تاثیر استفاده از شمع‌های مسلح کننده در کاهش حرکت لرزه‌ای سطح زمین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد زنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، زنجان، ایران

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشگاه علم و فرهنگ، تهران، ایران

چکیده

یکی از روش‌های افزایش سختی و بهسازی خاک به ویژه در زمین‌های سست، استفاده از شمع‌های مسلح کننده (تقویت کننده) می‌‌باشد. از این نوع شمع‌ها می‌توان در محل پایه و زیر سازه ها به منظور کاهش پاسخ لرزه‌ای زمین و سازه استفاده نمود. در این مقاله به بررسی تاثیر تغییرات پارامترهای هندسی شمع‌های تقویت کننده نظیر قطر، طول، فاصله بین آنها و سرباره وارده بر پاسخ لرزه‌ای سطح زمین بر مبنای مدل پایه پل ازمیت ترکیه به‌عنوان مطالعه موردی، پرداخته شده است. عمق تاثیر با مقایسه طیف پاسخ شتاب سطح زمین مدل دو‌بعدی با حضور شمع‌های مسلح کننده با کمک نرم افزار FLAC2D به روش غیرخطی مدل هسترزیس، با عمق معادل طیف پاسخ شتاب مدل یک بعدی میدان آزاد به‌دست آمده است. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهد که با افزایش نسبت فاصله به قطر شمع‌های تقویت کننده (S/D) میزان عمق تاثیر به علت تقلیل سختی سیستم پی-شمع مسلح کننده کاهش می‌یابد و پس از رسیدن به نسبت 5 به مقدار ثابتی رسیده است. به عبارت دیگر با افزایش سختی سیستم خاک-شمع، اندرکنش سیستماتیکی سیستم خاک-شمع افزایش می‌یابد. همچنین با افزایش نسبت طول به قطر شمع های مسلح کننده (L/D)، میزان عمق تاثیر ابتدا افزایش یافته وسپس به مقدار ثابتی خواهد رسید که بهینه‌ترین بازه برای نسبت طول به قطر شمع‌ها در محدوده 15 تا 30 می باشد. علاوه بر این، با افزایش میزان نسبت سربار وارده در بالای شمع های مسلح کننده (q ̅)، میزان عمق تاثیر به‌صورت خطی افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


