چکیده

ضریب عکسالعمل بستر رابطه مفهومی بین فشار و تغییرشکل است که به طور وسیع در تحلیل سازهای اعضای پی مورد استفاده قرار میگیرد. این ضریب بوسیله آزمایشات متعددی چون آزمایش تحکیم ،سهمحوری ،بارگذاری صفحه و همچنین روابط تئوریک و تجربی که توسط برخی از محققین ارائه شده است تعیین می گردد.از میان روش های آزمایشگاهی روش مستقیم و آئیننامهای استفاده از نتایج آزمایش بارگذاری صفحه میباشد که بر اساس رسم نمودار بار-نشست ناشی از بارگذاری یک صفحه مربعی به بعد تقریبی ۳۳سانتیمتر(۱فوت) بر روی خاک بدست میآید.یکی از ایرادات وارد بر این آزمایش آن است که انجام آن در اعماق پایینتر از سطح زمین بسیار مشکل و همچنین در این روش ضخامت بسیار محدودتری از خاک در مقایسه با یک پیگسترده واقعی تحت تاًثیر قرار میگیرد لذا همواره باید با استفاده از روابط موجود نتایج حاصل از آزمایش بارگذاری صفحه به پیهایی با اندازه واقعی تعمیم داده شود که این امر خود مستلزم آگاهی از روند تغییرات ضریب عکسالعمل بستر با افزایش ابعاد ناحیه بارگذاری میباشد.با توجه به یکسان بودن مکانیسم آزمایش CBR و بارگذاری صفحه میتوان بواسطه ایجاد همبستگی بین آنها با انجام آزمایش CBR به نتایج آزمایش بارگذاری صفحه دست یافت ،از اینرو در این تحقیق سعی شده است روند تغییرات ضریب عکسالعمل بستر با افزایش ابعاد پیستون بارگذاری در فضای محصور شده آزمایش CBR از طریق مدل سازی عددی بوسیله نرمافزار ABAQUSمورد بررسی قرار گیرد و نهایتاً روشی جهت تعیین ضریب عکسالعمل بستر از نتایج آزمایش CBR ارائه میگردد.

واژههای کلیدی: آزمایش بارگذاری صفحه))PLT، نسبت باربری کالیفرنیا))CBR، مدول الاستیسیته خاک))E، ضریب عکس العمل بستر )Ks( ،روش اجزاء محدود))FEM

-۱ مقدمه

عکس العمل ما بین خاک و فنداسیون یکی از مهمترین مسائل در علم مکانیک خاک می باشد. در رابطه با این موضوع مهمترین مسئله تخمین فشار تماسی و نشست حاصل از آن می باشد که به دلیل چند فازی بودن خاک و همچنین وجود متغیرهای وابسته به هم، برآورد دقیق و واقعی مجهولات مسئله حتی با دانش امروزی نیز کاری دشوار میباشد.

در نیمه اول قرن بیستم مقالاتی چاپ شدند که مقادیر غیر واقعی برای ضریب عکس العمل بستر ارائه میدادند و مهندسان تصور میکردند که این ضریب برای بستر مفروض و معلومی، دارای مقدار عددی معین و واحدی است اما ترزاقی در مقاله جامع خود تاثیر فاکتورهای موثر بر Ks را مورد بررسی قرار داد و بیان کرد که Ks جزء مشخصات ذاتی خاک نمی باشد که علاوه بر

۱

International Conference on Civil Engineering Architecture & Urban Sustainable Development 18 &19 December 2013, Tabriz , Iran

وابستگی به مشخصات الاستیک بستر به مشخصات هندسی سیستم انتقال بار و حتی نوع بار وارده نیز وابسته است.((۱ از آن زمان به بعد این مساله به تفصیل مورد بررسی قرار گرفت و روابط متعددی توسط محققان مختلف ارائه شد که برخی از این روابط تجربی و برخی نیز از مدل الاستیک پیوسته بدست آمده اند. تعدادی از این روابط در جدول ۱ ارائه شده است.

