برآورد پارامترهای مقاومتی بستر نمکی تثبیت شده با سیمان و پسماند صنعتی با روش اجزای محدود

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 Payame Noor University

2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه پیام نور، ص. پ. 3697-19395، تهران، ایران

3 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه پیام نور، ص. پ. 3697-19395، تهران، ایران،

چکیده

خاک­های نمکی یکی از انواع خاک‏های مسئله­دار هستند که در برابر پدیده­های انحلال و تورم بسیار آسیب­پذیر می­باشند. این نوع خاک در بسیاری از نقاط کشور ایران مشاهده شده و به عنوان بستر راه­ها مورد استفاده قرار گرفته است. برای بهبود خصوصیات مقاومتی بسترهای نمکی، معمولاً از روش‏های گوناگون اعم از تثبیت شیمیایی استفاده می‏شود و خصوصیات ژئوتکنیک بسترهای نمکی تثبیت­شده، با آزمایش‏های صحرایی و آزمایشگاهی ارزیابی می­گردد. اما، برآورد بعضی پارامترهای اصلی مورد نیاز برای طراحی راه، مانند ضریب برجهندگی، منوط به استفاده از آزمایش‏های سه­محوری سیکلی است که نیاز به صرف هزینه و زمان قابل توجه دارد. هدف این تحقیق، بررسی اثر بارهای رفت و برگشتی ترافیکی بر مصالح بستر نمکی تثبیت­شده با سیمان و پسماند کربناته، با مدل‏سازی پارامتر ضریب برجهندگی در محیط اجزای محدود، می‏باشد. خاک نمکی پایه این تحقیق، با درصدهای مختلف سیمان پرتلند تیپ 2 و یک نوع پسماند کربناته، بدون عمل‏آوری و یا عمل‏آوری شده با دو روش مختلف تثبیت تهیه شده و آزمایش‏های مقاومتی مانند برش مستقیم، مقاومت فشاری تک‏محوری محدود نشده و نسبت باربری کالیفرنیا (CBR) روی نمونه‏ها انجام شده است. پارامترهای مقاومت برشی حاصل شده، در مدل‏سازی پارامتر ضریب برجهندگی مورد استفاده قرار گرفت. با توجه به ماهیت بارگذاری ترافیکی و نوع آزمون، پس از بررسی مدل‏های رفتاری گوناگون، مدل رفتاری خاک سخت­شونده کرنش کوچک برای این تحلیل برگزیده شد. پس از انجام مراحل مدل‏سازی، شامل تعیین مقادیر پارامترهای مدل و توسعه (ساخت) و اجرای مدل، تحلیل نتایج نشان داد که پارامتر ضریب برجهندگی، با مجموع تنش‏های اصلی محوری و محدودکننده رابطه نمایی دارد. وابستگی ضرایب مدل نیز با استفاده از تحلیل‏های رگرسیونی چندمتغیره تعیین و ارائه گردید. همچنین، رابطه همبستگی ضریب برجهندگی و نسبت باربری کالیفرنیا ارائه شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Estimation of Strength Parameters of Saline Subgrade Stabilized by Cement and Industrial Waste Using Finite Element Method

نویسندگان [English]

  • Amin Falamaki 1
  • MahmoudReza Keymanesh 2
  • Hadi Ghodrat 3
1 Department of Civil Engineering, Payame Noor University (PNU), P.O. Box 19395-3697, Tehran, Iran
2 Department of Civil Engineering, Payame Noor University (PNU), P.O. Box 19395-3697, Tehran, Iran
3 Department of Civil Engineering, Payame Noor University (PNU), P.O. Box 19395-3697, Tehran, Iran
چکیده [English]

Saline soils are one of the types of problematic soils which are very vulnerable to dissolution and swelling phenomena. This type of soil has been observed in many parts of Iran and has been used as road subgrade. To enhance the resistance properties of salt beds, various methods are usually used, including chemical stabilization, and the geotechnical properties of stabilized salt beds are evaluated with field and laboratory tests. However, estimation of some main parametersو required for road design, such as modulus of resilience, is dependent on the use of three-dimensional cyclic tests, which requires spending considerable time and cost. This article’s aim is to investigate the traffic loads effect on saline soil subgrade stabilized with cement and carbonated waste, by modeling the modulus of resilience parameter via finite elements method. The natural saline soil of this research was stabilized with different percentages of type 2 Portland cement and a type of carbonated waste, without treatment or treated with two different stabilization methods. Then, several resistance tests such as direct shear test, unconfined uniaxial compressive strength and California bearing ratio (CBR) were done on the samples. The obtained shear strength parameters were used in the modeling of the modulus of resilience. Considering the inherence of traffic loading and the type of test, after examining various soil constitutive models, the small strain hardening soil constitutive model was chosen for this analysis. After performing the modeling steps, including determining the model parameters, developing and running the model, analysis of the results showed that modulus of resilience has exponential relationship with the sum of the main axial and confining stresses. The model coefficients’ relationship was determined and shown using multiple regression analyses. Also, the correlation between modulus of resilience and California bearing ration (CBR) are presented.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Saline subgrade
  • Stabilization
  • Industrial waste
  • Modulus of resilience
  • Finite element method

