SNAILو PLAXISمقایسه و تحلیل عددی دیوار میخکوبی شده با دو نرم افزار

، دانشجوی کارشناسی ارشد ژئوتکنیک زارعی حامد -1

، دانشجوی کارشناسی ارشد ژئوتکنیک سمیه اکبرنژاد -2

، دانشجوی کارشناسی ارشد ژئوتکنیک محمد مهدی اکبرنژاد -3

Hamed.Zarei1469@yahoo.com

Akbarnezhad_sh@yahoo.com

M_akbarnezhad@yahoo.com

چکیده

برای طراحی با افزایش تراکم در عرصه های محدود و در نواحی پرتراکم شهری ، تعداد طبقات زیرزمین و عمق گودبرداری افزایش می یابد.

پایداری جداره های گود برداری باید این اطمینان وجود داشته باشد که یک ضریب ایمنی کافی برای مدت عمر سازه های پایدار کننده

روش میخکوبی در روشی که در اینجا به تحلیل وارزیابی آن پرداخته شده است دیوار میخ کوبی در خاک است. اشد.بوجود داشته

، افزایش ظرفیت باربری خاک ومحدود کردن تغییر شکل ها و با حداقل دست خوردگی در ای گودبرداریهای جداره ه بپایدارسازی شی

وضعیت زمین کاربر فراوانی دارد.

8با تغییر عواملی همچون چسبندگی و زاویه اصطکاک خاک که بر پایداری شیب های مسلح تاثیر فراوان دارند، به صورت در این مقاله

، ضریب اطمینان پایداری شیب های خاکی و همچنین جابجایی افقی در حالت استاتیکی Cتیپ تغییر در پارامتر 7و φغییر در پارامترت تیپ

، صحت افزایش ضریب اطمینان SNAILمورد بررسی قرار گرفت . با مقایسه ضریب اطمینان این برنامه با نرم افزار PLAXISدر نرم افزار

ده است.نیز نشان داده ش

PLAXIS ،SNAILکلمات کلیدی: مسلح کردن شیب ، ضریب اطمینان ، جابجایی ،

مقدمه

میخ کوبی به معنای تحکیم غیر فعال )بدون اعمال پیش تنیدگی(زمین می باشد که انجام این کار به کمک نصب میله های فوالدی )میخ ها(

دوغاب سیمان قرار می گیرند.با ادامه روند ساخت که به صورت رو به پایین انجام صورت می پذیرد. متعاقبا این میله ها به کمک تزریق در

از این می شود،یک الیه شاتکریت یا الیه بتنی نیز بر سطح حفاری اجرا می شود که پیوستگی میان میخ ها را برقرار می کند. به طور معمول

، ایمن ترین میخ کوبیروش ر آن رو به پایین می باشد استفاده می شود.تکنیک جهت تحکیم شیب ها و گودبرداری ها که عملیات حفاری د

خاکبرداری مرحله روش به صورت باشد. این میهای خاکی روش حفاظت از گود در مقایسه با سایر روش های تثبیت و پایدارسازی ترانشه

باشد. مرحله و سپس انجام عملیات خاکبرداری مرحله بعدی میبه مرحله و تثبیت هر مرحله از گود با استفاده از ردیف نیل های مربوط به آن

پذیرد.صورت ...ای و باشد که با توجه به شرایط اجرایی محل ممکن است خاکبرداری به روش های گوناگونی چون پلهالزم به ذکر می

2

1

3

میخ کوبیروش اجرای

ف آن به صورت زیر می باشد:روش اجرا به صورت مرحله ای از باال به پایین بوده و مراحل مختل

خاکبرداری

عملیات حفاری

نصبNail

تزریق دوغاب سیمان

نصبNail Head

معرفی پروژه:

فرضیات پروژه به این صورت است که :

از لحاظ موقعیت ، پروژه در استان گلستان ، شهر گرگان قرار گرفته است.

مشخصات هندسی گود:

ی وبا توجه به موقعیت پروژه و عمق استقرار شالوده، عمق نهایی خاکبرداری از سطح زمین طبیعی با احتساب ضخامت شالوده و کف سازی ر

.متر می باشد. موقعیت دیوار ترانشه به شرح جدول ذیل در نظر گرفته شده است 05/15آن در زمین تقریباً برابر

kN/m)2(سربار (m)سبت به تراز زیرشالوده یا سطح زمین ارتفاع دیواره گود ن موقعیت دیوار

10 10.5 سمت خیابان وکوچه

:مشخصات ژئوتکنیکی ساختگاه

با توجه به اطالعات موجود در گزارش ژئوتکنیک پروژه، مشخصات ژئوتکنیکی الیه های خاک به شرح جدول زیر در نظر گرفته شده

است.

