مطالعه اثر مقیاس بر ظرفیت باربری نهایی شیب‌‏ها‏ی حاوی لایه ضعیف مایل تحت اثر پی‏های نواری مستقر در بالای آن‏ها

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

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

2 گروه مهندسی عمران، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران

3 گروه مهندسی عمران، واحد تهران غرب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

ظرفیت باربری نهایی پی‌های نواری واقع در بالای شیب‏ها، به‌ویژه در توده‌های خاکی حاوی لایه ضعیف مایل، از مسائل مهم و پیچیده مهندسی ژئوتکنیک است. از آنجا که تمرکز اغلب روش‏های تجربی و تحلیلی در دسترس به بررسی رفتار شیب‏های همگن و یکنواخت عمدتاً ماسه‏ای و یا شیب‏های حاوی خاک‏های لایه‏ای افقی با و یا بدون عناصر مسلح کننده معطوف گردیده است. در این پژوهش، اثر مقیاس و موقعیت و ضخامت لایه ضعیف مایل بر ظرفیت باربری این نوع شیب‌ها، با استفاده از مدل‌سازی فیزیکی و عددی بررسی شد. بدین منظور، 21 آزمایش مدل کوچک‌مقیاس بر روی شیب‌هایی با زوایای 30، 45 و 60 درجه انجام و سپس مدل‌های متناظر در مقیاس واقعی با نرم‌افزار FLAC2D شبیه‌سازی و کالیبره شدند. متغیرهای اصلی شامل زاویه شیب، ضخامت لایه ضعیف و محل قرارگیری آن (در پیشانی یا داخل شیب) در نظر گرفته شده‏اند. نتایج نشان داد که در مدل‌های کوچک‌مقیاس، مکش بافتی ناشی از غیراشباع بودن خاک موجب افزایش مقاومت برشی و درنتیجه افزایش ظرفیت باربری می‌شود، درحالی‌که این اثر در مقیاس واقعی به دلیل افزایش تنش‌های مؤثر به‌میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد. همچنین مشخص شد که بی‌توجهی به اثر مقیاس و عدم کالیبراسیون پارامترهای ژئومکانیکی، می‌تواند به برآورد نادرست ظرفیت باربری منجر شود. علاوه بر این، ظرفیت باربری نهایی با کاهش زاویه شیب و افزایش فاصله لبه پی از تاج شیب افزایش یافته و در شرایط مشابه، شیب‌های دارای لایه ضعیف داخلی ظرفیت باربری بیشتری نسبت به شیب‌های دارای لایه ضعیف در پیشانی از خود نشان دادند. نتایج این پژوهش بر ضرورت لحاظ کردن اثر مقیاس و شرایط غیراشباع در تحلیل و طراحی پی‌های نواری احداث‌شده بر شیب‌های لایه‌ای تأکید دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Study of Scale Effect on the Ultimate Bearing Capacity of Slopes Containing Inclined Weak Layer Influenced by Strip Footings on Top

نویسندگان [English]

  • Kourosh Pourmohammadi 1
  • Ahad Bagherzadeh Khalkhali 1
  • Rouzbeh Dabiri 2
  • Mehdi Mahdavi Adeli 3
1 Department of Civil Engineering, SR.C., Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Department of Civil Engineering, Ta.C., Islamic Azad University, Tabriz, Iran
3 Department of Civil Engineering, WT.C., Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

The bearing capacity of slopes, particularly when subjected to surface surcharges, is a long-standing and complex issue in geotechnical engineering. Numerous theoretical and empirical studies have been conducted on this topic. However, a review of available literature indicates that most of these studies have focused on the bearing capacity of homogeneous, primarily sand slopes, or slopes with horizontal layered soils, with or without reinforcement. In practice, it may be necessary to construct structures on sloping ground with inclined layered soils, which present greater challenges and concerns in evaluating bearing capacity compared to the previously mentioned scenarios. Therefore, this study experimentally and numerically investigates the role of the thickness and position of an inclined weak layer on the bearing capacity of clay slopes supporting strip footings. This investigation was conducted for three slope angles: 30, 45 and 60 degrees. Assuming a fixed footing position at the edge of the inclined weak layer, the slope angle, along with the thickness and position of the layer (at the face or inside the slope), were considered as the main variables.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Scale effect
  • Ultimae bearing capacity
  • Sloping layered soil
  • Physical modeling
  • Numerical modeling

