فصلنامه علوم و مهندسی زلزله

فصلنامه علوم و مهندسی زلزله

تاثیر شیب زمین بر روی پاسخ دینامیکی گروه شمع‌ها در خاک قابل روانگرا بر پایه‌ی شبیه‌سازی سه‌بعدی عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
فرامرز رنجبر 1
علی عسگری 2
حبیب اکبرزاده بنگر 3
1 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران
2 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی و فناوری، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران
3 دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران
10.48303/bese.2022.250927
چکیده
گسترش جانبی ناشی از روانگرایی خاک، اغلب باعث ایجاد خرابی‌های قابل توجهی در پی­ های عمیقِ پل­ ها، بندرها، سازه ­های دریایی و ساختمان‌ها می‌شود. با وجود انجام مطالعات مختلف آزمایشگاهی، عددی و صحرایی توسط پژوهشگران پیشین، همچنان رویکرد جامعی برای ارزیابی اثرات گسترش جانبی بر شمع‌ها وجود ندارد. شبیه‌سازی‌های عددی ابزاری مهم و اقتصادی برای بررسی اثرات گسترش جانبی بر شمع‌ها هستند. در این پژوهش­­، به بررسی اثر شیب زمین بر روی رفتار گروه شمع­ های 1×1، 2×2 و 3×3 به‌صورت پارامتریک و با استفاده از شبیه ­سازی سه­ بعدی عددی پرداخته شده است. بدین‌منظور، ابتدا مدل عددی ساخته شده با نرم­ افزار اجزای محدود اپنسیس، با نتایج یک آزمایش میز لرزان بزرگ‌مقیاس، صحت­ سنجی شده و سپس به ازای شیب­ های مختلف زمین­، پارامترهایی نظیر تغییرات فشار آب حفره­ای، تغییرات جابه‌جایی جانبی شمع و خاک، لنگر خمشی در شمع­ ها و تغییرات شتاب شمع و خاک تحت زلزله­ ی ال‌سنترو مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می ­دهد که با افزایش شیب زمین، فشار آب حفره­ای کمتری تولید شده و زایل شدن اضافه فشار آب حفره­ای زودتر آغاز می ­شود اما جابه‌جایی جانبی شمع و خاک افزایش می­ یابد. از طرفی دو عامل در روند تغییرات و میزان جابه‌جایی­ ها نقش دارد، عامل اول تنش برشی استاتیکی در راستای شیب که اثر افزایشی بر میزان جابه‌جایی دارد و عامل دوم رفتار اتساعی خاک ناشی از تغییر شکل است که اثر کاهشی بر روی روند جابه‌جایی دارد.
کلیدواژه‌ها
شیب زمین
گسترش جانبی گروه شمع
خاک روانگرا
شبیه سازی سه بعدی عددی
اپنسیس
  1. Chaloulos, Y.K., Bouckovalas, G.D., and Karamitros,K. (2013) Pile response in submerged lateral spreads: common pitfalls of numerical and physical modeling techniques. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 55, 275-287.
  2. Fallahzadeh, M., Haddad, A., and Jafarian, Y. (2019) Seismic performance of end-bearing piled raft with countermeasure strategy against liquefaction using centrifuge model tests. Bulletin of Earthquake Engineering, 17(11), 5929-5961.
  3. Su, L., Wan, H.P., Abtahi, Sh., Li, Y., and Ling, X.Z. (2020) Dynamic response of soil–pile–structure system subjected to lateral spreading: shaking table test and parallel finite element simulation. Canadian Geotechnical Journal, 57(4), 497-517.
  4. He, L., Elgamal, A., Abdoun, T., Abe, A., Dobry, R., Hamada, M., Menses, J., Sato, M., Shantz T., and Tokimatsu, K. (2009) Liquefaction-induced lateral load on pile in a medium Dr Sand layer. Journal of Earthquake Engineering, 13(7), 916-938.
  5. He, L., Ramirez, J., Lu, J., Tang, L., Elgamal, A.E., and Tokimatsu, K. (2017) Lateral spreading near deep foundations and influence of soil permeability. Canadian Geotechnical Journal, 54(6), 846-861.
  6. Dobry, R., Thevanayagam, S., Medina, C., Bethapudi, R., Elgamal, A., Bennett, V., Abdoun, T., Zeghal, M., El Shamy, U., and Mercado, V.M. (2011) Mechanics of lateral spreading observed in a full-scale shake test. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 137(2), 115-129.
  7. Kavand, A., Haeri, S.M., Asefzadeh, A., Rahmani, I., Ghalandarzadeh, A., and Bakhshi, A. (2014) Study of the behavior of pile groups during lateral spreading in medium dense sands by large scale shake table test. International Journal of Civil Engineering, 12(3), 186-203.
  8. Motamed, R., Sesov, V., Towhata, I., and Tuan Anh, N. (2010) Experimental modeling of large pile groups in sloping ground subjected to liquefaction-induced lateral flow: 1-G shaking table tests. Soils and Foundations, 50(2), 261-279.
