بررسی تأثیر بعد سوم (طول مدل) در مقادیر انحراف دیواره و نشست های مجاور یک گود قائم با استفاده از مدل سازی فیزیکی کوچک مقیاس

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

چکیده

گودبرداری با شیب حداکثر در ساخت و سازهای امروزه در مناطق شهری به دلیل ارزش بالای زمین به امری اجتناب‌ناپذیر تبدیل شده است. شناخت دقیق رفتار خاک حین گودبرداری، به‌دلیل حساسیت و اهمیت بالای این عملیات از دو دیدگاه ایمنی و اقتصاد، همواره مورد توجه محققین این عرصه بوده است. پژوهش‌های انجام شده در این راستا نیز عمدتاً با استفاده از روش‌ها و نرم‌افزارهای عددی انجام شده است. در این تحقیق به منظور پرهیز از خطاهای گریز‌ناپذیر مدل‌سازی‌های عددی در پیش‌بینی رفتار خاک، از روش مدل‌سازی فیزیکی کوچک‌مقیاس استفاده گردیده است. گودبرداری مرحله‌ای یک ترانشه‌ قائم مهار نشده در یک خاک ماسه‌ای، با و بدون حضور سربار با ساخت سه مدل فیزیکی، مدل‌سازی شده است. مدل‌های فیزیکی، با مقطع عرضی ثابت و سه طول متفاوت، به‌منظور بررسی اثر طول (بعد سوم) ایجاد شدند. بر ‌اساس نتایج بدست آمده، مشاهده شد که حین گودبرداری (بدون حضور سربار)، تغییرشکل‌های افقی و قائم، با افزایش طول مدل، مقدار کمی افزایش داشته است اما هنگام بارگذاری، عکس این روند مشاهده گردید. حین بارگذاری، مدل‌های با طول کمتر نسبت به مدل‌های طویلتر تغییرشکل‌های به مراتب بزرگتری را نشان دادند و در بار کمتری نیز گسخته شدند. تفاوت بین مقادیر تغییرشکل‌ها حین بارگذاری، با افزایش نسبت طول به ارتفاع مدل‌ها، کاهش داشت؛ به بیان دیگر، تغییرشکل مدل‌ها، با افزایش طول مدل، تمایل به همگرا شدن را از خود نشان دادند. مشاهده شد که نسبت تغییرشکل‌های مدل در حالت سه‌بعدی به حالت دوبعدی، به میزان بار اعمال شده به گود نیز بستگی دارد؛ به‌نحوی که با نزدیک شدن به حالت گسیختگی، این مقدار روند کاهشی در پیش گرفت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the effect of the third dimension (model length) on wall inclination and settlement of a vertical trench using small-scale physical modeling

نویسندگان [English]

  • Ali Jamshidi
  • Mohammad Sharifipour
Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

Due to the high land volume in urban areas, maximum-slope excavation has become an inseparable part of the construction of a building. The sensitive nature of the excavation operation in terms of cost and safety requires an accurate knowledge of the soil’s behavior, making it an important research field. Most of studies investigate the soil’s behavior using numerical methods, which are accompanied by a certain level of inaccuracy. To sidestep the unavoidable errors associated with numerical methods, this study uses a small-scale physical modeling methodology to investigate soil behavior. The phased excavation of an unsupported vertical sandy soil trench has been experimentally modeled using three small-scale physical models with/without an externally applied load. Three models with different lengths and constant cross-sections were constructed to assess the effects of length (the third dimension) on the trench’s deformation and stability. The results show that during excavation with no external loading, increasing the model’s length does not significantly increase horizontal and vertical deformations. However, in tests in which the system was subjected to an applied load, decreasing the length caused substantially larger vertical and horizontal deformations in the soil. Increasing the models’ length-to-height ratio decreased the discrepancies among the deformations created during loading. In other words, increasing the length caused the deformations of the models to converge toward a similar value. It was observed that the 3D-to-2D deformation ratios are dependent on the load applied to the trench. These ratios decreased as the model approached failure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Excavation
  • Sandy soil
  • Physical modeling
  • Small-scale
  • Third dimension
[1] Bhatkar, T., Barman, D., Mandal, A., & Usmani, A. (2017). Prediction of behaviour of a deep excavation in soft soil: a case study. International Journal of Geotechnical Engineering, 11(1), 10-19.
[2] Ahmadi, A., & Ahmadi, M. M. (2019). Three-dimensional numerical analysis of corner effect of an excavation supported by ground anchors. International Journal of Geotechnical Engineering, 1-13.
[3] Lin, D. G., & Woo, S. M. (2007). Three dimensional analyses of deep excavation in Taipei 101 construction project. Journal of GeoEngineering, 2(1), 29-42.
[4] Ou, C. Y., Chiou, D. C., & Wu, T. S. (1996). Three-dimensional finite element analysis of deep excavations. Journal of Geotechnical Engineering, 122(5), 337-345.
[5] Finno, R. J., Blackburn, J. T., & Roboski, J. F. (2007). Three-dimensional effects for supported excavations in clay. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 133(1), 30-36.
[6] Zdravkovic, L., Potts, D. M., & St John, H. D. (2005). Modelling of a 3D excavation in finite element analysis. Geotechnique, 55(7), 497-513.
[7] Wu, C. H., Ou, C. Y., & Tung, N. C. (2010). Corner effects in deep excavations-establishment of a forecast model for taipei basin T2 zone. Journal of Marine Science and Technology, 18(1), 1-11.
[8] Razavi, S. K., Hajialilue Bonab, M., Rezaei, A. H.  (2018). Three Dimensional Finite Difference (3D FD) Analysis of Soil Nailing Wall. Journal of Civil and Environmental Engineering, Volume 48 (2018), Issue 1 (Spring), 23-33.
[9] Shivaei, S., & Jahanandish, M. (2018). Numerical investigation of the three-dimensional performance of anchored reaction blocks in stability of excavations in clayey soils. International Journal of Geotechnical Engineering.
[10] Hsiung, B. C. B., Yang, K. H., Aila, W., & Ge, L. (2018). Evaluation of the wall deflections of a deep excavation in Central Jakarta using three-dimensional modeling. Tunnelling and Underground Space Technology, 72, 84-96.
[11] Fakher, A. (2014). Research Methods in Geotechnic. Second Edition. Tehran: University of Tehran Press, Page(247).
[12] Iai, S., Tobita, T., & Nakahara, T. (2005). Generalised scaling relations for dynamic centrifuge tests. Geotechnique, 55(5), 355-362.
[13] Office of National Building Regulations (2013). National Building Regulations –Section 7. Third Edition. Tehran: Toseeh Iran Publisher, Page(69).
[14] Panah, A. K., Yazdi, M., & Ghalandarzadeh, A. (2015). Shaking table tests on soil retaining walls reinforced by polymeric strips. Geotextiles and Geomembranes, 43(2), 148-161.
[15] Moghadam, A. M., Ghalandarzadeh, A., Towhata, I., Moradi, M., Ebrahimian, B., & Hajialikhani, P. (2009). Studying the effects of deformable panels on seismic displacement of gravity quay walls. Ocean engineering, 36(15-16), 1129-1148.
[16] Zekri, A., Ghalandarzadeh, A., Ghasemi, P., & Aminfar, M. H. (2015). Experimental study of remediation measures of anchored sheet pile quay walls using soil compaction. Ocean Engineering, 93, 45-63.
[17] Yazdandoust, M. (2017). Experimental study on seismic response of soil-nailed walls with permanent facing. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 98, 101-119.
[18] Sabermahani, M., Ghalandarzadeh, A., & Fakher, A. (2009). Experimental study on seismic deformation modes of reinforced-soil walls. Geotextiles and Geomembranes, 27(2), 121-136.