مراجع

Abdullah BA, Al-Badran YM, “Shear strength behaviour of unsaturated soils: A Review”, Al-Rafidain Journal of Engineering Sciences, 2024, 2 (2), 536-546. https://doi.org/10.61268/sje1356
Chakraborty D, Kumar J, “Bearing capacity of foundations on slopes”, Geomechanics and Geoengineering, 8 (4), 274-285. https://doi.org/10.1080/17486025.2013.770172
Choudhary AK, Jha JN, Gill KS, “Laboratory investigation of bearing capacity behaviour of strip footing on reinforced flyash slope”, Geotextiles and Geomembranes, 2010, 28 (4), 393-402. https://doi.org/10.1016/j.geotexmem.2009.09.007
Crusoe Jr GE, Qing-xiang C, Ji-sen Sh, Liu H, Barvor YJ, “Effects of weak layer angle and thickness on the stability of rock slopes”, International Journal Mining and Geo-Engineering, 2016, 50 (1), 97-110. https://doi.org/10.22059/IJMGE.2016.57859
Debnath L, “Seismic bearing capacity of shallow strip footing embedded in slope resting on two-layered soil”, Studia Geotechnica et Mechanica, 2021, 43 (3), 285-306. https://doi.org/ 10.2478/sgem2021-0021
Dhatrak AI, Gandhi N, “Bearing capacity of footing on reinforced fly ash slope”, International Journl of Engineering Research and Application, 2016, 6 (8), 56-61.
El Sawwaf MA, “Strip footing behavior on pile and sheet pile-stabilized sand slope”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2005, 43 (1), 41-54. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241 (2005) 131:6(705)
El Sawwaf MA, “Behavior of Strip footing on geogrid-reinforcde sand over a soft clay slope”, Geotextiles and Geomembranes, 2007, 25 (1), 50-60. https://doi.org/10.1016/j.geotexmem.2006.06.001
El Sawwaf MA, Azzam WR, Kassem EM, “An experimental study of the behavior of a strip footing adjacent to reinforced sand slope above a soft pocket, International Journal of Geomate, 2021, 21 (87), 118-127. https://doi.org/10.21660/2021.87.j2369
Fredlund DG, Rahardjo H, Fredlund MD, “Unsaturated soil mechanics in engineering practice”, Jone Wiley and Sons, Inc, 939, 2012.
Kadhm Salman H, Jawad FW, Al-Ameri AFI, “Bearing capacity factor of shallow foundation on reinforced sloped clayey soil”, International Review of Civil Engineering, 2022, 13 (4), 318-325. http://doi.org/10.15866/ireee.v13i4.21896
Keskin MS, Laman M, “Model studies of bearing capacity of strip footing on sand slope”, KSCE Journal of Civil Engineering, 2012, 17 (4), 699-711. https://doi.org/10.1007/s12205-013-0406-x
Kianpour M, Bagherzadeh Khalkhali A, Dabiri R, Mahdavi Adeli M, “Numerical study on the ultimate bearing capacity of the strip foundations on the inclined multi-layered soil mass with a weak layer”, Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 2024, 48 (2024), 3511-3519. https://doi.org/10.1007/s40996-024-01350-8
Luo, Zh-G, Ding XM, Qu, Q, Fang HQ, “Bearing capacity and deformation behavior of rigid strip footing on coral sand slopes”, Ocean Engineering, 2023, 267 (2023), 1-13. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2022.113317
Mansouri T, Abbeche Kh, “Experimental bearing capacity of eccentrically loaded foundation near a slope”, Studia Geotechnica et Mechanica, 2019, 41 (1), 33-41. https://doi.org/10.2478/sgem-2019-0004
Mazouz B, Mansouri T, Baazouzi M, Abbeche K, “Assessing the effect of underground void on strip footing sitting on a reinforced sand slope with numerical modeling, Engineering, technology and applied science research, 2022, 12 (4), 9005-9011. https://doi.org/10.48084/etasr.5131
Ozkahriman F, Wartman J, “Investigation of 1-g similitude laws by “modeling-of-models” Exercise”. Advanced in measurement and modeling of soil behavior, 2007, 200, 1-9. https://doi.org/10.1061/40917(236)21
Pourmohammadi K, Bagherzadeh Khalkhali A, Dabiri R, Mahdavi Adeli M, “Experimental and numerical Study of weak soil layer effects on ultimate bearing capacity of Strip Foundations resting on Inclined layered soil masses”, Geomechanics and Engineering, 2025, 41 (5), 481-491. https://doi.org/10.12989/gae.2025.41.5.481
Pusadkar SS, Mankar AU, “Performance of strip footings on slope reinforced with inclined pile”, International Journal of Civil Engineering and Technology, 2016, 7 (3), 211-222.
Ray R, Choudhary ShSh, Roy LB, Kaloop M, Samui P, Kurup P, Ahn J, Hu JW, “Reliability analysis of reinforced soil slope stability using GA-ANFIS, RFC, and GMDH soft computing techniques”, Case studies in construction materials, 2023, 18 (2023), 1-13. https://doi.org/ 10.1016/j.cscm.2023.e01898
Susanti EI, Munawir A, Zaika Y, Dewi SM, “An experimental study of bearing capacity and slope stability of residual slope model with pile reinforcement”, Civil engineering and Architecture, 2023, 11 (4), 2219-2230. https://doi.org/10.13189/cea.2023.110439
Taher NR, Gor M, Aksoy HS, Awlla HA, “Numerical investigation of the effect of slope angle and height on the stability of a slope composed of sandy soil”, Gumushane University Journal of Science and Technology, 2022, 12 (2), 664-675. https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.105141
Tian W, Peiffer H, Malengier BS, Xue S, Chen Z, Slope stability analysis method of unsaturated soil slopes considering pore gas pressure caused by rainfall infiltration, applied sciences, 2022, 12 (21), 1-19. https://doi.org/10.3390/app122111060
Vanapalli SK, Oh WT, Puppla AJ, “Determination of the bearing capacity of unsaturated soils under undrained loading conditions”, Proceedings of the 60th Canadian Geotechnical Conference, 2007, 21-24 October, Ottawa, 1002-1009.
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست
دوره 56، شماره 123 - شماره پیاپی 123
تابستان 1405
شهریور 1405
صفحه 13-23

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار