بررسی عددی رفتار شمع‌های مارپیچ در تثبیت شیب‌های خاکی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی، دانشگاه بوعلی‌سینا

2 دانشکده مهندسی، دانشگاه بوعلی‌سینا، همدان

چکیده

پایدارسازی شیب‌های خاکی و پیشنهاد راهکارهای گوناگون برای این مسئله، یکی از موضوعات مهم در مهندسی ژئوتکنیک است. امروزه استفاده از نوع خاصی از شمع‌ها به‌نام شمع‌های مارپیچ (Helical Screw Pile) گسترش یافته است. کاربرد این سیستم جدید در پروژه‌های مختلف، موفقیت‌آمیز بوده است. این شمع‌ها می‌توانند جایگزین اقتصادی و مؤثری برای شمع‌های رایج کنونی باشند. در تحقیق حاضر، عملکرد شمع‌های مارپیچ در تثبیت شیب ماسه‌ای با استفاده از روش اجزاء محدود در نرم‌افزار ABAQUS, V.6.13.1 مورد مطالعه قرار گرفته است. متغیر‌های این تحقیق شامل قطر پره‌های مارپیچی شمع، فاصله پره‌ها از یکدیگر، طول شمع و تعداد ردیف شمع‌ها در گروه شمع است. طبق بررسی‌های صورت گرفته در این پژوهش، استفاده از شمع‌های مارپیچ در مقایسه با شمع‌های معمولی روش مناسب و مؤثری برای تثبیت شیب‌های خاکی است. تحلیل‌های کلی صورت گرفته در پژوهش، ایده‌هایی برای بهینه‌تر کردن پروژه تثبیت به طراحان ارائه می‌دهد. طبق نتایج متغیر‌های قطر پره‌های مارپیچی، فاصله پره‌ها از یکدیگر، طول شمع و تعداد ردیف شمع‌ها با ضریب اطمینان شیب در برابر گسیختگی، رابطه مستقیم دارند. تأثیر این پارامترها در نزدیکی طول بحرانی شمع قابل ملاحظه‌تر است. همچنین تعداد ردیف شمع‌ها، قطر پره‌ها و نیز فواصل آن‌ها از یکدیگر با طول بحرانی شمع رابطه مستقیم دارند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of Helical Piles Performance in Stabilization of Earth Slopes

نویسندگان [English]

  • Masoud Makarchian 1
  • Nafise Vafaea 2
1 Faculty of Engineering- Bu-Ali Sina University- Hamedan
2 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Bu-Ali Sina University, Hamedan
چکیده [English]

One of the major concerns of geotechnical engineering is to stabilize earth slopes and propose new methods for this purpose. The application of numerical and analytical methods for slope stabilization using piles is a conventional method discussed by various researchers. Nowadays the application of a special type of piles so called “helical pile”, have been increased. This foundation system has been successfully employed at several sites. Helical piles may be a cost-effective alternative to conventional pile materials. In this research, the performance of helical piles in slope stabilization has been studied using finite element analysis and strength reduction method by ABAQUS V.6.13.1. The effect of different parameters such as helical pile diameters, helical plate spaces, and pile lengths have been investigated. The effect of 1, 2 and 3 rows of piles along the slope is studied as well.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Helical piles
  • Slope stabilization
  • Finite element Method
  • Pile’s geometry
  • Sandy Slope

مراجع

گروه مهندسی آرپا آراد بتیس، "محصولات دانش‌بنیان، شمع مارپیچ"، www.arpaarad.ir، 10 آبان، 1396.
وفائی ن، "مدل‌سازی عددی عملکرد شمع‌های پیچوار در پایدارسازی شیروانی‌ها"، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه بوعلی سینا، 1393.
ABAQUS Inc., ABAQUS/Standard User’s Manual, Version 6.13.1, 2013.
Avalon Structural Inc., “helical piles”, www.avalonstructural.com/DeepFoundations.html, 12 October, 2017.
Cai F, Ugai K, “Numerical Analysis of the Stability of Slope Reinforced with Piles”, Soils and Foundations, 2000, 40 (1), 73-84.
EBS Geostructural Inc., “Emergency Structure and Slope Stabilization”, www.ebsgeo.com/project-gallery, 1 November, 2017.
El Sharnouby MM, El Naggar MH, “Field Investigation of Axial Monotonic and Cyclic Performance of Reinforced Helical Pulldown Micropiles”, Canadian Geotechnique Journal, 2012, 49, 560-573.
ICC-Evaluation Services, “AC358 Acceptance Criteria for Helical Pile Foundations and Devices”, www.icc-es.org, 2007.
Jun O, Qian-jun X, Ke-bin S, Xin-jun Y, Jing-wei G, “Temperature-driven parameter reduction finite element method for slope stability analysis of earth-rockfill dam”, Rock and Soil Mechanics, 2011, 32 (8), 2549-2554.
Lutenegger AJ, “Historical Development of Iron Screw-Pile Foundations”, International Journal for the History of Engineering & Technology, 2011, 81 (1), 108-128.
LuteneggerA, Seider G, “Helical screw pile”, US Patent 9,115, 478, 2015.
Monata Helical Piers, “Residential Projects, Landslide Repair, Slope Stabilization, Erosion Control”, www.montanahelical.com/residential-projects-landslide-repair-erosion-control, 25 October, 2017.
Nazir R, Chuan HS, Niroumand H, Kassim KA, “Performance of single vertical helical anchor embedded in dry sand”, Measurement, 2014, 49, 42-51.
Ning L, Jian-Cong X, “Strength reduction FEM for slope stability analysis based on field variable”, Rock and Soil Mechanics, 2012,33(1), 314-318.
Perko HA, “Underpining and Shoring for Underground MRI Research Facility at Ohio University”, Proceedings of Underground Construction in Urban Environments, Specialty Seminar by ASCE Metropolitan Section Geotechnical Group at the Geo-Institute of ASCE, New York, 2005.
Perko HA, “Helical Piles-A Practical Guide to Design and Installation”, John Wiley & Sons, Inc., New Jersey, 2009.
Ponomarenko Y, Baranov NB, “Peculierities of regulatory documents for design of Foundations formed from helical anchors and piles”, Soil Mechanics and Foundation Engineering, 2013, 50 (1).
Saftner D, Carranza-Torres C, Nelson M, “Slope Stabilization and Repair Solutions for Local Government Engineers”, Department of Civil Engineering, University of Minnesota Duluth, 2017.
Sakr M, “Installation and performance characteristics of high capacity helical piles in cohesionless soils”, Deep Foundation, 2011, 5 (1), 39-57.
Sakr M, “Performance of helical piles in oil sand”, Canadian Geotechnique Journal, 2009, 46 (9), 1046-1061.
Wei WB, Cheng YM, “Strength Reduction Analysis for Slope Reinforced with One Row of Piles”, Computers and Geotechnics, 2009, 36 (7), 1176-1185.
Won J, You K, Jeong S, Kim S, “Coupled effects in stability analysis of pile-slope systems”, Computers and Geotechnics, 2005, 32 (4), 304-315.
Xu Q, Yin H, Cao X, Li Z, “A temperature-driven strength reduction method for slope stability analysis”, Mechanics Research Communications, 2009, 36, 224-231.
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز
دوره 50.1، شماره 98 - شماره پیاپی 98
بهار 99
خرداد 1399
صفحه 53-64

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار