تاثیر گودبرداری به سمت داخل گود در مقطع وسط دیوار بیشتر از مقطع تکیه­گاه دیوار بوده و تاثیر عبور بار ترافیکی بر روی مقطع وسط دیوار و افزایش تغییرمکان جانبی آن بیشتر از مقطع تکیه­گاه دیوار می­باشد. همچنین قابل ملاحظه است که کاهش دما از  تا  تاثیر قابل ملاحظه­ای بر کاهش تغییرمکان جانبی دیوار خاک منجمد در مقطع تکیه­گاه ندارد (حدود 2 تا 3 %)، در حالی که در مقطع وسط دیوار کاهش دما در محدود مذکور تا حدود 13% منجر به کاهش تغییرمکان جانبی دیوار خاک منجمد به سمت گود می­گردد.

کلیدواژه‌ها

مراجع

  1. Yamamoto, Y. and Sarah, M.S. (2017) Three-and four-point bending tests on artificial frozen soil samples at temperatures close to 0 C. Cold Regions Science and Technology, 134, 20-32.
  2. Esmaeili-Falak, M. (2017) Experimental investigation of stress and strain characteristics of frozen sandy soils-A case study of Tabriz subway. Modares Civil Engineering journal, 17(5), 13-24.
  3. Zhang, Z., Hong, Z., Wenjie, F., Zhongqiong, Z. and Donghui X. (2016) A spherical template indenter for a frozen soil long-term shear strength test. Cold Regions Science and Technology, 131, 10-15.
  4. Esmaeili-Falak, M. (2017) Effect of System’s Geometry on the Stability of Frozen Wall in Excavation of Saturated Granular Soils. Doctoral dissertation, University of Tabriz.
  5. Chamberlain, E.J. (1981) Over-consolidation effects of ground freezing. Engineering Geology, 18(1), 97-110.
  6. Jones, J.S. (1981) State-of-the-art report-Engineering practice in artificial ground freezing. Engineering Geology, 18(1), 313-326.
  7. Shuster, J.A. (1981) Engineering quality assurance for construction ground freezing. Engineering Geology, 18(1), 333-350.
  8. Esmaeili-Falak, M., Katebi, H. and Javadi, A. (2018) Experimental Study of the Mechanical Behavior of Frozen Soils-A Case Study of Tabriz Subway. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 62(1), 117-125.
  9. Kirsch, F., and Richter, Th. (2009) Ground freezing for tunneling under historical structures. Proceedings 17th ICSMGE, Alexandria, Egypt.
  10. Zhou, M.S.M.M. (2013) Computational Simulation of Soil Freezing: Multiphase Modeling and Strength Upscaling. Doctoral Dissertation, Ruhr University Bochum.
  11. Rupprecht, E. (1979) Application of the ground-freezing method to penetrate a sequence of water-bearing and dry formations-three construction cases. Engineering Geology, 13(1), 541-546.
  12. Pimentel, E., Sres, A. and Anagnostou, G. (2007) Modelling of ground freezing in tunneling. Underground Space, The 4th Dimension of Metropolises, ITA and World Tunnel Congress, 1, Prague, 331-336.
  13. Ziegler, M., Baier, C., Aulbach, B., Hamza, M., Shahien, M. and El-Mossallamy, Y. (2009) Simplified phase change model for artificially frozen ground subject to water seepage. In Proceedings of the 17th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering: The Academia and Practice of Geotechnical Engineering, Alexandria, Egypt, 562-565.
  14. Li, S., Lai, Y., Zhang, M. and Zhang, S. (2006) Minimum ground pre-freezing time before excavation of Guangzhou subway tunnel. Cold Regions Science and Technology, 46(3), 181-191.
  15. Frivik, P.E. (1981) State-of-the-art report. Ground freezing: thermal properties, modelling of processes and thermal design. Engineering Geology, 18(1), 115-133.
  16. Wei, M. and Chang, X. (2002) Analyses of strength and deformation of an artificially frozen soil wall in underground engineering. Cold Regions Science and Technology, 34(1), 11-17.
  17. Nishimura, S., Gens, A., Olivella, S. and Jardine, R.J. (2009) THM-coupled finite element analysis of frozen soil: formulation and application. Geotechnique, 59(3), 159-171.
  18. Yugui, Y., Lai, Y. and Chang, X. (2010) Laboratory and theoretical investigations on the deformation and strength behaviors of artificial frozen soil. Cold Regions Science and Technology, 64(1), 39-45.
