مقایسه روش‌های موجود برای تعیین ظرفیت باربری نهایی پی‌های سنگی و اعتبارسنجی آنها بر اساس ظرفیت واقعی اندازه گیری شده

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی معدن، دانشکده مهندسی، دانشگاه کردستان

چکیده

با افزایش نیاز به طراحی و ساخت بناهای سطحی نظیر سدها، پل‌ها و دیگر سازه‌های سنگی و بتنی، تعیین ظرفیت باربری نهایی شالوده از اهمیت قابل توجهی برای مهندسین معدن، مکانیک سنگ و ژئوتکنیک برخوردار است. با توجه به اینکه که بستر اکثر سازه‌های سطحی را توده‌های سنگ تشکیل می‌دهد لذا طراحی موفق یک شالوده به تخمین دقیق ظرفیت باربری توده‌سنگ زیر آن وابسته است. بر همین اساس، تعیین ظرفیت باربری نهایی توده‌سنگ با استفاده از روش‌های برجا، تحلیلی، عددی و تجربی توسط پژوهشگران مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف از تحقیق حاضر، انتخاب دقیق‌ترین روش از بین روش‌های موجود برای تعیین ظرفیت باربری نهایی توده‌سنگ است. بر اساس داده‌های واقعی گردآوری شده از منابع معتبر، ظرفیت باربری نهایی در هر کدام از روش‌های موجود محاسبه و نتایج حاصله با همدیگر مقایسه شده است. مقایسه و اعتبارسنجی روش‌های موجود با استفاده از شاخص‌های ارزیابی عملکرد شامل ضریب همبستگی، ضریب تصمیم‌گیری، جذر میانگین مربعات خطا و میانگین خطای مطلق صورت گرفته است. بر اساس نتایج حاصل از این مقایسه، اولویت‌بندی روش‌های موجود بر مبنای کم‌ترین خطا و بیش‌ترین تطابق با مقادیر واقعی انجام و مناسب‌ترین روش‌ها برای تعیین ظرفیت باربری نهایی توده‌سنگ پیشنهاد شده است. از مهم‌ترین مزایای این پژوهش می‌توان به اعتبار سنجی روش‌های تخمین ظرفیت باربری نهایی توده‌سنگ و تعیین دقیق‌ترین روابط اشاره کرد که بر اساس شرایط حاکم بر مسئله در اختیار طراحان قرار گرفته و باعث صرفه‌جویی در هزینه و زمان می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Comparing the available methods to determine the ultimate bearing capacity of rock foundations and verification based on the measured bearing capacity

نویسندگان [English]

  • Mohammad Rezaei
  • Shima Latifi
Dept. of Mining, Faculty of Engineering, University of Kurdistan, Iran
چکیده [English]

Summary
In this research, the capability of the available methods to estimate the ultimate bearing capacity of rock mass is evaluated based on the statistical performance evaluation indices and measured collected data from the reliable literatures. Accordingly, the most appropriate methods are determined based on the minimum error and maximum conformity with the measured values and proposed to practically estimation of the ultimate bearing capacity of rock mass in engineering projects. Research findings can be successfully utilized by designers according to the governing conditions on the problem that help to save the cost and time in the understudied projects.
 
Introduction
Although design of foundations resting on rock masses is usually controlled by the settlement criterion, the bearing capacity of rock mass must be estimated to evaluate the stability. Therefore, in order to provide an efficient design of a foundation, it is crucial to estimate the bearing capacity of rock mass beneath it. There are four most usually used methods to estimate the bearing capacity of rock mass including codes, analytical, empirical and in-situ methods. Each of these approaches has some shortages in determining the ultimate bearing capacity. Thus, determination of the precise method to determine the bearing capacity is required in order to successfully implementation of the related projects.
 
MethodologyandApproaches
Statistical performance evaluation indices were used to compare and verify the available methods for determining the ultimate bearing capacity of rock masses. These indices are correlation coefficient (R), determination coefficient (R2), root mean square error (RMSE) and mean absolute error (MAE). For this purpose, the sufficient in-situ datasets were firstly collected from the literatures. Then, the above indices are computed for nine available methods. Finally, prioritization of the available methods were performed according to the calculated indices and obtained related graphs.
 
ResultsandConclusions
The main results and conclusions of this research can be summarized as follows:
1-       According to the R and R2 indices, the most precise methods are LGP1, Goodman2 and LGP2.
2-         Based on the RMSE index, the most precise methods are LGP1, LGP2 and Bowles.
3-         On the basis of the MAE index, the most precise methods are LGP1, LGP2 and Bowles.
4-       The research results can be utilized for engineering applications and also for future researches to overcome the existing shortcoming of the available methods.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "Rock mass"
  • "Foundation"
  • "Ultimate bearing capacity"
  • "Comparative analysis"
[1]           Das, B. M., (1995), Principles of foundation engineering, 3rd edition, Boston: PWS Publishing.
[2]           Chen, W., & Duan, L., (1999), Bridge engineering handbook, New York: CRC Press.
[3]           Lo, K. Y., & Hefny, A. M., (2001), Foundations on rock, In: Rowe RK, editor. Geotechnical and geoenvironmental engineering handbook, Berlin Heidelberg: Springer, pp. 305–332.
[4]           Tajeri, S., Sadrossadat, E., & Bolouri Bazaz, J., (2015), Indirect estimation of the ultimate bearing capacity of shallow foundations resting on rock masses, International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 80, pp. 107–117.
[5]           Becker, D. E., & Moorel, D., (2006), Canadian Foundation Engineering Manual, 4th Ed. Canadian Geotechnical Society.
[6]           Look, B. G., (2007), Handbook of Geotechnical Investigation and Design Tables, London: Taylor and Francis.
[7]           Kulhawy, F. H., & Goodman, R. E., (1980), Design of foundations on discontinuous rock, In Proceedings of the International Conference on Structural Foundations on Rock, International Society for Rock Mechanics, pp. 209–220.
[8]           Zhang, L., & Einstein, H., (1998), End bearing capacity of drilled shafts in rock, J Geotech Geoenviron Eng. 124, pp.574–584.
[9]           Bowles, J. E., (1997), Foundation analysis and design, 5th Ed. New York: McGraw-Hill.
[10]         Terzaghi, K., (1946), Rock defects and loads on tunnel supports, In: Proctor RV, White TL, editors, Rock tunneling with steel supports, Youngstown, OH: Commercial Shearing and Stamping Co, pp. 17-99.
[11]         Sowers, G. F., (1979), Introductory soil mechanic sand foundations: geotechnical engineering, 4th Ed. New York: Macmillan.
[12]         Goodman, R. E., (1989), Introduction to rock mechanics, 2nd Ed. New York: Wiley.
[13]         Bell, F. G., (1994), Engineering in Rock Masses, New York: Butterworth-Heinemann.
[14]         Vafaeian, M., (2011), Engineering Properties of Rocks, 3th Ed. Arkan Danesh publisher, pp. 446 (In Persian).
[15]         Alavi, A. H., & Sadrossadat, E., (2016), New design equations for estimation of ultimate bearing capacity of shallow foundations resting on rock masses, Geoscience Frontiers 7, pp. 91-99.
[16]         Bieniawski, Z. T., (1989), Engineering rock mass classifications: a complete manual for engineers and geologists in mining, civil, and petroleum engineering, New York: Wiley.
[17]         Hirany, A., Kulhawy, F. H., (1988), Conduct and interpretation of load tests on drilled shaft foundations: detailed guidelines, Palo Alto: Electric Power Research Institute.
[18]         Zhang, L., Einstein, H., (1988), End bearing capacity of drilled shafts in rock, J Geotech Geoenviron Eng. 124, pp. 574–584.
[19]         Ziaee, S. A., Sadrossadat, E., Alavi, A., Mohammadzadeh Shadmehri, D., (2014), Explicit formulation of bearing capacity of shallow foundations on rock masses using artificial neural networks: application and supplementary studies, Environ Earth Sci. pp. 1–15.
[20]         Prakoso, W. A., (2002), Reliability-based design of foundations on rock masses for transmission line and similar structures, Cornell University.