اثر طول و فاصله لایه های ژئوگرید بر عملکرد دیوار حائل خاک مسلح با استفاده از روش اجزای محدود

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار/دانشگاه صنعتی شریف

2 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه/ دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

این مقاله به بررسی جزئیات مدل‏سازی دیوار حائل خاک مسلح ژئوگریدی با استفاده از نرم­افزار اجزای محدود به صورت کرنش مسطح و در فضای دو بعدی پرداخته است. در این تحقیق، در مدل‏سازی رفتار خاک از مدل موهر- کولمب استفاده شده است و مدل رفتاری لایه‏های ژئوگرید نیز به صورت الاستیک خطی در نظر گرفته شده است. به منظور اعتبارسنجی مدل، از داده­های حاصل از سنسور­گذاری در یکی از دیوار­های پروژه­ای در توسان ایالت آریزونا در آمریکا استفاده شده است. کرنش­های افقی در لایه­های ژئوگرید و کرنش­های قائم و افقی خاک در ارتفاع­های مشخصی از این دیوار با استفاده از نرم­افزار محاسبه شده­اند. نتایج عددی تطابق خوبی با نتایج واقعی اندازه­گیری شده دارند. در ادامه، با تغییر چیدمان لایه­های ژئوگرید و تغییر طول این لایه­ها، میزان جابه­جایی رأس دیوار و بیشینه نیروی ایجاد شده در لایه­های ژئوگرید مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان می­دهد که با تغییر طول و فاصله بین لایه­ها می­توان به طراحی اقتصادی­تری نسبت به نتایج حاصل از روش تعادل حدی دست یافت. همچنین، این نتیجه به‏دست آمد که لایه­های زیرین ژئوگرید نسبت به سایر لایه­ها بیشترین تأثیر را در جابه­جایی راس دیوار دارند و از این رو طراحان باید در این قسمت از تعداد لایه‏های بیشتری استفاده کنند. این تحقیق نشان می­دهد که روش اجزای محدود روش مناسبی برای مدل‏سازی دیوار­های حائل خاک مسلح، پیش­بینی رفتار آنها و رفع نواقص داده­های حاصل از سنسور­گذاری است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Length and Distance between the Geogrid Layers on the Performance of MSE Wall Using Finite Elements Method

نویسندگان [English]

  • vahab toufigh 1
  • helda pahlevani 2
1 assistant professor/ sharif university of technology
2 M.Sc. student in structural engineering/ Sharif University of Technology
چکیده [English]

    This paper investigates the details of two-dimensional finite elements modeling of geogrid mechanically stabilized earth wall in plain strain conditions. In this research, Mohr-Coulomb model was used for backfill soil, and geogrid layers were modeled as an isoperimetric linear elastic material. Measured data from an instrumented wall in Tucson, AZ, USA, were used to verify the model. Horizontal strains in geogrid layers and horizontal and vertical strains in individual elevations of backfill soil were obtained from the software. Results were in good agreement with the reference ones. Then, the finite elements model was used to investigate the effects of length and location of geogrid layers on wall deformation and loads in reinforcement layers. Based on the results, an economic design can be successfully performed by changing the length and location of geogrid and this is only possible by finite elements analysis. Moreover, it was achieved that lower geogrid layers had the highest effect on displacement of wall and designers should use more layers at the bottom of the wall. This research showed that finite elements method is an appropriate approach for modeling of MSE walls, predicting of their behavior and resolving defects of the measured data from installation of sensors

کلیدواژه‌ها [English]

  • Retaining wall
  • geogrid
  • Mohr-Coulomb model
Berg, R. R., Bonaparte, R., Anderson, R. P. and Chouery, V. E. 1986. “Design, Construction and Performance of Two Geogrid Reinforced Soil Retaining Walls”. Proceedings of the Third International Conference on Geotextiles, PP. 401-406.
Bolton, M. D. 1986. “The strength and dilatancy of sands”. Géotechnique, 36(1): 65-78.
Damians, I. P., Bathurst, R. J., Josa, A. and Lloret, A. 2014. “Numerical analysis of an instrumented steel-reinforced soil wall”. Int. J. Geomech., 15(1): 04014037.
Das, B. M. 2015. “Principles of Foundation Engineering”. Cengage Learning, Stamford, CT, USA.
El-Hoseiny, K.E. 1999. “Analysis of field Tensar retained wall with DSC model and FEM”. PhD Dissertation, Dept. of Civil Eng. and Eng. Mech., University of Arizona, Tucson, Arizona, USA.
Fannin, R. J. and Hermann, S. 1990. “Performance data for a sloped reinforced soil wall”. Can. Geotech. J., 27(5): 676-686.
Federal Highway Administration (FHWA). 1989. “Tensar geogrid-reinforced soil wall”. Experimental Project No. 1, Ground Modification Systems, FHWA-EP-90-001-005, Washington, D. C.   
Fishman, K. L. and Desai, C. S. 1991. “Response of a geogrid earth reinforced retaining wall with full height precast concrete facing”. Proceedings of  Geosynthetics Conference, Atlanta, Georgia, USA. 2: 691-700.
Gray, D. H. and Ohashi, H. 1983. “Mechanics of fiber reinforcement in sand”. J. Geotech. Eng., 109(3): 335-353.
Hussein, M. G. and Meguid, M. A. 2013. “Three-dimensional finite element analysis of soil-geogrid interaction under pull-out loading condition”. Proceedings of GeoMontreal, 66th Canadian Geotechnical Conference, Canadian Geotechnical Society, Montreal, Quebec, Canada, PP. 452-458.
Kokutse, N., Fourcaud, T., Kokou, K., Neglo, K. and Lac, P. 2006. “3D numerical modelling and analysis of the influence of forest structure on hill slopes stability”. In: Marui Hea (Ed.), Interpraevent 2006: Disaster Mitigation of Debris Flows, Slope Failures and Landslides, Niigata, Japan, PP. 561-567.
 Liu, H. L., Ng, C. W. and Fei, K. 2007. “Performance of a geogrid-reinforced and pile-supported highway embankment over soft clay: Case study”. J. Geotech. Geoenviron. Eng., 133(12): 1483-1493.
Ouria, A., Toufigh, V., Desai, C., Toufigh, V. and Saadatmanesh, H. 2016. “Finite element analysis of a CFRP reinforced retaining wall”. Geomech. Eng., 10(6): 757-774.
Pepper, D. W. and Heinrich, J. C. 2005. “The Finite Element Method: Basic Concepts and Applications”. CRC Press.
Rowe, R. K. and Ho, S. K. 1992. “A review of the behavior of reinforced soil walls”. International Symposium on Soil Reinforcement, Kyushu, November, PP. 47-76.
Toufigh, V. 2012. “Experimental and analytical studies of geo-composite applications in soil reinforcement”. PhD Dissertation, Dept. of Civil Eng. and Eng. Mechanics, University of Arizona, Tucson, Arizona, USA.
Vermeer, P. A. and De Borst, R. 1984. “Non-associated plasticity for soils, concrete and rock”. HERON, 29(3): 163-195.
Vidal, H. 1960. “The development and future of reinforced earth”. Keynote address, Symposium 36 on Earth Reinforcement, ASCE Annual Convention, Pittsburgh, PA.
Wu, J. T. 1992. “Predicting performance of the Denver walls: General report”. Proceedings of the International Symposium on Soft Geosynthetic-Reinforced Soil Retaining Walls, Balkema AA.
Yoo, C. and Jung, H. Y. 2006. “Case history of geosynthetic reinforced segmental retaining wall failure”. J. Geotech. Geoenviron. Eng., 132(12): 1538-1548.
Yu, Y., Bathurst, R. J. and Allen, T. M. 2016. “Numerical modeling of the SR-18 geogrid reinforced modular block retaining walls”. J. Geotech. Geoenviron. Eng., 142(5): 04016003.
Zienkiewicz, O. C., Humpheson, C. and Lewis, R. W. 1977. “Discussion: Associated and non-associated visco-plasticity and plasticity in soil mechanics”. Géotechnique, 27(1): 101-102.