بررسی رفتار مکانیکی خاک های دانه ای مسلح شده با ژئوگریدهای پلیمری گسسته
چکیده
امروزه به دلیل کمبود اراضی مطلوب، ساخت ابنیه و ساختارهای عمرانی ممکن است بر بسترهای خاکی ضعیف صورت پذیرد. در این حالت، مساله تثبیت و تسلیح خاک از اهمیت ویژه ای برخوردار خواهد شد. در این راستا، استفاده از الیاف، شاید، قدیمی ترین روشی باشد که مجددا مورد توجه مهندسین ژئوتکنیک قرار گرفته است؛ اما، وقوع پدیده هایی نظیر تجمع موضعی و یا تاخوردگی، محدودیت اجرایی جدی برای این تکنیک مسلح سازی محسوب می شود. هدف از این پژوهش، استفاده از المان هایی موسوم به "گریدهای گسسته"، تهیه شده از ژئوگریدهای متداول، جهت مسلح سازی خاک بود. خاک مورد استفاده، ماسه رُس دار و از دشت سگزی به عنوان یک خاک مساله دار انتخاب گردید. در بخش عملی، آزمون های برش مستقیم و تراکم جهت ارزیابی عملکرد مسلح کنندگی گریدهای گسسته در ماتریس خاکی استفاده شدند. در همین راستا، یک روش ساده برای اندازه گیری ضریب اصطکاک بین خاک و المان مسلح کننده مبتنی بر آزمون خروج تک لیف و با اعمال تغییراتی بر روی دستگاه اینسترن ابداع گردید. بخش نظری، دو قسمت اساسی را شامل می شد که عبارت بودند از: مدل سازی ماکرومکانیکی و میکرومکانیکی. در هر دو روش، آزمون برش مستقیم و رفتار برشی نمونه تیمارهای گوناگون شبیه سازی شدند. مخلوط خاک و گریدهای گسسته به عنوان یک کامپوزیت با ماتریس نرم در نظر گرفته شد. مبنای مدل ماکرومکانیکی ارائه شده، روش تعادل نیروها بود. در مدل ماکرومکانیکی تبیین شد که افزایش استحکام برشی خاک کامپوزیتی در اثر حضور گریدهای گسسته مرهون دو نوع "اثر مسلح کنندگی الیافی" و "اثر مسلح کنندگی حلقه یا گرید" است. مدل سازی ماکرومکانیکی با در نظر گرفتن دو حالت سرش محض و سرش نسبی صورت پذیرفت. در حالت دوم، یک روش نیمه تجربی برای محاسبه و پیش بینی میزان افزایش استحکام برشی خاک کامپوزیتی به کار گرفته شد. به همین منظور، از یک سیستم شبکه عصبی مصنوعی برای حل معادلات مربوطه استفاده گردید و روش کمترین مربع خطاها تعمیم داده شد. مدل سازی میکرومکانیکی که در محیط نرم افزار آباکوس صورت پذیرفت؛ رسالت شبیه سازی آزمون برش مستقیم بر روی تیمارهای مختلف را بر عهده داشت. مدل سازی میکرومکانیکی نشان داد که در آرایش یافتگی یکسان، بارگذاری برشی بر روی خاک کامپوزیتی مسلح با الیاف، تنها سبب ایجاد نیروی مقاومتی در المان های عمود بر صفحه برش می شود؛ در حالی که در خصوص گریدهای گسسته، در کل گرید و حتی در المان های موازی با صفحه برش نیروی مقاومتی ایجاد می شود و این همان "اثر مسلح کنندگی حلقه یا گرید" می-باشد. مقایسه نتایج نظری و عملی مشخص ساخت مدل ماکرومکانیکی مبتنی بر تئوری سرش نسبی و روش میکرومکانیکی دارای بهترین قدرت پیش بینی در خصوص استحکام برشی خاک کامپوزیتی هستند. مدل ماکرومکانیکی بر اساس تئوری سرش محض دارای خطای مدل نسبتا بالایی است؛ ولی، روند حاکم بر نتایج را در مقام مقایسه به خوبی پیش بینی می نماید. همچنین، اثبات گردید که عملکرد گریدهای گسسته در افزایش استحکام برشی خاک کامپوزیتی در مقایسه با رشته های مشابه در شرایط یکسان، بهتر است.