تأثیر اختلاط عمیق شبکه‌ای بر کاهش پتانسیل روانگرایی در خاک ماسه‌ای اشباع: مدل سازی سه بعدی غیرخطی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسنده

گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی و فناوری، دانشگاه مازندران، بابلسر

10.22034/ceej.2025.63522.2381

چکیده

یکی از پرکاربردترین روش‌های موجود برای بهسازی خاک روانگرا روش اختلاط عمیق شبکه‌ای (DSM) است. اجرای این نوع بهسازی موجب افزایش سختی برشی و به تناسب آن باعث کاهش کرنش‌های بزرگ برشی در خاک و کم شدن پتانسیل رونگرایی خواهد شد. در اکثر پژوهش‌های گذشته برای برآورد میزان اثر کاهندگی پتانسیل روانگرایی RCSR، مدل‌سازی بر مبنای اجزای محدود خطی انجام پذیرفت که در آن اثرات اضافه فشار آب حفره‌ای و روانگرایی لحاظ نشده است. در این پژوهش با مدل‌سازی سه‌بعدی به ­کمک نرم‌افزار متن‌باز OpenSeesSP، برای بالا بردن سرعت پردازش استفاده شده است. رفتارهای خاک و شبکه‌ DSM به ­صورت غیرخطی و با مدل پیشرفته دراکر- پراگر چندسطحی شبیه‌سازی شده است. اثراتی نظیر فاصله بین شبکه (5 و 10 متر) و مدول برشی نسبی خاک و روش اختلاط عمیق شبکه‌ای (3/13 و 25) بر میزان ضریب کاهنده تنش برشی،  و ضریب نسبی شتاب  تحت بار هارمونیک بررسی و مقایسه شده است. نتایج مدل‌سازی غیرخطی نشان می‌دهد که افزایش فاصله شبکه از 5 متر به 10 متر با هر دو مدول برشی نسبی باعث افزایش تقریباً 300 درصدی  می‌شود. همچنین افزایش مدول برشی نسبی از 3/13 به 25 باعث کاهش ناچیزی در مقادیر  شد. از طرفی، لحاظ کردن رفتار غیرخطی خاک و روش اختلاط عمیق شبکه‌ای، موجب کاهش مقادیر  در فواصل شبکه پایین شده است؛ ولی در عوض مقدار  افزایش زیادی یافته‌ و در سطح زمین حدوداً به 5/2 هم رسیده است. این در حالی‌ است که مقدار  در حالت خطی، کمتر از یک است. روابط ارائه شده در پژوهش‌های قبلی برای تخمین Rrd محافظه­ کارانه است. اما در مقادیر  به ­دلیل عدم مدل‌سازی درستی از روانگرایی در مدل خطی اختلاف زیادی دیده می‌شود و درنهایت مقادیر RCSR پایین‌تری تخمین زده شد که در جهت عدم اطمینان است. همچنین، مدل‌های غیرخطی در عمق‌های میانی و پایینی خاک، کاهش قابل‌توجهی در  نسبت به حالت خطی نشان دادند. این نتایج نشان می‌دهد که لحاظ کردن رفتار غیرخطی خاک و اضافه فشار آب حفره‌ای در مدل‌سازی، دقت تحلیل را افزایش داده و موجب طراحی محافظه‌کارانه‌تر در پروژه‌های بهسازی خاک می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of Deep Soil Mixing Grid on the Reduction Coefficient in the Liquefiable Soil: 3D Nonlinear Modeling

نویسنده [English]

  • Ali Asgari
Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering and Technology, University of Mazandaran, Babolsar, Iran
چکیده [English]

The Deep Soil Mixing (DSM) grid method is among the most effective techniques for mitigating soil liquefaction, as it enhances shear stiffness and thereby reduces large shear strains and liquefaction potential. Previous studies mostly estimated the reduction factor of liquefaction potential (RCSR) using linear finite element models, where excess pore water pressure and liquefaction effects were neglected. In this study, a three-dimensional nonlinear numerical analysis was conducted using OpenSeesSP, incorporating the advanced multi-surface Drucker–Prager model to simulate soil and DSM grid behavior. The influence of grid spacing (5 m and 10 m) and relative shear modulus (13.3 and 25) on the shear stress reduction factor (Rrd) and the relative acceleration ratio (Ra max) under harmonic loading was investigated. Results indicated that increasing grid spacing from 5 m to 10 m led to nearly a 300% rise in Rrd, while a higher shear modulus produced only a slight decrease in Rrd. Moreover, considering nonlinear soil behavior reduced Rrd at small grid spacing but significantly increased Ra max, reaching approximately 2.5 at the ground surface, compared to less than one in the linear model. The findings suggest that previous empirical relations for Rrd were conservative, yet Ra max estimates in linear models significantly underestimated the impact of liquefaction. Overall, the results highlight that incorporating nonlinear soil behavior and excess pore water pressure in numerical modeling enhances analytical accuracy and leads to more conservative designs in soil improvement projects.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Liquefaction
  • Deep soil mixing (DSM) grid
  • Ground improvement
  • Reduction factor
  • Nonlinear behavior