مراجع

Iran Highway Asphalt Paving Code, No. 234. 2013. Asphalt Institute of Iran. (In Persian).
AASHTO T307-99. 2007. “Standard method of test for determining the resilient modulus of soils and aggregate materials”. Standard specifications for transportation materials and methods of sampling and testing, Washington, D. C.
ASTM D422-63(2007)e2. 2016. “Standard test method for particle-size analysis of soils (withdrawn 2016)”.
ASTM D2166/D2166M-16. 2016. “Standard test method for unconfined compressive strength of cohesive soil”.
Budhu, M. 2020. “Soil mechanics and foundations”. 3rd edition, New York: Wiley,761 p.
Chen, R. P., Zhang, P. K., Xin, Z., Z. Q., Liu, Y. and Wu, H. N. 2019. “Prediction of maximum surface settlement caused by earth pressure balance (EPB) shield tunneling with ANN methods”. Soils Found., 59(2), 284-295.
Dahnke, W. C. and Whitney, D. A. 1988. “Measurement of soil salinity”. Recommended Chemical Soil Test Procedures for the North Central Region, 499: 32-34.
Ghanbarian, M. A. 2016. “Structural analysis of the Konarsiah and the Mangerak salt domes and its influence in ground water contamination, Zagros foreland folded belt, SW Iran”. Int. J. Environ. Sci., 7(1): 70-82. https://doi.org/10.6088/ijes.7007
Ghorbani, A. and Hasanzadehshooiili, H. 2018. “Prediction of UCS and CBR of microsilica-lime stabilized sulfate silty sand using ANN and EPR models; Application to the deep soil mixing”. Soils Found., 58(1): 34-49.
Ghorbani, B., Sadrossadat, E., Bazaz, J. B. and Oskooei, P. R. 2018. “Numerical ANFIS-based formulation for prediction of the ultimate axial load bearing capacity of piles through CPT data”. Geotech. Geol. Eng., 36: 2057-2076.
Ghorbani, B., Arulrajah, A., Narsilio, G., Horpibulsuk, S. and Bo, M. W. 2020. “Development of genetic-based models for predicting the resilient modulus of cohesive pavement subgrade soils”. Soils Found., 60(2): 398-412.  https://doi.org/10.1016/j.sandf.2020.02.010
Green, J. L. and Hall, J. W. 1975. “Non- destructive vibratory testing of airport pavement: Experimental tests results and development of evaluation methodology and procedure”. FAA-RD-73-205, Federal Aviation Administration, Washington D.C.
Hajj, E. Y., Thavathurairaja, J., Stolte, S., Sebaaly, P. E., Piratheepan, M. and Motamed, R. 2018. “Resilient modulus prediction models of unbound materials for Nevada”. Technical Report, Nevada Department of Transportation.
Heukelom, W. and Foster, C. R. 1960. “Dynamics Testing of Pavements”. ASCE, J. Struct. Div., 86(1).
Heukelom, W. and Klomp, A. J. G. 1962. “Dynamic testing as a means of controlling pavement during and after construction”. Proceedings of the 1st International Conference on the Structural Design of Asphalt Pavement, Ann Arbor, Michigan, 20-24 August 1962, pp. 667-685.
Janbu, N. 1963. “Soil compressibility as determined by oedometer and triaxial tests”. Proceedings of European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering (ECSMFE), Wiesbaden, 1: 19-25.
Jayawardana, P., Thambiratnam, D. P., Perera, N., Chan, T. and De Silva, G. S. 2019. “Use of artificial neural network to evaluate the vibration mitigation performance of geofoam-filled trenches”. Soils Found., 59: 874-887.
Keymanesh, M. R., Falamaki, A. and Ghodrat, H. 2022. “Feasibility study of petrochemical waste and cement usage for saline road subgrade stabilization”. Baltic J. Road Bridge Eng., 17(2): 185-212. https://doi.org/10.7250/bjrbe.2022-17.565
Kumar, P., Dilip, D. and Babu, G. L. S. 2014. “Critical appraisal of correlations between CBR and subgrade modulus”. J. India Roads Congress, pp. 15-23.
Muthu Lakshmi, S., Ragapriya, M., Sindhoora, K. and Udhayatharini, N. 2019. “Establishment of correlation between CBR and resilient modulus of subgrade”. SSRG Int. J. Civ. Eng., 6(5): 44-49.  https://doi.org/ 10.14445/23488352/IJCE-V6I5P107
Puppala, A. J., Mohammad, L. N. and Allen, A. 1996. “Engineering behavior of lime-treated Louisiana subgrade soil”. Transport. Res. Record, 1546: 24-31.
Puppala, A. J., Griffin, J. A., Hoyos, L. R. and Chomtid, S. 2004. “Studies on sulphate-resistant cement stabilisation methods to address sulphate-induced soil heave”. J. Geotech. Geoenviron. Eng., 130(4): 391-402. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(2004)130:4(391)
Sadrossadat, E., Heidaripanah, A. and Ghorbani, B. 2018. “Towards application of linear genetic programming for indirect estimation of the resilient modulus of pavements subgrade soils”. Road Mater. Pavement Design, 19: 139-153.
Schanz, T. 1998. “On the modeling of the mechanical behavior of friction materials”. Communication 45 of the Institute of Geotechnics, University of Stuttgart.
Seed, H., Mitry, F., Monismith, C. and Chan, C. 1967. “Prediction of flexible pavement deflections from laboratory repeated-load tests”. NCHRP Report.
Slessarev, E. W., Lin, Y., Bingham, N. L., Johnson, J. E., Dai, Y., Schimel, J. P. and Chadwick, O. A. 2016. “Water balance creates a threshold in soil pH at the global scale”. Nature, 540(7634): 567-569. https://doi.org/10.1038/nature20139
Talbot, C. J. 1990. “Allochthonous salt spreading”. In Symposium on Diapirism with Special Reference to Iran, pp. 507-510.
Witczak, M. and Uzan, J., 1988. “The universal airport pavement design system”. Report I of V: Granular Material Characterization, Department of Civil Engineering, University of Maryland, College Park, MD.
Xue, L., Liu, G., Zhang, Y., Meng, T. and Zhan, L. 2021. “Estimation of resilient modulus of cement-treated construction and demolition waste with performance-related properties”. Constr. Build. Mater., 283: 122107. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.122107

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 12 اسفند 1402
  • تاریخ بازنگری: 22 خرداد 1403
  • تاریخ پذیرش: 22 خرداد 1403

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار