مدیریت بحران

مدیریت بحران

تحلیل مدل رفتاری PM4Sand با مقایسه روش‌های ژئوتکنیکی برای پایدارسازی دیوارهای ساحلی سپری در خاک روانگرا

نوع مقاله : مقاله علمی - پژوهشی

نویسندگان
محمدحسین بخشائی 1
فریدون خسروی 2
1 کارشناسی ارشد سازه‌های دریایی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران
2 استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران
چکیده
گستره وسیع سواحل ایران متأثر از گسل‌های متعددی بوده و پتانسیل لرزه‌خیزی بالایی دارند. اکثر زمین‌های ساحلی متشکل از خاک‌های بسیار سست با خطر وقوع روانگرایی می‌باشند. در پژوهش حاضر رفتار لرزه‌ای اسکله سپری مهارشده‌ای که بدون توجه به خطر روانگرایی، بخش مدفون آن در لایه سست روانگرا قرارگرفته است به‌صورت عددی با استفاده از نرم‌افزار PLAXIS و مدل رفتاری PM4Sand تحلیل‌شده است. خاک جلوی ریشه سپر (سمت دریا) به علت پایین بودن تراز تنش مؤثر قائم اولیه، مستعدترین ناحیه برای وقوع روانگرایی است. وجود لایه سست روانگرا در اطراف ریشه سپر، به علت روانگرا شدن خاک جلوی ریشه و فشار جانبی خاک پشت سپر، به گسیختگی بخش مدفون منجر می‌شود. خاک-سیمان ازجمله روش-های بهسازی خاک‌های سست ساحلی است که باعث افزایش چسبندگی و کاهش پتانسیل روانگرایی خاک‌های سست اشباع می‌شود. بهسازی خاک اطراف ریشه سپر در سمت دریا به روش خاک-سیمان باعث کاهش زیاد نسبت اضافه فشار آب حفره‌ای، تغییر مکان و لنگر خمشی سپر می‌شود. مقایسه صورت گرفته با تحقیقات متناظر گذشته نشان می‌دهد که بهسازی به روش خاک-سیمان با صرف زمان و حجم عملیات اجرایی کمتر نسبت به روش تراکم، عملکرد بهتری در پایدارسازی اسکله‌های سپری مهارشده متأثر از لایه سست روانگرا دارد.
کلیدواژه‌ها
اسکله سپری مهارشده
پایداری لرزه‌ای
تحلیل عددی
روانگرایی
روش بهسازی خاک سیمان
موضوعات

عنوان مقاله English

Analysis of PM4Sand Constitutive Model by Comparing Geotechnical Methods for Stabilization of Sheet Pile Quay Walls in Liquefiable Soil

نویسندگان English

Mohammad Hosein Bakhshaee 1
Freidon Khosravi 2
1 MSc in Marine Structures, Faculty of Civil Engineering, Imam Hosein University (AS), Tehran, Iran
2 Prof., Faculty of Civil Engineering, Imam Hosein University (AS), Tehran, Iran
چکیده English

The vast expanse of coasts in iran is affected by many faults and has a high seismic potential. Most of coastal lands consist of very loose soils with the risk of liquefaction. In the present study, the seismic behavior of the anchored sheet pile quay wall, which regardless of the risk of liquefaction, is buried in the loose liquefiable layer, has been numerically analyzed using PLAXIS software and the PM4Sand constitutive model. The soil in front of the root of the sheet pile (sea side) is the most prone area for liquefaction due to the low initial vertical effective stress level. The presence of a loose layer around the root of the sheet pile, due to the liquefaction of the soil in front of the root and the lateral pressure of the soil behind the sheet pile, leads to the rupture of the buried part. Soil-cement is one of the methods of improving loose coastal soils, which increases adhesion and reduces the liquefaction potential of saturated loose soils. Improving the soil around the root of the sheet pile on the sea side using the soil-cement method greatly reduces the proportion of excess pore water pressure, displacement and bending anchor of the sheet pile. The comparison made with the corresponding past research shows that soil-cement improvement with less time and volume of execution than the compaction method has a better performance in stabilizing anchored sheet pile quay wall affected by the loose liquifiable layer.

کلیدواژه‌ها English

Anchored Sheet Pile Quay Wall
Seismic Stability
Numerical Analysis
Liquefaction
Soil-Cement Improvement Method

  1. 1- مجیدی نیک، مهیار و بیگلری، سعدی. (1401). ارزیابی و پهنه‌بندی خطر زلزله در استان بوشهر. مدیریت بحران، 11(ویژه‌نامه پدافند)، 11-24.