Layer 1 الیه های خاک ویژگی مدل ژئوتکنیکی معرف رفتار

10.5-0 ضخامت الیه )متر(

μ=0.35 ضریب پواسون

2kN/m Es=11000مدول االستیسیته

3kN/m γ=19.3وزن مخصوص طبیعی

مشخصات هندسی گود -1جدول

مشخصات ژئوتکنیکی -2جدول

ساختگاه

مراحل اجرایی گود:

شده است. مراحل مختلف گودبرداری و کد ارتفاعی از مدل کردن گودبرداری با توجه به پیشرفت پروژه و در مراحل مختلف اجرایی مدل

تراز خیابان مطابق جدول زیر میباشد.

مراحل گودبرداری مقدار حفاری شده)متر( کدارتفاعی)متر(

1.5 1.5 1 3 1.5 2

4.5 1.5 3 6 1.5 4

7.5 1.5 5 9 1.5 6

10.5 1.5 7

مشخصات فنی بتن پاشی، نصب صفحه و مهره:

سانتیمتر همراه 15بتن پاشی یا شاتکریت با استفاده از پمپ مخصوص بتن پاش اجرا می گردد. دیواره شاتکریتی در دیوارهای گود به ضخامت

مگاپاسکال و حداکثر نسبت آب به سیمان 21در وسط آن در نظر گرفته شده است. مقاومت فشاری 15cm@8∅با یک الیه مش فوالدی

بعد از اجرای شاتکریت در محل هر یک از نیل ها یک صفحه فوالدی ، به عنوان مشخصات مورد نیاز شاتکریت در نظر گرفته شده است.4/5

تقال بار به شاتکریت نصب می گردد. در وسط این صفحه سوراخی تعبیه شده که سانتیمتر و ضخامت یک سانتیمتر برای ان 20×20به ابعاد

آرماتور نیل ها از داخل آن عبور کرده و با واشر اریب و مهره شش گوشه به صفحه متصل می شود.

مدل سازی پروژه

W=10 kn/m2

L=10 m

L=10 m

L=10 m

L=8 m

L=8 m

L=8 m

L=8 m

1 m

1.5 m

مرحله مراحل مختلف گودبرداری و کد ارتفاعی هر -3جدول

0.4 m

1.1m

10.5 m

مدل پروژه -1 شکل

15

ظرفیت برشی الیه پوششی

یکی از موضوعات مشترک در بررسی سازه های بتنی ،تمرکز نیروها می باشد، ظرفیت سر میخ خاک نسبت به شکست برشی باید بررسی

شود و می تواند به صورت زیر بیان شود.

𝑅𝐹𝑃 = 𝐶𝑃𝑉𝐹

𝑉𝐹 نیروی برشی وارد بر مقطع الیه و𝐶𝑃 .ضریب تصحیح می باشد

𝑉𝐹[𝐾𝑁] = 330√𝑓𝑐[𝑀𝑃𝑎] 𝜋 𝐷𝑐[𝑚]ℎ𝑐[𝑚]

𝐷𝑐 = 𝐿𝐵𝑃 + ℎ

که در معادله فوق:

𝐷𝑐 قطر موثر مخروط شکست در مرکز مقطعℎ𝑐 عمق موثر مخروط شکست

𝐿𝐵𝑃 طول صفحه تکیه گاه وℎ𝑐=h .می باشد

برای احتیاط یک در نظر گرفته می شود.( 𝐶𝑃ط پروژه ، محاسبات به این صورت می باشد:) ضریب با توجه به شرای

𝑉𝐹[𝐾𝑁] = 330√21 𝜋 (0.25 + 0.1)(0.1) = 166.19 ≈ 160

𝑅𝐹𝑃 = 1 ∗ 160 = 160 𝐾𝑁

مقاومت پیوند

قرار داده شد. 100𝐾𝑝𝑎مقدار مقاومت پیوند برابر ( FHWA0-IF-03-013براساس آیین نامه)