  1. Lam, I.P., Law, H.K., and Martin, G.R. (2007) Bridge Foundations: Modeling Large Pile Groups and Caissons for Seismic Design (No. MCEER-07-0018).
  2. Simon, B. and Schlosser, F. (2006) Soil reinforcement by vertical stiff inclusions in France. In Symp. on Rigid Inclusions in Difficult Subsoils Conditions. Mexican Society of Soil Mechanics. UNAM Mexico.
  3. Barchard, J. (2002) Centrifuge Modeling of Piled Embankments on Soft Soils. Master of Science of Engineering Thesis, Univ. New Brunswick, p. 221.
  4. Van Eekelen, S.J., Bezuijen, A., and Oung, O. (2003) Arching in piled embankments; experiments and design calculations. In BGA International Conference on Foundations: Innovations, Observations, Design and Practice. Proceedings of the international conference organised by British Geotechnical Association and held in Dundee, Scotland, 885-894.
  5. Bergdahl, U., Lingfors, R., and Nordstrand, P. (1979) The Mechanics of Piled Embankments. Swedish Geotechnical Institute, SG3-79, 310-320.
  6. Kempfert, H.G., Zaeske, D., and Alexiew, D. (1999) Interactions in reinforced bearing layers over partially supported underground. In Proc. of the 12th European Conf. on Soil Mechanics and Geotech-nical Engineering (12th ECSMGE), Amsterdam, Pays-Bas. Rotterdam: Balkema, 3, 1527-1532.
  7. Ellis, E.A. and Aslam, R. (2009a) Arching in piled embankments: comparison of centrifuge tests and predictive methods-part 1 of 2. Ground Engineering, 42, 34-38.
  8. Ellis, E.A. and Aslam, R. (2009b) Arching in piled embankments: comparison of centrifuge tests and predictive methods-part 2 of 2. Ground Engineering, 42, 28-31.
  9. Pérez, R.G. and Melentijevic, S. (2015) Comparative analysis of analytical and numerical calculation methods for soil improvement by rigid inclusions. 15th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 1859-1866.
  10. Quigley, P., O’Malley, J., and Rodgers, M. (2003) Performance of a trial embankment constructed on soft compressible estuarine deposits at Shannon, Ireland. In: Vermeer P.A., Schweiger H.
  11. Karstunen, M. and Cudny, M. Eds. (2003) of the Int. Workshop on Geotechnics of Soft Soils - Theory and Practice, 17-19 September 2003, Noordwijkerhout, Pays-Bas. Essen: Verlag Glückauf, 619-624.
  12. Habib, H.A.A., Brugman, M.H.A., and Uijting, B.G.J. (2002) Widening of Road N247 founded on a geogrid reinforced mattress on piles. In Proc. 7th Conf. on Geosynthetics, Nice, France: Swets and Zeitlinger, 369-372.
  13. Briançon, L., Dias, D., and Simon, C. (2015) Monitoring and numerical investigation of a rigid inclusions–reinforced industrial building. Canadian Geotechnical Journal, 52(10), 1592-1604.
  14. Terzaghi, K. (1943) Theoretical Soil Mechanics. Hoboken, NJ, USA: John Wiley and Sons, Inc.
  15. Mayoral, J., Romo, M., Cirion, A., and Paulin, J. (2006) Effect of layered clay deposits on the seismic behavior of a rigid inclusion. In Proceedings of the symposium on rigid inclusions in difficult subsoil conditions, ISSMGE TC36, Sociedad Mexican de Mecanica de Suelos, 11-12.
  16. Rangel-Nunez, J., Shelley, E.O., Aguirre, J., and Razo, E.I. (2006) A parametric study of the factors involved in the dynamic response of soft soil deposits when rigid inclusions are used as a foundation solution. In Proceedings of the symposium on rigid inclusions in difficult subsoil conditions. ISSMGE TC36, Sociedad Mexican de Mecanica de Suelos, 11-12.
  17. Biesiadecki, G.L., Dobry, R., Leventis, G.E., and Peck, R.B. (2004) Rion–Antirion Bridge Foundations: A Blend of Design and Construction Innovation.
  18. Zhang, Y., Yao, S., and Christie, S.R. (2013) Non-linear and equivalent linear site response analysis for the Izmit Bay Bridge. In Proc. of the 3rd International FLAC/DEM Symposium.
  19. Huang, D., Wang, G., and Jin, F. (2020) Effectiveness of pile reinforcement in liquefied ground. Journal of Earthquake Engineering, 24(8), 1222-1244.
  20. Lyngs, J.H., Kasper, T., and Bertelsen, K.S. (2013) Modeling of soil-structure interaction for seismic analyses of the Izmit Bay Bridge. In Proceedings of the 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris: [sn].
  21. Rollins, K.M., Evans, M.D., Diehl, N.B., and III, W.D.D. (1998) Shear modulus and damping relationships for gravels. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 124(5), 396-405.
  22. Itasca, FLAC2D (2011) Fast Lagrangian Analysis of Continua in 2-Dimensions, Version 7.0, User Manual. Itasca, Minnesota.
  23. Lysmer, J. and Kuhlemeyer, R.L. (1969) Finite Dynamic Model for Infinite Media. Journal of Engineering Mechanics Division, 95, 859-878.
  24. Pacific Earthquake Engineering Research Center, PEER (2011) User’s Manual for the PEER Ground Motions Database Web Application. The Peer Center, University of California, Berkeley (CA), http://peer.berkeley.edu/peer ground motion database/site.
  25. Center for Engineering Strong Motion Data. US Geological Survey and the California Geological Survey. https://strongmotioncenter.org/vdc/scripts/ adv_search.plx/site.
  26. Pinto, P.E. (2005) The Eurocode 8-Part 3: the New European Code for the Seismic Assessment of Existing Structures.
  27. Hashash, Y., Musgrove, M., Harmon, J., Ilhan, O., Groholski, D., Phillips, C., and Park, D. (2016) DEEPSOIL 6.1, User Manual. University of Illinois at Urbana-Champaign: Springfield, IL, USA.
  28. Tran, N.X., Bong, T., Yoo, B.-S., and Kim, S.-R. (2021) Evaluation of the soil–pile interface properties in the lateral direction for seismic analysis in sand. Soil Dynamics and Earthquake Engineering Journal, 140, 106473.
  29. Fallahzadeh, M., Jafarian, Y., and Haddad, A. (2018) Three-dimensional modeling for seismic response of pile-raft in saturated sand to investigate local site effect. Modares Civil Engineering Journal, 18(4), 187-200.
  30. Jimenez, G.A.L. (2019) Static and Dynamic Behaviour of Pile Supported Structures in Soft Soil. Doctoral dissertation, University Grenoble Alpe