SUPERVISOR
Mahmood Vafaian,Abas Eslami haghighat
محمود وفائیان (استاد راهنما) عباس اسلامی حقیقت (استاد راهنما)
STUDENT
Milad Rezaei
میلاد رضائی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
TITLE
Influence of Dilation Angle on Analyses of Different Excavation Supports
Excavation is one of the most important basic steps in civil engineering projects. A successful excavation requires the stability of trench, providing safe conditions for construction, safety of people and adjacent buildings. Excavation could cause large displacement in the wall of the trench and adjacent grounds that may harm people, buildings and adjacent equipments. Therefore permanent and temporary excavation supports are built in order to prevent such damages. Volume of soil mass increases or decreases during shear deformation which is demonstrated by dilation angle. Dilation angle is one of the factors which can affects the stability of trench and excavation analyses. Generally, the dilation angle is smaller than internal friction angle. Dilation angle of a homogenous is variable parameter and depends on mobilized shear strain and induced stress level. In the conventional analyses, dilation angle is equal to internal friction angle of soil. Therefore, in order to simulate of the soil behavior as accurate as possible, dilation angle should be considered smaller than internal friction angle in the analyses, which results in more accurate and applying lower safety factors in the analyses. In this study, the effect of dilation angle on analyses of the excavation has been studied by the softwares PLAXIS and ZSoil. The analyses were performed for anchorage, nailing, and truss construction. At the beginning, anchorage, nailing, and truss construction elements have been defined and methods for their implementation have been described. Then, for each of them, numerical models have been verified. To simulate soil behavior, Mohr - Coulomb and hardening soil models were used in the presence and absence of water. Then, the results were analyzed and evaluated. The effect of dilation angle on several parameters, including surface vertical displacement, wall horizontal displacement, bending moment in wall, axial force in anchor in and in nail, axial force in vertical and inclined members in the truss, heaving, and safety factor after last stage of excavation was evaluated. To verify the analyses performed by PLAXIS and ZSoil the results compared with the ones of the other researchers. Since the angle of dilation is a soil strength parameter, assumption of associated flow rule provides non-conservative results for safety factor in comparison to non-associated flow rule, as expected. One of the approaches of applying angle of dilation in the calculations is equivalent associated flow rule concept. For evaluate the accuracy of this approach the results of the non-associated flow rule were compared with equivalent associated flow rule. For anchorage, nailing, and truss construction, the results of equivalent associated flow rule for safety factor are conservative in comparison to non-associated flow rule. Large amount of errors have been observed between equivalent associated flow rule and non-associated flow rule for especially small value of dilation angle. This is due to excessive reduction in cohesion and internal friction angle for smaller values of dilation angles. Key words: Excavation support, dilation angle, anchorage, nailing, truss construction, flow rule
گودبرداری یکی از اساسیترین مراحل شروع به ساخت پروژههای عمرانی می باشد. یک گودبرداری موفق، نیازمند پایداری گود، حفظ جان انسانهای خارج و داخل گود، شرایط ایمن و مطمئن برای اجرای کار و همچنین نگهداری و سلامت سازههای مجاور میباشد.گودبرداری میتواند باعث ایجاد جابجایی در دیوارهی گود و سطح زمینهای مجاور گود شود که ممکن است باعث آسیب رساندن به انسانها، ساختمانها و تجهیزات مجاور شود. به منظور جلوگیری از این آسیبها و همچنین ممانعت از ریزش ترانشه و تبعات منفی احتمالی ناشی از خاکبرداری، سازههای موقت یا دائمی به عنوان سازههای نگهبان برای مهار ترانشه اجرا میشوند. یک توده خاک در طی تغییر شکل برشی افزایش یا کاهش حجم مییابد که بوسیلهی زاویهی اتساع نشان داده میشود. زاویهی اتساع از جمله عواملی است که میتواند در پایداری گودها و تحلیلهای مربوط به گودبرداری تأثیرگذار باشد. برای یک نمونه خاک زاویهی اتساع در طی تغییر شکل برشی متغیر بوده و همچنین به سطح تنش وارده نیز وابسته میباشد. در هرحال زاویهی اتساع خاک از زاویه اصطکاک خاک کوچکتر میباشد. در تحلیلهای معمول و متداول زاویهی اتساع و زاویهی اصطکاک خاک برابر درنظر گرفته میشوند. بنابراین برای بالا بردن دقت تحلیلها و طراحیها و اعمال ضریب اطمینانهای پایینتر در طراحیها و همچنین مدلسازی دقیقتر رفتار خاک تا حد ممکن، باید زاویهی اتساع در تحلیلها کوچکتر از زاویهی اصطکاک خاک درنظر گرفته شود. در این پایاننامه اثر زاویهی اتساع بر روی تحلیلهای مربوط به گودبرداری به کمک نرمافزارهای PLAXIS و ZSoil مورد بررسی قرار گرفته است. این بررسیها بر روی تحلیلهای مربوط به سیستمهای سازه نگهبان دوخت به پشت، میخکوبی و خرپای فلزی انجام شده است. ابتدا هرکدام از سیستمهای سازه نگهبان دوخت به پشت، میخکوبی و خرپای فلزی معرفی شدهاند و روشهای اجرای آنها تشریح شدهاند، سپس برای هرکدام از آنها یک مدل عددی مورد صحتسنجی، تحلیل و بررسی قرار گرفته است. برای مدلسازی رفتار خاک از دو مدل مور- کولمب و خاک سخت شونده استفاده شده است و برای هر مدل در حالت حضور و عدمحضور آب، تحلیل و بررسیها انجام شده است. بررسی اثر زاویهی اتساع بر روی نتایج تحلیلها از قبیل پارامترهای جابجایی قائم سطح زمین مجاور گودبرداری، جابجایی افقی دیوار، لنگر خمشی در دیوار، نیروی محوری در مهارها در روش دوخت به پشت، نیروی محوری در میخ در روش میخکوبی، نیروی محوری در اعضای قائم و مایل خرپا، برآمدگی کف گودبرداری و ضریب اطمینان گودبرداری پس از مرحلهی آخر گودبرداری انجام شده است. به منظور صحتسنجی بررسیهای صورت گرفته، ضمن مقایسهی نتایج بدست آمده با نتایج محققین دیگر، همزمان نتایج حاصل از نرمافزارهای PLAXIS و ZSoil نیز آورده شده است. همانطور که انتظار میرفت، برای پارامتر ضریب اطمینان، قانون جریان همبسته در قیاس با جریان غیرهمبسته نتایج غیرمحافظهکارانهای ارائه میدهد. یکی از راههای اعمال زاویهی اتساع در محاسبات استفاده از قانون جریان همبستهی معادل است. همچنین نتایج بدست آمده از قانون جریان غیرهمبسته با قانون جریان همبستهی معادل مقایسه شدهاند. برای هر سه سیستم سازه نگهبان دوخت به پشت، میخکوبی و خرپای فلزی، نتایج نظریهی جریان همبستهی معادل برای پارامترهای ضریب اطمینان در برابر لغزش در قیاس با نتایج قانون جریان غیرهمبسته محافظهکارانه میباشد. براساس نتایج حاصله، اختلاف نتایج قانون جریان همبستهی معادل با قانون جریان غیرهمبسته به ویژه در زوایای اتساع کوچک بیشتر مشهود میباشد، که علت آن کاهش بیش از اندازهی پارامترهای مقاومتی چسبندگی و زاویهی اصطکاک خاک براساس قانون جریان همبستهی معادل در زوایای اتساع کوچکتر میباشد.