تعیین قابلیت اطمینان ضریب عکس‌العمل بستر از آزمایش‌های سه محوری خاک (مورد مطالعاتی: شهر کرمان)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی معدن، مکانیک سنگ، دانشگاه شهید باهنر کرمان

2 گروه مهندسی عمران، مکانیک خاک وپی، دانشگاه شهید باهنر کرمان

چکیده

ضریب عکس‌العمل بستر به طور گسترده‌ای در محاسبات پی سازه‌های مهندسی مورد استفاده قرار می‌گیرد. تعیین ضریب عکس‌العمل بستر یکی از مباحث مهم در بخش اندرکنش خاک- سازه است. عموماً مقادیری که برای این ضریب در طراحی پی و بحث بررسی احتمال خرابی سازه به کار برده می‌شود، به صورت قطعی و بدون در نظر گرفتن تحلیل قابلیت اطمینان هستند. در این مطالعه برای تعیین قابلیت اطمینان ضریب عکس‌العمل بستر از نتایج آزمایش‌های سه محوری که نتایج آنها در فرآیندهای طراحی پی سازه‌ها به کار می‌روند، استفاده شده است. برای تعیین احتمال شکست، ابتدا این ضریب از نتایج آزمایش‌های سه محوری انجام شده در آزمایشگاه استخراج شد. سپس نتایج حاصله با مقادیر ضریب عکس‌العمل بستر به دست‌آمده از آزمایش‌های بارگذاری صفحه‌ای انجام‌شده در محل مقایسه گردیدند. در تحلیل قابلیت اطمینان (برآورد احتمال شکست)، میزان تغییرات تابع هدف با تعیین نوع تابع توزیع و بهره‌گیری از تابع بقا مشخص شد. برای نیل به این هدف، تابع توزیع نتایج ضریب عکس‌العمل بستر حاصل از آزمایش سه محوری در چهار تنش جانبی مختلف (5/0، 7/0، 3 و 2/4 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع) و آزمایش بارگذاری صفحه‌ای ترسیم شدند. سپس با استفاده از تابع توزیع تجمعی و تابع بقا میزان احتمال شکست محاسبه گردیدند. مقایسه نتایج به دست‌آمده نشان داد که ضریب عکس‌العمل بستر از آزمایش سه محوری با احتمال شکست بیشتری نسبت به ضریب عکس‌العمل بستر از آزمایش بارگذاری صفحه‌ای می‌تواند در محاسبات طراحی سازه وارد شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Reliability analysis coefficient of subgrade reaction from triaxial tests results (Case study: Kerman city)

نویسندگان [English]

  • nahid rajae moghaddam 1
  • Hossin Tavakoli 1
  • Mohamad Hossine bagery purr 2
  • Mohamad Bahrami 2
1 1- Dept. of Mining, Shahid Bahonar University of Kerman, Iran
2 Dept. of Civil, Shahid Bahonar University of Kerman, Iran
چکیده [English]

Summary
Induced stresses and various instabilities and deformations are resulted due to stress concentrations around a longwall face. A considerable part of the induced stresses is transferred ahead of the face and onto the adjacent T–junctions and gate roadways, which creates a zone of high stress that advances with the face advancement. A nondestructive examination based on the Seismic Moment Tensor (SMT) inversion is presented to estimate the direction of principal induced stresses around active longwall panels. The E2 longwall panel at Tabas coal mine was selected as a case study.
 
Introduction
The induced stresses in front of the coalface can cause fractures to initiate and propagate, which in turn, lead to roof collapse. This phenomenon causes considerable problems in the face area and adjacent workings. The SMT solutions were presented for 24 seismic events at Tabas mine, which resulted in roof collapses and long delays in production. Most of the events occurred in the vicinity of the longwall face. The seismic waves generated during face advancement are used to estimate the SMTs through the process of SMT inversion.
 
Methodology and Approaches
SMT inversion is the best method to calculate SMT from the recorded seismic parameters. The trick in the SMT inversion is to use long–period (low frequencies) regional distance seismic waves. The source process can be reduced to a simple delta function in space and time. The wave propagation is also simplified because filtering regional seismograms to long–periods, results in waves that have only propagated in a few wavelength cycles that can be easily predicted using relatively simple 1D layered earth models. The mathematical code is developed in MATLAB software to estimate the best solution for SMT. The resulted SMTs are decomposed in terms of its principal axes based on the eigenvalues and the directions of the eigenvectors. The directions of the principal induced stresses are then obtained based on the eigenvalues and the corresponding eigenvectors.
 
Results and Conclusions
According to the results, it can be conceivable that roof falls similar to collapse of the immediate roof strata within the face area may be produced by compressive/tensile failure mechanisms, which is resulted from stress concentration and gravitational forces. These are in accordance with the directions of the principal induced stresses, which were obtained based on the eigenvalues and the corresponding eigenvectors. On the other hand, the shear failures are mainly resulted around the preexisting planes of weakness such as faults that intersected the coalface or excavation boundaries. In general, the maximum principal induced stress in all 24 events is mostly oriented with an acute angle with respect to horizon. This shows that the significant effect of horizontal induced stresses in occurrence of roof failures and face instabilities.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Coefficient of subgrade reaction
  • Triaxial test
  • Plat load test
  • Reliability
  • Statistical method
  • Probability of failure

تعیین ضریب عکس‌العمل بستر (Ks) در طراحی سازه‌ها از جمله مسائل مهمی بوده که از قرن نوزدهم توجه مهندسان ژئوتکنیک را به خود جلب نموده و بنا به اهمیت آن، پژوهشگران روابط همبستگی متعددی ارائه کرده‌اند. از طرفی به واسطه ماهیت غیر همگن خاک و عدم قطعیت در محاسبه این ضریب در طراحی پی‌ها، اتکا به تنها یک عدد به عنوان ضریب عکس‌العمل بستر منطقی به نظر نمی‌رسد. بر همین اساس استفاده از روش‌های ارزیابی قابلیت اعتماد که در مهندسی ژئوتکنیک جایگاه ویژه‌ای پیدا نموده است، مورد توجه قرارگرفته ‌است. به دلیل چند فازی بودن و هم‌چنین وجود متغیرهای ژئوتکنیکی وابسته به هم در خاک، برآورد واقعی و دقیق این پارامتر کار دشواری است.

مقدار Ks یکی از پارامترهای وابسته به ویژگی‌های الاستیک خاک که در محاسبه ظرفیت باربری و تخمین نشست پی‌های مستقر بر خاک یا سنگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ضریب به طور متداول با استفاده از آزمایش بارگذاری صحرایی در محل اجرای پی به دست می‌آید. از این‌رو اثر محیط خاک با سیستم ساده‌‌تری که در مسائل مربوط به اندرکنش خاک- سازه مدل می‌شود، جایگزین می‌گردد]1[. محققین تا کنون ضریب عکس العمل بستر را با استفاده از روابط همبستگی بین نتایج آزمایش سه محوری، CBR، تحکیم و رابطه‌های تئوریک و تجربی ارائه نمایند]2[. بدیهی است آزمایش‌های صحرایی می‌توانند به نتایج دقیق‌تری منتهی شوند. اما این نوع آزمایش‌ها هزینه بیشتری داشته و زمان‌بر هم هستند و در بسیاری موارد انجام آنها مشکل و بعضاً با توجه به شرایط محل مورد مطالعه غیرممکن می‌باشند. در همین راستا پژوهشگران سعی نموده‌اند با مقایسه نتایج آزمایش‌های صحرایی در محل و نتایج آزمایش‌های آزمایشگاهی بر روی نمونه‌های در مقیاس کوچک، رابطه‌ای برقرار نمایند. در این پژوهش جهت نیل به اهداف تعریف‌شده از لحاظ آماری، استفاده از نتایج آزمایش سه محوری به جای بارگذاری صفحه‌ای پیشنهاد و مورد بررسی قرارگرفت. خاک موجود در طبیعت به ندرت همگن، ایزوتروپیک (همسان‌گرد) است. هم‌چنین رفتار خاک تحت بارهای مختلف از بخش الاستیک عبور کرده و عمدتا رفتار الاستوپلاستیک از خود بروز می‌دهد. لذا روابط و نمودارهای همبستگی برای تخمین پارامترها و ویژگی‌های خاک در قضاوت مهندسی باید به کار گرفته شود ]3[.

[1]        Dutta, S. C., and Roy, R., (2002). “A Critical review on idalization and modeling for interaction among soil-foundaton structure system”. Computers and structures, Vol. 80, p.p. 1576-94.

[2]           Sadrekarimi, J. and Akbarzade Ghamari, M. (2009). “Comparative study of methods for determining coefficient of subgrade reaction, Journal of Civil Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, (1), 45-61(In Persian).

[3]           Braja M, Das. (2014). “Principles of Geotechnical Engineering”. 8th edition, Stamford, CT: Cengage.

[4]           Rabieivazriri, M., Kariminasab, S., Mohammadi, H.R., (2016). “Effects of probability distributions geological strength index in the analysis of geo-mechanical parameters of the rock mass”. Engineering Geology journal, 1 (10), pp., 3325-3350, (In Persian).

[5]           Johari, A., Zerangthani, F and Parvaz, M, P. (2011). “Unlimited earthen roof leak-free reliability analysis using a Jointed of variables distribution curve”. The Sixth National Congress of Civil Engineering, 26 and 27 April (In Persian).

[6]           Tang, X. S., Li, D. Q., Rong, G., Phoon, K. K., & Zhou, C. B. (2013). Impact of copula selection on geotechnical reliability under incomplete probability information. Computers and Geotechnics, 49, 264-278.‏

[7]           Wang, L., Hwang, J. H., Juang, C. H., & Atamturktur, S. (2013). Reliability-based design of rock slopes- a new perspective on design robustness. Engineering Geology, 154, 56-63.‏

[8]           Stock company of Technical and Soil Mechanics Laboratory. (2016). “Geology Report of Department of Technical and Soil Mechanics Laboratory of Kerman province”. )In Persian).

[9]           https://www.google.ro/maps/@30.2955642, 57.0767237, 13z, Accessed July 21, 2016.

[10]         Hussein, M. G. A. (2004). “Evaluations of Some elastic properties of cohesionless soil”. Kassem El-Samny. M. Cairo, Egypt, Department of Civil Engineering, Al-Azhar University.

[11]         Naeini, S.A., Ziaie Moayed, R. and Allahyari, F. (2014). “Subgrade Reaction Modulus (Ks) of Clayey Soils Based on Field Test”. Journal of Engineering, Vol.8, No.1, pp. 2021-45.

[12]         Vafaian, M. (1932).” Rock Mechanics”. Yazd: Iran University of Science and Technology, 87
(In Persian).

[13]         Taherzade Torbaty, M. Hajeyannia and Hodhidi, M. (2013). “Forecasts of p-y curve of PLT “International Conference of Civil Engineering, Architecture and urban sustainable development, 27 and 28 November 2013, Tabriz, Iran (In Persian).

[14]         Ajallonnieyan, R., & Sedaghat, M. (2015). “Application of Situ tests in geotechnical”. Publications (SID), Khatam Construction Headquarters (In Persian).

[15]         http://www.mathwave.com/help/easyfit/ html/analyses/fitting/manual.html. Accessed July 15, 2016.