مطالعه آزمايشگاهي و عددي ظرفيت باربري ستون هاي شني شناور تكي مسلح شده با ميله هاي فلزي عمودي

Experimental and Numerical Studies on Load-Carrying Capacity of Single Floating Aggregate Piers Reinforced with Vertical Steel Bars

ستون هاي شني ظرفيت باربري خود را با محصوريت محيطي ايجاد شده توسط خاك اطراف افزايش مي دهند. در خاك هاي رسي بسيار نرم، مقدار اين محصوريت معمولا به اندازه ي كافي براي توسعه ظرفيت باربري نمي باشد. به همين دليل در اين نوع خاك ها استفاده از ستون هاي شني مسلح شده با ژيوسنتتيك متداول است. اين مقاله قصد دارد استفاده از ميله هاي فلزي عمودي را به عنوان جايگزين ژيوسنتتيك ها مورد بررسي قرار دهد. در اين مطالعه آزمون هاي آزمايشگاهي در مقياس كوچك بر روي ستون هاي شني شناور به قطر 80 و 100 ميلي متر به طول به ترتيب 400 و 500 ميلي متر مسلح شده با ميله هاي فلزي عمودي، همراه با مدلسازي عددي دو بعدي با استفاده از نرم افزار پلكسيس صورت گرفته است. نتايج نشان مي دهد حالت هايي كه در آن ميله ها با سختي بيشتر آرايش يافته اند، تحمل بار بيشتري دارند. مسلح كردن طول كامل ستون در مقايسه با نصف طول آن بهبود بيشتري در ظرفيت باربري ستون شني ايجاد مي كند. در مراحل اوليه بارگذاري با توجه به تمايل مصالح شني شكسته ستون به متراكم تر شدن، افزايش بيشتري در ظرفيت باربري ايجاد شده و در ادامه ي فرآيند بارگذاري به علت خمره اي شدن ستون ها، افزايش در ظرفيت باربري كم است. همچنين نتايج مدلسازي عددي نشان مي دهد در ستون هاي شني شناور مسلح شده در طول كامل خود، ستون ها به داخل خاك رسي نرم نفوذ كرده و حالت گسيختگي از خمره اي شدن به لغزش تغيير يافته است.

The load-carrying capacity of the aggregate piers increases by circumferential confinement created by the surrounding soil. In soft clay soils, the amount of confinement is usually not sufficient to develop a load-carrying capacity. Because of that, it is practical to use geosynthetic reinforcement aggregate piers in this type of soils. This paper intends to evaluate the use of vertical steel bars as an alternative for geosynthetics. In this study, some small-body laboratory tests were performed on floating aggregate piers with diameters of 80 and 100 mm and a length of 400 and 500 mm, respectively reinforced with vertical steel bars. Moreover, two-dimensional numerical modelling using the Plexis software was conducted. The results show that using the bars with more stiffness leads to more increase in load-carrying capacity. Reinforcing the full length of the aggregate piers, compared to half-length, will further improve the load-carrying capacity of the aggregate piers. In the early stages, by applying the load, the stone aggregates tend to compress, so load-carrying capacity increases and by continuing this process, the tendency to the occurrence of lateral bulging is seen and due to the low resistance of kaolin clay to the bulging, the increase of load-carrying capacity is negligible. Also, numerical modelling results show that the floating aggregate pier penetrated into soft clay soil in the full-length case, and the failure state changed from bulging to slip.