بررسی آزمایشگاهی تأثیر لایه نازک افقی بر ظرفیت باربری پی دایره‌ای در خاک ماسه‌ای

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران

2 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه بوعلی‌سینا، همدان

چکیده

لایه‌های نازک موجود در زمین، علی‌رغم آن‌که به‌نظر می‌رسد، تأثیر ناچیزی داشته باشند، اساساً می‌تواند تأثیر قابل‌ملاحظه‌ای بر ظرفیت باربری پی داشته باشند. در این تحقیق، تأثیر وجود لایه نازک ضعیف و قوی بر ظرفیت باربری نهایی پی دایره‌ای بر بستر ماسه‌ای، به‌وسیله مدل فیزیکی کوچک‌مقیاس سیستم خاک- شالوده بررسی می­شود. آزمایش‌های مدل فیزیکی در مخزن استوانه‌ای از جنس فولاد با قطر داخلی 70 سانتی­متر و ارتفاع 70 سانتی­متر، انجام شده است. شالوده دایره‌ای به­ صورت صلب بوده و بر روی سطح بستر قرار می‌گیرد، یعنی عمق مدفون صفر است. بررسی‌ها با تغییر جنس، ضخامت و عمق قرارگیری لایه نازک صورت گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که لایه نازک ضعیف باعث کاهش ظرفیت باربری نهایی و سختی سیستم خاک- شالوده می‌شود و لایه نازک قوی باعث افزایش ظرفیت باربری نهایی و سختی سیستم خاک- شالوده می‌شود. میزان این تأثیر تابعی از ضخامت، عمق قرارگیری و جنس مصالح لایه نازک دارد. مطابق نتایج، لایه ضعیف در عمق بحرانی 1B (B قطر فونداسیون است) بیش­ترین کاهش ظرفیت باربری نهایی را به­ میزان 26 درصد داشته است (از 183kPa به 135kPa) و در عمق 2B تأثیری نداشته است. لایه قوی نیز برای حالتی که این لایه دقیقاً زیر فونداسیون قرار دارد، بیش­ترین افزایش ظرفیت باربری نهایی را به‌میزان 329 درصد داشته است (از 183kPa به 603kPa) و در عمق تقریباً B25/1 بدون تأثیر بوده است. برای صحت‌سنجی، نتایج مدل آزمایشگاهی بستر ماسه‌ای یکنواخت، با نتایج تحلیلی محققان مختلف مقایسه شده که نشان از انطباق زیاد نتایج دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental Study of the Horizontal Thin Layer Effect on the Bearing Capacity of Circular Footings Resting on Sand

نویسندگان [English]

  • Morteza Askari 1
  • Ahad Bagherzadeh Khalkhali 1
  • Masoud Makarchian 2
  • Navid Ganjian 1
1 Civil Engineering Department, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Civil Engineering Department, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
چکیده [English]

In general, despite their seeming insignificance, there are some details in the ground that have significant effects on soil-foundation system behavior such as slip surfaces, shear bands, and thin layers (Valor et al. 2017). Terzaghi (1929) termed “these features minor geologic details and pointed out their enormous potential effects on the safety of dams”. In the literature review very little study has been performed on the effects of a thin layer (Valor et al. 2017, Ziccarelli et al. 2017, Oda and Win, 1990)
In the present paper, the influences of the horizontal thin layer on the ultimate bearing capacity of the circular foundation resting on the sandy bed were studied by implicating a small-scale physical model for the soil-foundation system. The problem of the soil- circular footing system is schematically illustrated in Fig. 1. The problem is investigated under the axisymmetric condition, and the circular foundation is rigid. This foundation rests on the ground surface, on the other hand, the initial depth of embedment is nil. The studies were performed by the material type, thickness, and depth of the thin layer variation. For the bed sand, crushed uniform silica sand (SP) with medium density was used. For the thin layer, materials with different strength properties (strong and weak) in comparison with the sandy bed were used.
For the weak layer, the clay powder with CL classification was used. Clay with a natural moisture content of 5.5% and a very low density of 12.1 kN/m3 was used consistently in all of the experiments.
For the strong layer, a fine-grained asphalt mixture with an unconfined compressive strength of 1460 kPa and unit weight19.12 kN/m3 was used.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Weak thin layer
  • Strong thin layer
  • Ultimate bearing capacity
  • Stiffness
  • Physical model
American Society of Testing and Materials, D 3080-04, “Standard test method for direct shear test of soils under consolidated drained conditions”, West Conshohocken, PA, 2010.
American Society of Testing and Materials, D 854-05, “Standard test method for specific gravity of soils solids by water pycnometer”, West Conshohocken, PA, 2005.
American Society of Testing and Materials, D 2216-05, “Standard test method for laboratory determination of water (moisture) content of soil and rock by mass”, West Conshohocken, PA, 2005.
American Society of Testing and Materials, D 2487, “Standard practice for classification of soils for engineering purpose (Unified soil classification system)”, West Conshohocken, PA, 2006.
American Society of Testing and Materials, D 4254-00, “Standard test methods for minimum index density and unit weight of soils and calculation of relative density”, West Conshohocken, PA, 2004b.
American Society of Testing and Materials, D 4253-00, “Standard test methods for maximum index density and unit weight of soils using a vibratory table”, West Conshohocken, PA, 2004a.
Bolton MD, Lau CK, “Scale effects in the bearing capacity of granular soils”, Proceedings of the 12th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Rio de Janeiro, Brazil, 1989, 2, 895-898.
Das, BM, “Principles of foundation engineering”, Eighth Edition, PWS Publishing Company, Pacific Grove, USA, 2016, 946.
Martin CM, “Exact bearing capacity calculations using the method of characteristics”, Proceedings of the 1th International Conference of the International Association for Computer Methods and Advances in Geomechanics, Turin, Italy, 2005, 4, 441-450.
Meyerhof GG, “Some Recent Research on the bearing capacity of foundations”, Canadian Geotechnical Journal, 1963, 1 (1), 16-26.
Murthy VNS, “Geotechnical Engineering”, Taylor & Francis Inc., 2002.
Oda M, Win S, “Ultimate bearing capacity tests on sand with clay layer”, Journal of Geotechnical Engineering, 1990, 116 (12), 1902-1906.
Poulos HG, “Pile behavior- consequences of geological and construction imperfections”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2005, 131 (5), 538-563.
Taylor RN, “Centrifuges in modelling: principles and scale effects”, In Geotechnical Centrifuge Tecnology (Taylor RN, (ed.)), Blackie Academic and Professional, London, UK, 1995, 19-33.
Terzaghi K, “In geology and engineering for dams and reservoirs”, American Institute of Mining and Metallurgical Engineers, Technical Publication 215, 31-44, 1929, Reprinted in Terzaghi, K. From Theory to Practice in Soil Mechanics: Selection from the writings of Karl Terzaghi. Wiley, Hoboken, N.J, USA, 1960, 119-132.
Terzaghi K, Presidential Address. Proceedings, 1st International Conference on Soil Mechanics Foundation Engineering, Harvard University, Cambridge, Mass, 1936, 3, 13-18.
Toyosawa Y, Itoh K, Kikkawa N, Yang JJ, Liu F, “Influence of model footing diameter embedded depth on particle size effect in centrifugal bearing capacity test”, Soils and Foundations, 2013, 53 (2), 349-356.
Ziccarelli M, Valore C, Muscolino SR, Fioravante V, “Centrifuge tests on the strip footings on sand with a weak layer”, Geotechnical Research, 2017, 4 (1), 47-64.
Valore C, Ziccarelli M, Muscolino SR, “The bearing capacity of footings on sand with a weak layer”, Geotechnical Research, 2017, 4 (1), 12-29.
Vesic AS, “Analysis of ultimate loads of shallow foundations”, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, Journal of American society of civil engineers, 1973, 99 (SM1), 45-73.