    2- زارع مهرجردی، یحیی، کریمی، شهرام، اولیا، محمد صالح و صادقیه، احمد. (1401). ارائه مدلی برای لجستیک امداد با رویکرد سیستم‌های دینامیکی. مدیریت بحران، 11(2)، 1-17.

    3- مشهدی، حسن و امینی ورکی، سعید. (1394). تدوین و ارائه الگوی ارزیابی تهدیدات، آسیب‌پذیری و تحلیل خطرپذیری زیرساخت‌های حیاتی با تأکید بر پدافند غیرعامل. مدیریت بحران، 4(ویژه‌نامه هفته پدافند غیرعامل)، 69-85.

    1. U.S. Army Corps of Engineers (USACE). (1996). Engineering and Design: Design of Sheet Pile Walls. Technical Engineering and Design Guides as Adapted from the US Army Corps of Engineers, No. 15. ASCE Press.
    2. Zekri, A., Ghalandarzadeh, A., Ghasemi, P., & Aminfar, M. H. (2015). Experimental study of remediation measures of anchored sheet pile quay walls using soil compaction. Ocean Engineering, 93, 45-63, https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2014.11.002.
    3. PIANC (2001). Seismic Design Guidelines for Port Structures. A.A. Balkema, Rotterdam.
    4. Lai, S. (1998). Rigid and flexible retaining walls during Kobe earthquake. Fourth International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering.
    5. Towhata, I. (2008). Geotechnical Earthquake Engineering. Springer, Berlin. Chapter: Mitigation of liquefaction-induced damage, pp. 588–642, https://doi.org/10.1007/978-3-540-35783-4_26.
    6. Iai, S. (2005). Remediation of liquefiable soils for port structures in Japan—analysis, design and performance. Journal of earthquake engineering, 9(spec01), 77-103, https://doi.org/10.1080/13632460509350580.
    7. Zen, K., Yamazaki, H., & Sato, Y. (1990). Strength and deformation characteristics of cement treated sands used for premixing method. Report of the Port and Harbour Research Institute, 29(2).
    8. Kenai, S., Bahar, R., & Benazzoug, M. (2006). Experimental analysis of the effect of some compaction methods on mechanical properties and durability of cement stabilized soil. Journal of Materials Science, 41, 6956–6964, https://doi.org/10.1007/s10853-006-0226-1.
    9. Fan, J., Wang, D., & Qian, D. (2018). Soil-cement mixture properties and design considerations for reinforced excavation. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 10(4), 791-797, https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2018.03.004.
    10. Consoli, N. C., Cruz, R. C., Floss, M. F., & Festugato, L. (2010). Parameters controlling tensile and compressive strength of artificially cemented sand. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 136, 759–763, https://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0000278.
    11. Cardoso, R., Ribeiro, D., & Néri, R. (2017). Bonding effect on the evolution with curing time of compressive and tensile strength of sand-cement mixtures. Soils and Foundations, 57, 655-668, https://doi.org/10.1016/j.sandf.2017.04.006.
    12. Consoli, N. C., & Tomasi, L. F. (2018). The impact of dry unit weight and cement content on the durability of sand–cement blends. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Ground Improvement, 171(2), 96–102, https://doi.org/10.1680/jgrim.17.00034.
    13. Airey, D. W. (1993). Triaxial testing of naturally cemented carbonate soil. Journal of Geotechnical Engineering, 119, 1379–1398, https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9410(1993)119:9(1379).
    14. Amini, Y., & Hamidi, A. (2014). Triaxial shear behavior of a cement-treated sand-gravel mixture. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 6, 455–465, https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2014.07.006.
    15. Consoli, N. C., Rotta, G. V., & Prietto, P. D. M. (2000). Influence of curing under stress on the triaxial response of cemented soils. Geotechnique, 50, 99-105, https://doi.org/10.1680/geot.2000.50.1.99.
    16. MolaAbasi, H., Semsani, S. N., Saberian, M., Khajeh, A., Li, J., & Harandi, M. (2020). Evaluation of the longterm performance of stabilized sandy soil using binary mixtures: A micro-and macro-level approach. Journal of Cleaner Production, 267, 122209, https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.122209.
    17. MolaAbasi, H., Khajeh, A., & Jamshidi Chenari, R. (2021). Use of GMDH-type neural network to model the mechanical behavior of a cement-treated sand. Neural Computing and Applications, 33(22), 15305–15318, https://doi.org/10.1007/s00521-021-06157-6.
    18. Clough, G. W., Sitar, N., Bachus, R. C., & Rad, N. S. (1981). Cemented sands under static loading. Journal of the Geotechnical Engineering Division, 107(6), 799-817, https://doi.org/10.1061/AJGEB6.0001152.
    19. Liu, Y., Jiang, Y. J., Xiao, H., & Lee, F. H. (2017). Determination of representative strength of deep cement-mixed clay from core strength data. Géotechnique, 67(4), 350-364, https://doi.org/10.1680/jgeot.16.P.105.
    20. Tan, H., Jiao, Z., & Chen, J. (2018). Field testing and numerical analysis on performance of anchored sheet pile quay wall with separate pile-supported platform. Marine Structures, 58, 382-398, https://doi.org/10.1016/j.marstruc.2017.12.006.
    21. Hung, W., Tran, M., & Bui, V. (2022). Seismic response of anchored sheet pile walls by centrifuge modelling tests. International Journal of Civil Engineering (20), 1041-1065, https://doi.org/10.1007/s40999-022-00710-7.
    22. Jahangir, M., & Moghaddas Tafreshi, S. (2012). Seismic analysis of anchor sheet pile with a granular soil using pseudo-static approach. Sharif journal of civil engineering, Volume 2-28(3), 39-46.
    23. Towhata, I., & lslam, M. (1987). Prediction of lateral displacement of anchored bulkheads induced by seismic liquefaction. Soils and Foundations, 27(4), 137-147, https://doi.org/10.3208/sandf1972.27.4_137.
    24. Derakhshani, A., Takahashi, N., Bahmanpour, A., Yamada, S., & Towhata, I. (2011). Experimental study on effects of underground columnar improvement on seismic behaviour of quay wall subjected to liquefaction. In Pan-Am CGS Geotechnical Conference.
    25. Khan, M. R. A., Hayano, K., & Kitazume, M. (2008). Investigation on static stability of sheet pile quay wall improved by cement treated sea-side ground from centrifuge model tests. Soils and foundations, 48(4), 563-575, https://doi.org/10.3208/sandf.48.563.
    26. Khan, M. R. A., Hayano, K., & Kitazume, M. (2009). Behavior of sheet pile quay wall stabilized by sea-side ground improvement in dynamic centrifuge tests. Soils and foundations, 49(2), 193-206, https://doi.org/10.3208/sandf.49.193.
    27. Nguyen, A. D., Nguyen, V. T., & Kim, Y. S. (2023). Finite element analysis on dynamic behavior of sheet pile quay wall dredged and improved seaside subsoil using cement deep mixing. International Journal of Geo-Engineering, 14(1), 9, https://doi.org/10.1186/s40703-023-00186-x.
    28. Chen, S., Guan, Y., & Dai, J. (2023). Investigation on behavior of anchored sheet pile quay wall improved by cement-soil: Centrifuge and numerical modelling. Ocean Engineering, 279, 114467, https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2023.11446732. Patil, H., Deshmukh, R., & Salunke, P. J. (2023). Analysis of sheet pile in dense and loose soil using finite element method. Materials Today: Proceedings, 77, 654-661, https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.11.285.
    29. PLAXIS (2023). PLAXIS 2D Material Models Manual. Bentley.
    30. PLAXIS (2022). User Defined Soil Models - PM4Sand: A Sand Plasticity model for Earthquake Engineering. Bentley.
    31. Ahmadi, M., & Shirasb, A. (2011). Liquefaction resistance of Firoozkuh sand using cyclic simple shear test", 6th National Congress on Civil Engineering, Semnan, Iran.
    32. Bozkurt, S., Abed, A., & Karstunen, M. (2023). Finite element analysis for a deep excavation in soft clay supported by lime-cement columns. Computers and Geotechnics, 162, 105687, https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2023.105687.
مدیریت بحران
دوره 14، شماره 1 - شماره پیاپی 29
شماره پیا پی 29 بهار 1404
بهار 1404
صفحه 111-128

  • تاریخ دریافت 11 مهر 1403
  • تاریخ بازنگری 21 دی 1403
  • تاریخ پذیرش 10 بهمن 1403