  19. Dall'Amico, M., Endrizzi, S., Gruber, S. and Rigon, R. (2011) A robust and energy-conserving model of freezing variably-saturated soil. The Cryosphere, 5(2), 469-484.
  20. Li, D., Fan, J. and Wang, R (2011) Research on visco-elastic-plastic creep model of artificially frozen soil under high confining pressures. Cold Regions Science and Technology, 65(2), 219-225.
  21. Liu, J. and Jun, X. (2012) Nonlinear Analyses for the Permeability Coefficient of Frozen Soil. Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 17, 3875-3884.
  22. Zhou, M. (2013) Computational Simulation of Soil Freezing: Multiphase Modeling and Strength Upscaling. Ph.D. Dissertation, Ruhr University Bochum.
  23. Yang, W., Lei K. and Chen, Y. (2015) Numerical evaluation on the effects of soil freezing on underground temperature variations of soil around ground heat exchangers. Applied Thermal Engineering, 75, 259-269.
  24. Nassr, A., Esmaeili-Falak, M., Katebi, H., and Javadi, A. (2018) A new approach to modeling the behavior of frozen soils. Engineering Geology, 246, 82-90.
  25. Nassr, A., Esmaeili-Falak, M., Katebi, H., & Javadi, A. (2018) A new approach to modeling the behavior of frozen soils. Engineering Geology, 246, 82-90.
  26. Sayles, F.H., and Haines, D. (1974) Creep of Frozen Silt and Clay. Cold Regions Research and Engineering Lab Hanover NH, Crrel-Tr-252.
  27. Ting, John M. (1981) The Creep of Frozen Sands: Qualitative and Quantitative Models. Massachusetts Inst. of Tech. Cambridge Dept. of Civil Engineering, R81-5.
  28. Williams, P. (1964) Unfrozen water content of frozen soils and soil moisture suction. Geotechnique, 14(3), 231-246.
  29. Li, N., Chen, B., Chen, F. and Xu, X. (2000) The coupled heat-moisture-mechanic model of the frozen soil. Cold Regions Science and Technology, 31(3), 199-205.
  30. Li, N., Chen, F., Xu, B. and Swoboda, G. (2008) Theoretical modeling framework for an unsaturated freezing soil. Cold Regions Science and Technology, 54(1), 19-35.
  31. Wen, Z., Sheng, Y., Jin, H., Li, S., Li, G. and Niu, Y. (2010) Thermal elasto-plastic computation model for a buried oil pipeline in frozen ground. Cold Regions Science and Technology, 64(3), 248-255.
  32. Lai, Y., Pei, W., Zhang, M. and Zhou, J. (2014) Study on theory model of hydro-thermal–mechanical interaction process in saturated freezing silty soil. International Journal of Heat and Mass Transfer, 78, 805-819.
  33. Vitel, M., Rouabhi, A., Tijani, M. and Guerin, F. (2015) Modeling heat transfer between a freeze pipe and the surrounding ground during artificial ground freezing activities. Computers and Geotechnics, 63, 99-111.
  34. Li, Q., Ling, X. and Sheng, D. (2016) Elasto-plastic behaviour of frozen soil subjected to long-term low-level repeated loading, Part I: Experimental investigation. Cold Regions Science and Technology, 125, 138-151.
  35. Li, Q., Ling, X. and Sheng, D. (2016) Elasto-plastic behaviour of frozen soil subjected to long-term low-level repeated loading, Part II: Constitutive modelling. Cold Regions Science and Technology, 122, 58-70.
  36. An, W.D., Wu, Z.W. and Wei Ma. (1990) Interaction Among Temperature, Moisture and Stress Fields in Frozen Soil. Lanzhou University Press, Lanzhou.
  37. Wang, J.P., Wang, Z.Y. and Wu, Q.J. (1993) Three-dimensional finite element analysis of stress and deformation of frozen wall in deep thick clay layer. Journal of Glaciology and Geocryology, 15(2), 309-316.
  38. Potts, D.M. and Lidija, Z. (2001) Finite Element Analysis in Geotechnical Engineering: Application. Thomas Telford, 2.
  39. Getachew, A. (2003) Traffic load effects on bridges, statistical analysis of collected and Monte Carlo simulated vehicle data. Doctoral Thesis, Royal Institute of Technology, Sweden.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 10 اردیبهشت 1396
  • تاریخ بازنگری: 07 اسفند 1399
  • تاریخ پذیرش: 06 دی 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار