مدلسازي عددي سه بعدي پاسخ گروه شمع در برابر گسترش جانبي ناشي از روانگرايي

3-Dimensional Numerical Modelling of Pile Group Response to Liquefaction-induced Lateral Spreading

در اين مقاله رفتار گروه شمع در برابر گسترش جانبي ناشي از روانگرايي با استفاده از تحليل المان محدود سه بعدي همبسته خاك-آب بررسي شده است. به منظور صحت سنجي مدل عددي، از نتايج يك مدل آزمايشگاهي بزرگ مقياس ميزلرزه 1g استفاده شده است. مدل عددي با دقت قابل قبولي پاسخ خاك در ميدان آزاد شامل شتاب، فشار آب حفره اي اضافي و جابجايي و همچنين پاسخ گروه شمع شامل جابجايي و لنگر خمشي را شبيه سازي نموده است. نتايج نشان مي دهد كه روانگرايي در خاك، در لحظات ابتدايي لرزش در اعماق سطحي آغاز شده و با وقوع روانگرايي، دامنه شتاب خاك كاهش يافته است. بيشترين مقدار جابجايي جانبي خاك حين گسترش جانبي در فواصل دور از شمعها رخ داده و جابجايي خاك در مجاورت شمعها كاهش يافته است. تغييرات لنگر خمشي در شمعها با عمق و به خصوص بيشينه لنگر خمشي در شمعها نيز با دقت قابل قبولي شبيه سازي شده است. بيشينه لنگر خمشي منفي در نزديكي كلاهك شمع و بيشينه لنگر خمشي مثبت در نزديكي كف مدل رخ داده و مقدار بيشينه لنگر خمشي در شمع پايين دست گروه حدود 70% بيشتر از بيشينه لنگر خمشي در شمع بالادست مي باشد. نتايج مطالعه پارامتري نشان مي دهد كه با افزايش سختي خمشي شمع و همچنين كاهش تراكم ماسه، ميزان جابجايي و لنگر خمشي در شمع كاهش مي يابد. دامنه شتاب تحريك بيشترين تاثير را بر پاسخ شمع داشته به گونه اي كه با افزايش آن به 3/5 برابر مقدار اوليه، بيشينه لنگر خمشي در شمع 3/6 برابر افزايش مي يابد.

In this paper, a 3D coupled soil-water finite element analysis is employed to simulate the behavior of a pile group subjected to liquefaction-induced lateral spreading. The results demonstrate that the numerical model can satisfactorily simulate the response of soil including its accelerations, excess pore water pressures and displacements as well as that of the piles including displacements and bending moments. Time histories of excess pore water pressure show that liquefaction in free field soil begins at the initial stages of shaking and upon liquefaction, the amplitude of soil acceleration decreases. The maximum lateral displacement of ground is observed at the regions far from the piles. In contrary, the extent of ground displacement decreases in areas close to the piles. The numerical model was able to predict the bending moment profiles in piles and particularly their maximum values. The maximum negative bending moments occur nearby the pile cap while their maximum positive values are observed at the base of the piles. Moreover, the maximum bending moment in downslope piles of the group is about 70% greater than that in upslope one. The results of the parametric study show that the displacement of piles and the bending moment in them decrease with increasing either the flexural stiffness of piles or the relative density of the sand. Also, it is revealed that the amplitude of input acceleration is the most influencing factor affecting the pile response as increasing it by a factor of 3.5 induces 3.6 times greater bending moments in piles.