قطر چال

قطر چال بر اساس حداقل سازگاری با شرایط خاک، روش چالزنی ونصب وملزومات جلوگیری از فرسایش تخمین زده می شود. قطر اولیه

میلیمتر در نظر گرفته شد.155برای چال

برنامه های کامپیوتری استفاده شده برای طراحی دیوار های میخ کوبی

ب ها برنامه های متنوعی راجع به پایداری شی خاکی چندین برنامه کامپیوتری نوشته شده است.جهت طراحی و تحلیل میخ کوبی دیوارهای

وهمچنین SNAILباشد. در این مقاله از برنامه که قابلیت مدل سازی انواع گوناگون تسلیح خاک)نظیر میخ ها وانکرها(را دارند موجود می

استفاده شده است. PLAXISبرنامه

SNAILبرنامه

توسعه یافته است. این برنامه بر اساس تعادل حدی دو بعدی است که تنها تعادل 1991توسط سازمان حمل ونقل کالیفرنیا در SNAILبرنامه

بنابر این با وجودی که نیرو های داخلی در تعادل هستند، ولی تعادل گشتاور در این روش شبیه سازی نیروها را مد نظر قرار می دهد.

نمی شود. برنامه به کاربر اجازه می دهد تا فضایی را تعریف نموده تا جستجوی بحرانی ترین سطح شکست در این ناحیه جستجو گردد.به

سطح شکست به صورت 05گره مابین فاصله جستجویی که از پیش تعریف می شود صورت میگیرد و در هر گره 15طور عادی جستجو در

مورد اول را در صفحه نمایش می SNAIL 15عدد خواهد بود که 055ش می شود.از این رو تعداد کل صفحات آزمایش سعی و خطا آزمای

دهد و در فایل خروجی ذخیره می نماید.

PLAXISبرنامه

PLAXIS ئوتکنیک ژ یک برنامه کامپیوتری اجزای محدود است که به طور خاصی جهت تحلیل تغییر شکل و پایداری در پروژه های مهندسی

های وارد نمودن داده ها به صورت گرافیکی ساده این امکان را بوجود می آورد که مدل های پیچیده اجزا محدود به روند توسعه یافته است.

سرعت تولید و امکان ارائه نتایج محاسباتی به صورت تفصیلی و با سهولت بیشتری فراهم شود. موقعیت های واقعی ممکن است با کرنش

یا مدل متقارن محوری مدل سازی شوند. مسطح

PLAXISآنالیز با نرم افزار

همچنین ضریب اطمینان در حالتهای استاتیکی به صورت های ذیل مورد بررسی قرار گرفته است. دیوار و افقی در این پروژه جابه جایی

با ثابت نگه داشتن چسبندگی خاک و تغییر زاویه اصطکاک خاک -1

Layer 1 ویژگی مدل ژئوتکنیکی معرف رفتار الیه های خاک

𝜑=0° - 10° -15° -20°-25° - 30° - 40° - 50° اصطکاک داخلی خاک زاویه

kPa c= 10مقاومت چسبندگی خاک

با ثابت نگه داشتن زاویه اصطکاک خاک و تغییر چسبندگی خاک -2

Layer 1 ویژگی مدل ژئوتکنیکی معرف رفتار الیه های خاک

𝜑 =20° زاویه اصطکاک داخلی خاک

- kPa C = 0.01 - 5 - 15 - 20 - 25 - 30مقاومت چسبندگی خاک 40

،آورده شده است. PLAXISدر صفحه بعد دو نمونه از خروجی نرم افزار پلکسیس با حداکثر ضریب اطمینان حاصل از تحلیل

در حالت دوم 𝜑و Cمقادیر پارامتر -0جدول

در حالت اول 𝜑و Cمقادیر پارامتر -4جدول

میخکوبی دیوارهای مطالعه برایPLAXIS افزار نرم در شده ساخته های مدل از هایی نمونه

φو C=10و (S𝐹=3.05در حالت استاتیکی با جابه جایی افقیمیزان ، PLAXISخروجی گرافیکی برنامه -3شکل = 50)

φو C=40و (S𝐹=1.84در حالت استاتیکی با جابه جایی افقیمیزان ، PLAXISخروجی گرافیکی برنامه -2شکل = 20)

SNAILآنالیز با نرم افزار

می پردازیم. SNAILدر این قسمت به آنالیز ومدل سازی، برای بررسی ضریب اطمینان با استفاده از برنامه

( در برنامه وارد می شود.یادآوری می 1( وهمچنین ابعاد و اندازه ها بر اساس شکل )5اطالعات مربوط به پارامتر های خاک بر اساس جدول)

10شود که بار گذاری از فاصله یک متری پشت تاج دیوار با مقدار 𝐾𝑁

𝑚2 زاویه میخ ها ، 25∅شروع می شود.در این پروژه از میلگرد های با

متر ، فاصله میخ های افقی از یکدیگر برابر 1.0سانتیمتر و فواصل بعدی 45درجه وفاصله عمودی اولین میخ از سطح خاک برابر 10در خاک

متر می باشند. 8متر ومابقی دارای طول 15طول ردیف میخ ابتدایی دارای 3متر می باشد. طول میخ ها به این شرح است که: 1.0

تیپ چسبندگی

𝐾𝑃𝑎

زاویه اصطکاک

Degree

وزن مخصوص

𝐾𝑁𝑚3⁄

مقاومت پیوند

𝐾𝑃𝑎

1 10 0 19.3 100 2 10 10 19.3 100 3 10 15 19.3 100 4 10 20 19.3 100 5 10 25 19.3 100 6 10 30 19.3 100 7 10 40 19.3 100 8 10 50 19.3 100 9 0.01 20 19.3 100 10 5 20 19.3 100 11 15 20 19.3 100 12 20 20 19.3 100 13 25 20 19.3 100 14 30 20 19.3 100 15 40 20 19.3 100

انجام شد. نوع تحلیل براساس محاسبه ضریب اطمینان از پارامتر های : حد نهایی مقاومت چسبندگی ، مقاومت گسیختگی و ظرفیت برشی

تحلیل ها با ثابت نگه داشتن پارامتر چسبدگی خاک و متغیر قرار دادن زاویه اصطکاک داخلی خاک و همچنین بار دیگر با ثابت نگه داشتن

پارامتر زاویه اصطکاک داخلی خاک و متغیر قرار دادن چسبندگی خاک ادامه داده می شود. پس از پایان تحلیل مشخصات و خروجی های

آورده شده است.در هر دو شکل مقدار حداقل ضریب اطمینان به همراه 0و 4بررسی و دو نمونه از آن در شکل های SNAILی برنامه گرافیک

گوه گسیختگی مشخص شده است.

قی و فاصله به ترتیب فاصله اف 𝑆𝑣و 𝑆ℎتنش نهایی در مسلح کننده ، 𝐹𝑦معرف ظرفیت برشی الیه شاتکریت، 𝑃𝑠در سمت راست هر خروجی

یته سقائم میخ ها میباشد. در زیر این مقادیر، پارامتر های مربوط به هر تیپ خاک نشان داده شده است که به ترتیب از چپ به راست مقادیر دان

خاک ، زاویه اصطکاک داخلی خاک ، چسبندگی و مقاومت پیوند را نشان می دهد.

SNAILپارامتر های خاک در برنامه -5جدول

φ و SNAIL (C=40خروجی گرافیکی برنامه -4شکل = 20)

φ و SNAIL (C=10خروجی گرافیکی برنامه -0شکل = 50)

میخکوبی دیوارهای مطالعه برایSNAIL افزار نرم در شده ساخته های مدل از هایی نمونه

مقایسه نتایج وآنالیز حساسیت سنجی:

) مطابق جداول ذیل( این نتیجه حاصل گردید که در یک خاک با ثابت ماندن پارامتر چسبندگی خاک، φو cبا توجه به تغییر پارامترهای

هر اندازه زاویه اصطکاک داخلی خاک افزایش یابد از میزان جابه جایی افقی کاسته شده و همچنین ضریب اطمینان خاک نیز افزایش خواهد

ل روئیت است قاب ، ذکر شدهنتیجه ابت باشد و چسبندگی خاک افزایش یابد این دو یافت. و در حالتی که زاویه اصطکاک داخلی خاک ث

ولی با این توجه که اثر زاویه اصطکاک نسبت به چسبندگی بیشتر می باشد.

استاتیکیک

کاصط

ه ااوی

ز

کخا

ی خل

دا

پتی

ضریب اطمینان

(SF)

جایی افقی جابه

(cm)

φ=0° 1 کرد. collapse مرحله دوم

φ =10° 2 کرد. collapse مرحله پنجم

φ =15° 3 کرد. collapse مرحله هفتم

1.14 10.78 φ =20° 4

1.39 6.69 φ =25° 5

1.65 5.26 φ =30° 6

2.28 5.07 φ =40° 7

3.05 4.94 φ =50° 8

استاتیکی

کخا

ی دگ

سبنچ

پتی

ضریب اطمینان

(SF)

جایی افقی جابه

(cm)

C=0.01 kpa 9 کرد. collapse مرحله اول

1.004 26.57 C=5 kpa 10

1.30 7.93 C=15 kpa 11

1.39 7.38 C=20 kpa 12

1.51 6.75 C=25 kpa 13

1.61 6.30 C=30 kpa 14

1.84 5.68 C=40 kpa 15

(C= 10 kpa) ضریب اطمینان و میزان جابحایی خاک – PLAXISنتایج برنامه -7جدول

(φ =20°)ضریب اطمینان و میزان جابجایی خاک – PLAXISنتایج برنامه – 8جدول

در ادامه نیز چهار گراف رسم گردیده که صحت سقم موارد اشاره شده را به وضوح روی آن نشان داده ایم. الزم به یاد آوری است که از

تیپ آن همانطور که در گراف زیر مشخص است جواب الزم گرفته شده است. 0تیپ تغییر در پارامتر زاویه اصطکاک داخلی، تنها از 8

تیپ از این تغییرات جواب قابل قبول دریافت شده است. 5تیپ تغییر در پارامتر چسبندگی تنها 7همینطور از مجموع

0

2

4

6

8

10

12

0 10 20 30

(D)زاویه اصطکاک داخلی

نمودار در حالت زاویه اصطکاک داخلی متغیر

)cm

ی)افق

ی جای

به جا

انمین

اطب

ضری

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40

(Kpa)چسبندگی خاک

0

0.5

1

1.5

2

0 10 20 30 40(Kpa)چسبندگی خاک

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 10 20 30

(D)زاویه اصطکاک داخلی

نمودار در حالت چسبندگی متغیر

انمین

اطب

ضری

)cm

ی)افق

ی جای

به جا

SNAILو PLAXISمقایسه نتایج ضریب اطمینان

تیپ خاک از خروجی برنامه ها مقایسه شده که اختالف کم بین ضرایب، نشان از صحت 10ضریب اطمینان میزان 15و 9در جداول شماره

محاسبات انجام شده در هر دو برنامه می باشد.

(SFضریب اطمینان )

ک کا

صطه ا

اویز

کخا

ی خل

دا

پتی

Plaxis SNAIL

- 0.25 φ =0° 1

- 0.69 φ =10° 2

- 0.92 φ =15° 3

1.14 1.15 φ =20° 4

1.39 1.40 φ =25° 5

1.65 1.67 φ =30° 6

2.28 2.31 φ =40° 7

3.05 3.16 φ =50° 8

(SFضریب اطمینان )

کخا

ی دگ

سبنچ

پتی

Plaxis SNAIL

- 0.89 C=0.01 kpa 9 1.004 1.02 C=5 kpa 10

1.30 1.15 C=15 kpa 11

1.39 1.41 C=20 kpa 12

1.51 1.54 C=25 kpa 13

1.61 1.67 C=30 kpa 14

1.84 1.93 C=40 kpa 15

C=10 Kpaبا PLAXISو SNAILضریب اطمینان – 9جدول

φ با PLAXISو SNAILضریب اطمینان – 15جدول =20 °

مراجع

ابراهیم اژدری شبستری –دیوار های میخ کوبی شده -1

اردبیلی محقق دانشگاه مهندسی فنی ایران دانشکده ژئوتکنیک مهندسی ملی کنفرانس اولین -لنجانی،مازندرانی،یوسفی-2

رکزیمدانشگاه آزاد اسالمی واحد علوم وتحقیقات -بهینه سازی دیوارهای میخکوبی شده با استفاده از تحلیل عددی -3

1- Geotechnical Engineering Circular No.7 Soil Nail Wall - Report No. FHWA0-IF-03-017

2- PLAXIS, (2006), “Plaxis user manual”, Delft University of Technology & Plaxis BV, Delft, Netherlands

3- Elias, V. and Juran, I. (1988). “Draft Manual of Practice for soil nailing.” Prepared for us Departement of

Transportation, FHWA, Contract DTFH-61-85-c-0014