  9. Motamed, R., Towhata, I., Honda, T., Tabata, K., and Abe, A. (2013) Pile group response to liquefaction-induced lateral spreading: E-Defense large shake table test. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 51, 35-46.
  10. Haeri, S.M., Kavand, A., Rahmani, I., and Torabi, H. (2012) Response of a group of piles to liquefaction-induced lateral spreading by large scale shake table testing. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 38, 25-45.
  11. Abdoun, T. Dobry, R. O’Rourke, T.D., and Goh, S.H. (2003) Pile response to lateral spreads: centrifuge modeling. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 129(10), 869-878.
  12. Gonzalez, M.A. (2008) Centrifuge Modeling of Pile Foundation Response to Liquefaction and Lateral Spreading: Study of Sand Permeability and Compressibility Effects Using Scaled Sand Technique. Rensselaer Polytechnic Institute.
  13. Toyota, H., Towhata, I., Imamura, S.-I., and Kudo, K.-I. (2004) Shaking table tests on flow dynamics in liquefied slope. Soils and Foundations, 44(5), 67-84.
  14. Ghasemi-Fare, O. and A. Pak, (2016) Numerical investigation of the effects of geometric and seismic parameters on liquefaction-induced lateral spreading. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 89, 233-247.
  15. Asgari, A., M. Oliaei, and M. Bagheri, (2013) Numerical simulation of improvement of a liquefiable soil layer using stone column and pile-pinning techniques. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 51, 77-96.
  16. Asgari, A., Ranjbar, F., and Akbarzadeh Bengar, H. (2020) Using pile group to mitigate lateral spreading in uniform and stratified liquefiable sand strata: three dimensional numerical simulation. Amirkabir Journal of Civil Engineering, Accepted (in Persian).
  17. Elgamal, A., Lu, J., and Forcellini, D. (2009) Mitigation of liquefaction-induced lateral deformation in a sloping stratum: Three-dimensional numerical simulation. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 135(11), 1672-1682.
  18. Huang, D., Wang, G., and Jin, F. (2020) Effectiveness of pile reinforcement in liquefied ground. Journal of Earthquake Engineering, 24(8), 1222-1244.
  19. Jeremic, B. (2001) Development of geotechnical capabilities in OpenSees. Citeseer.
  20. Mazzoni, S., et al. (2006) OpenSees command language manual. Pacific Earthquake Engineering Research (PEER) Center, 264.
  21. Mroz, Z. (1967) On the description of anisotropic workhardening. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 15(3), 163-175.
  22. Elgamal, A., Yang, Z., and Parra, E. (2002) Computational modeling of cyclic mobility and post-liquefaction site response. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 22(4), 259-271.
  23. Biot, M.A. (1962) Mechanics of deformation and acoustic propagation in porous media. Journal of Applied Physics, 33(4), 1482-1498.
  24. Chan, A., H.-C. (1988) A Unified Finite Element Solution to Static and Dynamic Problems of Geomechanics. Swansea University.
  25. Zienkiewicz, O., Chan, A., Pastor, M., Paul, D., and Shiomi, T. (1990) Static and dynamic behaviour of soils: a rational approach to quantitative solutions. I. Fully saturated problems. Proceedings of the Royal Society of London. Mathematical and Physical Sciences, 429(1877), 285-309.
  26. Yang, Z., Elgamal, A., Adalier, K., and Sharp, M.K. (2004) Earth dam on liquefiable foundation and remediation: numerical simulation of centrifuge experiments. Journal of Engineering Mechanics, 130(10), 1168-1176.
  27. Yang, Z., Lu, J., and Elgamal, A. (2008) Opensees Soil Models and Solid-Fluid Fully Coupled Elements User’s Manual.
  28. Klar, A., Frydman, S., and Baker, R. (2004) Seismic analysis of infinite pile groups in liquefiable soil. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 24(8), 565-575.
  29. Law, H.K. and Lam, I.P. (2001) Application of periodic boundary for large pile group. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 127(10), 889-892.

  • تاریخ دریافت 05 بهمن 1399
  • تاریخ بازنگری 29 فروردین 1400
  • تاریخ پذیرش 01 خرداد 1400