جدول :۱ روابط تجربی و تئوریک محاسبه ضریب عکسالعمل بستر
رابطه ارائه شده نام محقق شماره رابطه ارائه شده

رابطه

(  ) ( s (1 S E K 4 E B 12 0.63E Ks 

 S Vlassov 5 S S
2B ( )(1 ۲v (1 v
EI ( 2 B(1  v
S S

S

۱ E 0.108 4

۱٫۱۳  S K Kameswara 6  S B E  S 0.95E  K
2
A ( (1 v Rao  ۲  ۲ s

s  )EI (1 v  ( B(1 v
s S

S 2E  S K Klopple 7 S 0.65E  S K

( v B(1 and Glock ( 2 B(1 v

S s
S 4E  S K – 8 S E  S K
2
v D(1 ( ۲ B(1  v
( S
S

نام محقق ×شماره
×رابطه

Vesic 1

Biot 2
Elvadurai 3
Meyerhof
and 4
Baike

در تمامی روابط Es مدول الاستیسیته خاک ،νs نسبت پواسون ،D قطر صفحه بارگذاری در آزمایش بارگذاری صفحه ،B عرض پی ،A مساحت صفحه بارگذاری ،EI صلبیت خمشی شالوده ، Ks ضریب عکس العمل بستردر زیر شالوده بر حسب نیرو بر مکعب طول و μ ضریب بدون بعدی است که برابر است با نسبت حجم توده خاک به طول .

در حالت کلی روش های تعیین ضریب عکس العمل بستر (Ks) شامل آزمایش تحکیم، سه محوری ،بارگذاری صفحه می باشد.((۲ از بین این روش ها استفاده از نتایج آزمایش بارگذاری صفحه از متداول ترین روش ها بوده و بیش از بقیه کاربرد دارد.((۳ بدیهی است که آزمایشات برجا اصولاً به نتایج دقیق تری منتهی می شوند ولی این نوع آزمایشات هزینه بالاتری داشته و زمان بیشتری تحمیل خواهند کرد و در بسیاری از موارد انجام آنها مشکل و یا حتی غیر ممکن میباشد. در همین راستا بسیاری از محققین سعی نمودند با مدل کردن آزمایشات برجا در آزمایشگاه بین نتایج آنها ارتباطی برقرار کنند .در این تحقیق سعی شده است ابتدا با انجام آزمایشات متعدد بارگذاری صفحه برجا و تحلیل نتایج آن ضریب عکس العمل خاک تعیین گردد و با توجه به یکسان بودن مکانیسم آزمایش بارگذاری صفحه و CBR از طریق بازسازی خاک تحت آزمایش بارگذاری صفحه در قالب آزمایش CBR و انجام این آزمایش و همچنین با مدل سازی عددی آزمون CBR با قطر پیستون بارگذاری متفاوت به بررسی اثر این پارامتر بر ضریب عکسالعمل پرداخته و نهایتاً رابطهای جهت تعیین مقدار Ks ارائه گردد.

-۲ تحقیقات گذشته
تاکنون تحقیقات بسیار اندکی برروی همبستگی میان ضریب عکس العمل بستر((Ksو نتایج آزمایش CBR و همچنین تغییرات ضریب عکسالعمل بستر با افزایش ابعاد ناحیه بارگذاری در فضای محصور شده آزمایش CBR انجام شده است.((۴ یکی از پارامترهای تاثیر گذار در برآورد ضریب عکس العمل بستر (Ks) ،مدول الاستیسیته (E)میباشد که اگر برآورد صحیحی از این پارامترنداشته باشیم مسلماًَ ضریب عکس العمل بستر بدست آمده چندان قابل اطمینان نمیباشد. جهت برآورد مدول الاستیسیته و ضریب عکس العمل بستر از عدد CBR روابطی توسط برخی محققین ارائه شده است که از جمله آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد.