Skip to main content
SUPERVISOR
Seyed Mehdi Abtahi Forooshani,Mohammad ali Rowshan Zamir,Seyedmadi Hejazi
سیدمهدی ابطحی فروشانی (استاد مشاور) محمدعلی روشن ضمیر (استاد راهنما) سیدمهدی حجازی (استاد مشاور)
 
STUDENT
MAKAN NOORBAKHSH
ماکان نوربخش

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392
Various soil improvement methods such as soil reinforcement technique have been used as a solution for improving the soil mechanical features in geotechnical engineering applications like the construction of building foundation and roadbed. In recent years, numerous scientific studies have been evaluating the performance of foundations resting on the soil reinforced by various types of reinforcing materials. Soil reinforcement can consist of a wide range of materials such as polymeric geosynthetics. Geosynthetics have been used in various forms especially in two-dimensional (2D) planar form (geogrid, geotextile, and geonet) or the three-dimensional (3D) form (geocell). They are also used as long fabric or the continuous insert form (sheets, layers, strips), and as randomly oriented discrete inclusions (short cut fibers). Many studies have discussed the modification and improvement of soil synthetic reinforcement properties and its shape. Some of these studies have laid foundation for the development of new polymeric soil reinforcements. A braid is a textile structure produced by intertwining of two or more strands or fabric strips in a bias and diagonal formation. Yarn systems move in separate controlled sinusoidal or circular paths in the braiding technique. Braiding technology offers a reduced fabrication time at a relatively low cost for producing low-cost, high-volume continuous fiber composites. There is a possibility to produce a wide range of these technical textiles with different cross-section shapes, sizes, materials, and patterns. Today, braided structures are widely used in various industries, though not as a soil reinforcing fabric. The main objectives of this research were to investigate the interaction between buried tubular braid elements and sand and to evaluate the effects of these structures in the sand foundation bed, as well as comparison of the braid performance with that of the common planar reinforcements; these were all done for the first time. For this purpose, three series of interaction element tests including direct shear tests, pull-out tests, and soil stress control tests were conducted on the unreinforced and reinforced sand composites. The stress control tests are also innovative experiments designed due to the specific shape of the braid elements. The overall performance of the reinforced foundation bed with the planar and tubular reinforcing textile was evaluated through a series of standard plate load tests. Finally, numerical modeling technique was used to evaluate the performance and interaction of tubular braid elements inside the soil bed. According to the results, the performance and the enhancement effect of the tubular braid structures or tubular reinforcement in all tests, except the case of pull-out mechanism, were found to be better than that of the similar typical planar reinforcement. The results suggested that tubular braid resulted in the enhanced sand shear strength (especially the apparent cohesion of the reinforced soil composites), mobilization of the excess compressive stress in the enclosed soil inside the tubular braids (due to the soil confinement ability of the tubular braids), and reduction in the vertical stress level of the footing model transferred down through the soil bed (or increase of the pressure distribution angle). It was also found that the tubular braid elements inside a reinforced foundation bed resulted in more increase of the average bearing capacity, more increase of the stiffness of the footing bed, and more reduction in the footing settlement, in comparison to the similar planar reinforcement layers. Therefore, for the same amount of the reinforcement used, the tubular shape offered a much better overall performance, as compared to the 2D planar form.
امروزه مسلح‌سازی ازجمله متداول‌ترین و پرطرفدارترین روش‌های بهسازی خاک محسوب می‌شود. در این روش مسلح‌کننده‌های ژئوسنتتیکی متداول اغلب در شکل صفحه‌ای مورداستفاده قرار گرفته که در آن‌ها عملکرد تسلیح و نیروی کششی المان‌ها تنها در دو راستا عمل می‌کند. ایده استفاده از خاصیت محصورکنندگی همه‌جانبه خاک، ایجاد اندرکنش بهتر خاک با مسلح‌کننده و ایجاد عملکرد تسلیح سه‌بعدی تاکنون منجر به تولید نمونه‌های مختلفی از مسلح‌کننده‌های جدیدتر و با ظاهر و عملکرد متفاوت شده است. غشا‌های قابل انبساط پلیمری یا اصطلاحاً برید، نوعی بافته سه‌بعدی و طولی است که از بافت رشته‌ها یا الیاف با یک الگوی خاص و از پیش تعیین‌شده ساخته می‌شود. بسته به نوع الیاف انتخابی، جنس آن‌ها و روش بافت، محصول نهایی می‌تواند گستره زیادی از جنس، خواص، اندازه و شکل را در برگیرد. این محصول پیش ‌از این در صنایع مختلف با کاربردهای گوناگون مورداستفاده قرار گرفته است. فناوری بریدینگ (قیطان بافی) امروزه به عنوان یک شیوه تولید بسیار سریع و ارزان پوشش‌های تقویت‌کننده و کامپوزیت‌هایی با ساختار پارچه‌ای محسوب شده و در کشور ما نیز متداول است. این محصول در مقطع و طول، قابلیت انبساط پذیری مناسبی داشته و از این رو به راحتی با خاک یا مصالح دیگر پر شود. مساحت روزنه‌های سطحی برید در هنگام انبساط مقطع افزایش یافته و این امر می‌تواند ارتباط و اندرکنش خاک داخل و اطراف برید را تأمین نماید که سبب بسیج مقاومت بیرون‌کشش المان از داخل خاک می‌شود. بسیج نیروی کششی غشایی در داخل برید در اثر تغییرشکل‌های ایجادشده و محصورشدگی خاک داخل برید و جلوگیری از فرار ذرات آن در برابر نیروهای وارده نیز می‌تواند به‌عنوان عاملی مضاعف در جهت بهبود خواص مقاومتی و تغییر شکل ترکیب خاک-برید محسوب شود. تمامی این عوامل سبب می‌شود تا ایده استفاده از این نوع ژئوسنتتیک‌ ابداعی به‌عنوان یک مسلح‌کننده سه‌بعدی جدید مطرح گردد. تاکنون پیرامون استفاده مستقیم این محصول در کاربردهای ژئوتکنیکی با هدف مسلح سازی خاک، تنها مطالعات آزمایشگاهی بسیار محدودی انجام گرفته است. در این پژوهش، آزمایش‌های المانی اندرکنش خاک و برید لوله‌ای (با توجه به مکانیسم‌های اندرکنشی و تنشی معرفی‌شده در تحقیق) جهت بررسی رفتار بریدها در خاک شامل آزمایش‌های برش مستقیم نمونه‌های خاک مسلح‌شده، آزمایش بیرون‌کشش مسلح‌کننده از خاک، آزمایش‌های کنترل وضعیت تنش در خاک محصور داخل المان‌های برید و نیز نحوه چگونگی توزیع تنش مدل پی در عمق خاک مسلح‌شده انجام گرفته است. همچنین بررسی‌های میدانی از طریق انجام آزمایش‌های استاندارد بارگذاری صفحه بر بستر مسلح شده با این المان‌ها انجام گرفت. در تمامی آزمایش‌های انجام‌گرفته، تأثیر شکل لوله‌ای بریدها و مقایسه آن با شکل صفحه‌ای مسلح‌کننده‌های مشابه با خصوصیات کاملاً یکسان نیز مدنظر قرار گرفت. محدوده بررسی‌های این تحقیق در خاک‌ ماسه‌ای است. درنهایت مدلسازی‌های عددی توسط یک نرم‌افزار اختلاف محدود سه‌بعدی به عنوان مکمل این تحقیقات صورت گرفته و مدل رفتاری و اندرکنشی المان‌های برید در داخل خاک مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان از عملکرد مناسب و بهتر المان‌های برید لوله‌ای شکل در خاک نسبت به مسلح‌کننده صفحه‌ای متداول و مشابه داشته است. عملکرد بهتر بریدهای لوله‌ای نسبت به حالت صفحه‌ای تسلیح در افزایش مقاومت برشی و پارامترهای مقاومتی ترکیب خاک-برید در آزمایش‌های برش مستقیم، بسیج اضافه فشار قابل‌توجه در خاک داخل برید، توزیع تنش مدل پی در سطحی وسیع‌تر در عمق خاک مسلح (افزایش زاویه توزیع تنش) در آزمایش‌های کنترل وضعیت تنش، افزایش ظرفیت باربری نهایی و فشار مدل پی در هر سطح نشست، افزایش سختی بستر پی و کاهش نشست صفحه باربر در آزمایش‌های بارگذاری صفحه مشاهده گردید. همچنین در این تحقیق علاوه بر بررسی و مقایسه شکل مسلح‌کننده، مطالعات پارامتریک بر روی برخی پارامترهای مؤثر دیگر مسلح‌کننده و نحوه آرایش آن در بستر شامل عمق مدفون اولین لایه، فاصله قائم میان لایه‌ها، طول لایه‌ها، تعداد لایه‌ها، قطر و جنس بریدها نیزانجام گرفت. به صورت کلی نتایج نشان داد که استفاده از برید می‌تواند به نوعی دست‌یابی به رفتار و عملکردی بهتر و با صرف حجم یکسان یا کمتری از مصالح تسلیح را به دنبال داشته باشد.

تحت نظارت وف ایرانی