با تجمیع ماتریس سختی دینامیکی تمام لایهها و ضریب سختی دینامیکی نیمفضای پایینی، ماتریس سختی دینامیکی تودهی مخروطی حاصل خواهد شد. معادلهی تعادل دینامیکی برای توده مخروطی بهصورت زیر است:
(۴‑۲۰) |
که در معادلهی بالا ، ماتریس سختی دینامیکی تودهی مخروطی با دیسک صلب شماره (۱) و، دامنهی تغییرمکان در محل تمامی دیسکهای مجازی زیرین طی بارگذاری واحد در دیسک شماره (۱) و، بردار نیروهای خارجی است.
در طی عملیات تجمیع کردن المانهای ماتریس سختی دینامیکی دو لایهی مجاور، در المانهای مشترک جمع زده خواهد شد؛ بنابراین ماتریس سختی دینامیکی کل میدان مورد بررسی متناظر با دیسک سطحی ، یک ماتریس که تمام المانهای قطر اصلی و نیز اولین قطر بالا و پایین قطر اصلی فقط دارای اعضای غیر صفر است، میباشد. بردار ، شامل تنها یک المان غیرصفر است که همان بار روی دیسک منبع است (دیسک شماره ۱) با شعاع . بردار تغییر مکان ، ستون اول ماتریس دینامیکی نرمی را مشخص میکند. در مرحله بعدی با در نظر گرفتن توده مخروطی برای دیسک شمارهی (۲) همان مراحل قبلی تکرار خواهد شد.
همانند بحثهای قبلی تغییرمکان در محل تمام دیسکها در فرم ِ برداری ، طی بارگذاری واحد در دیسک شمارهی (۲)، ستون دوم از ماتریس نرمی دینامیکی را تشکیل خواهد داد، به همین ترتیب محاسبات تا کامل کردن تمام ستون های ماتریس نرمی پیش میرود. برای تعیین تمامی بردارهای تغییر مکان (تشکیلدهندهی اعضای ستونی ماتریس نرمی دینامیکی)، از برنامهنویسی در محیط برنامهی MATLAB استفاده شده است. ترکیب کردن تمام بردارهای جابهجایی در یک ماتریس، ماتریس نرمی دینامیکی را نتیجه خواهد داد. با توجه به متقارن بودن و منظم بودن این ماتریس و امکان معکوس کردن آن، با معکوس کردن ماتریس نرمی، ماتریس سختی دینامیکی بهدست میآید. در حالت کلی، ماتریسهای انعطافپذیری دینامیکی متقارن نیستند. با این حال، عدم تقارن ناچیز بوده و میتوان از عبارتهای کوپل متقاطع میانگیری نمود. بنابراین رابطهی نیرو- تغییرمکان برای سیستم خاک و فونداسیون را میتوان بهصورت زیر نوشت:
(۴‑۲۱) | |
(۴‑۲۲) |
تابع امپدانس (ضریب سختی دینامیکی) را میتوان بهصورت تابعی از سختی استاتیکی ، و ضریب فنریت و ضریب میرایی نوشت :
(۴‑۲۳) |
ارزیابی دقت روش مخروط
در این قسمت نتایج حاصل از روش مدلسازی مخروط بهعنوان یک روش فیزیکی ساده و تقریبی، برای یک پی دایرهای واقع بر ساختگاهی نسبتا بزرگ با هندسه و مشخصات معلوم با نتایج یک روش عددی دقیق مقایسه میشود. مطابق شکل ۴-۸ ساختگاه متشکل از دو لایهی واقع بر یک نیمفضای انعطافپذیر است که در آن امواج -مشابه یک ساختگاه با نیمفضای همگن- به سمت بینهایت منتشر میشوند. مدول برشی با عمق کاهشمی یابد که میتواند با وضعیت یک خاکریز معمول متناظر باشد.
شکل ۴‑۸: دیسک واقع بر دو لایهی قرار گرفته بر یک نیمفضای انعطافپذیر [۲۸]
در نمودار ۴-۱ تا ۴-۳ نتایج بهدست آمده از روش مخروط با نتایج حاصله از روش دقیق لایهی نازک [۲۸]، به ازای درجهی آزادی عمودی مقایسه شده است. این نمودار به ترتیب نمایشگر ضریب فنر بدون بعد k(a0)، ضریب میرایی بدون بعدc(a0) و بزرگی ضریب سختی دینامیکی برحسب فرکانس بدون بعد میباشد.
نمودار ۴‑۱: ضریب سختی فنر دیسک واقع بر دو لایهی مستقر بر نیمفضای انعطافپذیر برای درجه آزادی عمودی
نمودار ۴‑۲: ضریب میرایی دیسک واقع بر دو لایهی مستقر بر نیمفضای انعطافپذیر برای درجه آزادی عمودی
نمودار ۴‑۳: ضرایب سختی دینامیکی دیسک واقع بر دو لایهی مستقر بر نیمفضای انعطافپذیر برای درجه آزادی عمودی
همانطور که مشاهده میشود در محدودهی فرکانس بالا برای ضریب فنرk(a0)، مقداری انحراف وجود دارد و برای ضریب میرایی c(a0) ، در محدودهی فرکانسی پایین انحراف کمی دیده میشود. این انحرافها در محاسبهی بزرگی ضریب سختی دینامیکی (بخش سوم نمودار) تا حد بسیار زیادی حذف میشوند. لذا با توجه به نمودار ۴-۳ میتوان روش مخروط را به عنوان روشی کارآمد، قابل قبول و دقت مهندسی کافی در محاسبات مهندسی مورد استفاده قرار داد.
لایهی مسلحکننده
در چند دههی اخیر ژئوسنتتیکها برای تسلیح خاک شالودهها بسیار استفاده شدهاند. مسلحکنندهای که در اینجا مدنظر است ژئوسل میباشد. اصطلاح ژئوسل به یکی از محصولات ژئوسنتتیکی اشاره دارد که ساختار آن سهبعدی، پلیمری و سلولی بوده و در حالت گسترده اغلب به شکل لانهزنبوری است.
لایههای افقی ژئوسنتتیک به وسیلهی اصطکاک و قفلشدگی بین خاک و مسلحکننده به بهبود خصوصیات بستر پی کمک میکند درحالیکه ژئوسل به دلیل ساختار سهبعدی خود، علاوه بر ایجاد اصطکاک و در هم قفلشدگی بین خاک و مسلحکننده، محصورشدگی همهجانبهای را نیز برای خاک ایجاد میکند که منجر به صلبیت بستر مسلح پی میشود. به عبارت دیگر، ژئوسل در مقایسه با محصولات ژئوسنتتیکی صفحهای مانند ژئوگرید و ژئوتکستایل به دلیل خاصیت mattressگونهاش عملکرد بهتری در زمینهی تسلیح خاک دارد.
این مسلحکننده در اصل توسط مهندسین ارتش امریکا برای تثبیت سریع ماسه در حوزهی نظامی بهکار گرفته شد [۴] و در سالهای اخیر ژئوسل کاربرد فزایندهای برای تسلیح جادهها، شیبها، دیوارهای حایل و پیها داشته است.
مصالح سازندهی ژئوسل
ژئوسل در این تحقیق ساخته شده از دو نوع ژئوگرید BX و NP-1 است. بالشتک ژئوسل با بریدن ژئوگریدها به اندازهی طول و ارتفاع موردنظر برای ژئوسل و قرار دادن آنها در جهت عرضی و مورب و اتصال آنها در نقاطی مورد نظر ساخته میشوند [۶]. جدول ۴-۱ خصوصیات ژئوگریدهای موردنظر را که از آزمایشهای استاندارد مقاومت کششی پهنای عریض (ASTM D4595) تخمین زده شدهاند، نشان میدهد .