تعیین عدد مدول نشست جانبو در خاک های رسی با استفاده از سرعت موج برشی (مطالعه موردی: شهر تبریز)

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

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

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

3 گروه مهندسی عمران- ژئوتکنیک، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تهران

چکیده

نشست تحکیمی یکی از نگرانی­های ژئوتکنیکی پروژه­ها در مناطق با لایه­های رسی می‌‌باشد. روش­های متداول مطالعه این موضوع نیاز به صرف زمان قابل توجه دارد. برای ارزیابی نشست تحکیم عمدتاً از تئوری­های Terzaghi(1923) و Janbu (1963) استفاده می‌شود. امروزه یکی از موضوعات مورد علاقه محققان به منظور ارزیابی این نشست، بررسی روابط تجربی و روش شبکه عصبی مصنوعی با استفاده از خصوصیات فیزیکی و خمیری و اخیراً سرعت موج برشی می‌باشد. بدین ترتیب با تعیین سرعت موج برشی، ضرایب نشست از جمله عدد مدول نشست جانبو به کمک این روش­ها برآورد شده و ارزیابی پتانسیل نشست پذیری یک منطقه با صرف زمان و هزینه کمتر عملی خواهد بود. شهر تبریز واقع در شمال غربی ایران، دارای انواع خاک­های ریزدانه رسی، سیلتی و انواع مارن (زرد، سبز و خاکستری) با پتانسیل نشست­پذیری مختلف تحکیم می‌باشد. در این تحقیق با حفاری سه گمانه ماشینی به عمق تا 8 متر، آزمایشات کامل فیزیکی، خمیری و تحکیم بر روی 20 نمونه خاک دست نخورده انجام گردید. از آزمایش صحرائی درون چاهی نیز برای تعیین سرعت موج برشی در گمانه­ها استفاده شد. تا حد امکان از نتایج مطالعات ژئوتکنیکی موجود در محدوده تحقیق نیز استفاده شده و در مجموع بانک اطلاعاتی با 37 سری از خصوصیات نشست و سرعت موج برشی تهیه گردید. پس از تفسیر آماری و تعیین ضریب همبستگی بین داده‌های تحقیق و عدد مدول جانبو، روابط تجربی موجود با داده‌های تحقیق صحت­سنجی گردید. با استفاده از رگرسیون خطی و غیر خطی، روابط تجربی بین عدد مدول جانبو و سرعت موج برشی مطالعه شده و بر اساس کلیه داده‌های موجودشامل 229 سری داده صحت­سنجی و مقایسه انجام گردید. روابط پیشنهادی، مخصوصاً رابطه نمایی با ضرایب آماری (786/0R2=،2257/0RMSE=،999/0 (CR=نسبت به روابط موجود کارائی بهتری نتیجه می‌دهند. همچنین به منظور برآورد عدد مدول جانبو، شبکه عصبی مصنوعی با 8 متغییر ورودی شامل خصوصیات فیزیکی و خمیری به همراه سرعت موج برشی مطالعه و نتایج با روابط تجربی نیز مقایسه گردید. شبکه عصبی با دو لایه پنهان و 15 نرون مخفی در هر لایه بهترین کارائی را نتیجه می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of the Janbu Modulus Number in clayey soils with using shear wave velocity (Case study: Tabriz City)

نویسندگان [English]

  • Alireza Alizadeh Majdi 1
  • Rouzbeh Dabiri 2
  • Navid Ganjian 1
  • Abbas Ghalanderzadeh 3
1 Department of Geotechnical Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran
2 Department of Civil Engineering, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz
3 Department of Geotechnical Engineering, Faculty of Civil Engineering, Tehran University
چکیده [English]

For assessing the consolidation settlement, it is mainly used by Terzaghi and Janbu theories. Main of this study is evaluation of the Janbu settlement modulus in clayey soils based on shear wave velocity with using down hole test. In continue, results with using artificial neural network analyses and statistical methods verified. The study area is The city of Tabriz is located in the northwestern part of Iran and has a variety of clayey soils, silty and marl types (yellow, green and gray) with different consolidation potential. In this research, by drilling three machine boreholes at depths up to 8 meters, complete physical, plasticity and consolidation experiments were carried out on 20 undisturbed samples. The in-field Downhole test was also used to determine the shear wave velocity in the boreholes. Moreover, shear wave velocity was evaluated in study area with using down hole test and based on effective vertical stress on study depths normalized. Results showed that the Janbu settlement modulus and normalized shear wave velocity in study area respectively are between 14.38 to 41.39 and 234 to 694 m/s. With considering that results of existing practical relationships for determining the Janbu settlement modulus were not appropriate in study area. In order to improve the practical relationships between the Janbu settlement modulus and normalized shear wave velocity artificial neural network and statistical methods with applying linear, logarithmic and exponential functions was performed. Results showed that exponential function for determining the Janbu settlement modulus in study area is favorable.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Janbu modulus number
  • Shear wave velocity
  • Clay soils
  • Tabriz marl
  • Empirical relationships
  • Artificial neural network
بلوری بزاز ج، فرخنده س، "برآورد نشست تحکیمی خاک­های رسی با استفاده از شبکه­های عصبی مصنوعی"، پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران، 1389.
دریائی م، کاشفی­پور س م، احدیان ج، قبادیان ر، "مدل­سازی شاخص فشردگی خاک­های ریزدانه به کمک شبکه عصبی مصنوعی و مقایسه با سایر روابط تجربی"، نشریه آب و خاک، 24 (4)، 1389، 667-659.
هاشمی جوکار م،  میراثی س، رهنما ح "تعیین شاخص تراکم خاک­های رسی با استفاده از سیستم استنتاج فازی- عصبی انطباقی"، مجله عمران مدرس، دوره هفدهم شماره4، 1396 ،277-289.
Amiri SN, Esmaeily A, Mahouti A, “A Realistic Theory of Soils Consolidation.Geo-Frontiers”, 2014, 3828-3837.
American Society for Testing and Materials. ASTM D 2435-03, “Standard test method for one-dimensional consolidation properties of soils using incremental loading”, West Conshohocken, PA, USA. 2011.
American Society for Testing and Materials. ASTM D 854. Standard test method for specific gravity of soil solids by water pycnometer, West Conshohocken, PA, USA. 2014.
American Society for Testing and Materials. ASTM D 422-63, “Standard test method for particle size analysis of soils”, West Conshohocken, PA, USA. 2007.
American Society for Testing and Materials. ASTM D 2216, “Standard test method for laboratory determination of water (moisture) content of soil and rock by mass”, West Conshohocken, PA, USA. 1998.
American Society for Testing and Materials. ASTM D 4318-93, “Standard test method for liquid limit, plastic limit and plasticity index of soils”, West Conshohocken, PA, USA. 2004.
American Society for Testing and Materials ASTM D 2487-93. “Standard classification of soils for engineering purposes (unified soil classification system)”, West Conshohocken, PA, USA. 2011.
American Society for Testing and Materials ASTM D7400-08, “Standard Test Methods for Down hole Seismic Testing”, West Conshohocken, PA, USA. 2008.
Carrol RA, “Use of CRS test to predict settlement in an Irish silt”, University College, Dublin, Ireland, 2007.
Fam M, Santamarina JC, “Study of Consolidation Uing Mechanical and Electromagnetic Waves”, Geotechnique, 1997, 47 (2), 203-249.
Fellenius BH, “Basics of Foundation Design”, Electronic Edition, www.Fellenius.net, 2006, 275.
Hooshmand A, Aminfar MH, Asghari E, Ahmadi H, “Mechanical and Physical Characterization of Tabriz Marls, Iran. Geotechnical Geology Engineering”, 2012, 30, 219-232.
Kalantary F, Kordnaij A, “Prediction of compression index using artificial neural network. Scientific”, Research and Essays, 2012, 7 (31), 2835-2848.
Knusen M, “On Determination of Gmax by Bender Element and Cross-Hole Testing”, Norwegian University of Science and Technology, Department of Civil and Transport Engineering, Master Thesis, 2014.
Landon M M, DeGroot D J, Sheahan TC, “Nondestructive Sample Quality Assessment of a Soft Clay Using Shear Wave Velocity”, American Society of Civil Engineers, ISSN (online), Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2007, 424-432.
L’Heureux JS, “Correlations between shear wave velocity and geotechnical parameters in Norwegian clays”, Proceedings of the 17th Nordic Geotechnical meeting Challenges in Nordic Geotechnic, 2016, 299-308.
L'Heureux JS, Long M, Vanneste M, Sauvin G, Hansen L, Polomf U, Lecomte I, Dehls J, Janbu N, “On the prediction of settlement from high-resolution shear-wave reflection seismic data: The Trondheim harbour case study, mid Norway”, Engineering Geology, 2013, 167, 72-83.
Likitlersuang S, Teachavorasinskun S, Surarak C, Oh E, Balasubramaniam A, “Small strain stiffness and stiffness degradation curve of Bangkok Clays”, Soils and Foundations, 2013, 53 (4), 498-509.
Long M, Donohue S, “Characterization of Norwegian marine clays with combined shear wave velocity and Piezocone cone penetration test (CPTU)”, Canadian Geotechnical Journal, 2010, 47 (7), 709-718.
Mandar PK, Patel A, Simgh DN, “Application of Shear Wave Velocity for Characterizing Clays from Coastal Regions.” KSCE Journal of Civil Engineering, 2010, 14 (3), 307-321.
Mayne PW, Rix GJ, “Gmax-qcrelationships for clays”, Geotechnical Testing Journal, 1993, 16 (1), ASTM, 54-60.
Nishimura S, “Laboratory Study on anisotropy of natural London Clay”, Department of Civil and Environmental Engineering Imperial College London, Doctor of Philosophy thesis. 2005.
Nor Omara M, Abbiss CP, Taha MR, Anuar K, Nayan M, “Prediction of long-term settlement on soft clay using shear wave velocity and damping characteristics”, Engineering Geology, 2011, 123, 259-270.
Noutash MK, Dabiri R, Hajialilue Bonab M, “The Evaluation of Soil Liquefaction Potential Using Shear Wave Velocity Based on Empirical Relationships”,Interbational Journal of Engineering, 2012, 6 (4), 218-232.
Ozer M, Isik NS, Orhan M, “Statistical and neural network assessment of the compression index of clay- bearing soils”, Bulletin of Engineering Geology and Environmental, 2008, 67, 537-545.
Park HI, “Evaluation of the compression index of soils using an artificial neural network”, Computers and Geotechnics 38, 2011, 472-481.
Tong L, Liu L, Cai G, Du G, “Assessing the coefficient of the earth pressure at rest from shear wave velocity and electrical resistivity measurements”, Engineering Geology, 2013, 163, 122-131.
Yang G, Luo Y, Zhang Y, Wang E, “Application of the tangent modulus method in nonlinear settlement analysis of sand foundation”, Proceedings of the 18th International Conference on Soil Mechanic and Geotechnical Engineering, Paris, 2013.
Yilmaz I, Erzin Y, “On the reliability of SPT-N value as an indication of consistency of clayey soils”, Electronic Journal of Geotechnical Engineering, Published Onlin, 2004.
Yoon H, Lee C, Kim H, Lee JS, “Evaluation of preconsolidation stress by shear wave velocity”, Smart Structures and Systems, 2011, 7 (4), 275-287.