دانلود رایگان ترجمه مقاله مدلسازی پیش بینی بر عملکرد لرزه ای دیوارهای خاک تقویت شده ژئوسنتتیک – الزویر ۲۰۱۲

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

• مقدمه
حالت عملی دیوار خاک مسلح شده با ژئوسنتتیک از روش طراحی تعادل محدود پیروی میکند(e.g., Eliaset al., 2001). در تحلیل شبه استاتیکی دیوارهای GRS، تنها ضریب اطمینان مودهای مختلف شکست و یا ریزش دیوار را میتوان تخمین زد و تغییر شکل دیوار را نمیتوان بطور مستقیم از تحلیل شبه استاتیکی بدست آورد. این یک نقص متداول برای تمام تحلیلهای تعادل محدود می باشد. روشهای غیر مستقیمی برای بدست اوردن حرکتهای افقی دیوار (یا پاسخ زمان-تغییر شکل سیستم دیوار) بوجود آمد تا با تحلیلهای پایداری لرزهای توام می باشد. روشی که اکثرا مورد قبول می باشد، روش بلوک لغزش نیومارک می باشد (Newmark, 1965). در روش جابه جایی دوبل انتگرال نیومارک که به سازه های دیوار حائل اعمال می شود، جابه جایی کل بصورت جابه جایی های غیر متقارن ترم بندی شده است، از آنجایی که جابه جایی دائمی تنها در یک جهت با هم جمع می شوند (جهت رو به بیرون). محاسبه جابه جایی بر اساس این فرض می باشد که جابه جایی جرم در حال حرکت به عنوان بلوک صلب پلاستیک با مقاومت برشی محرک در سطح لغزش محتمل می باشد. تغییر شکل دائمی بلوک پلاستیک صلب گفته می شود زمانی رخ می دهد که نیرویی که بر خاک اعمال می شود (هر دو نیروی استاتیکی و دینامیکی) بر مقاومت برشی موجود بر روی سطح لغزش محتمل غلبه کند. فرض می شود جابه جایی دائمی زمانی که شتاب زمین از شتاب بحرانی بیشتر شد جمع می شوند.
Cai and Bathurst (1996a) سه لرزه که باعث مکانیزم لغزش در دیوارهای GRS می شود را شناسایی کردند که آنها عبارتند از ۱) لغزش خارجی در طول پایه ی کل دیوار ۲) لغزش داخلی در طول لایه ی مسلح کننده و در بین سطح ستون ۳) برش سطح مشترک بلوک بین واحدهای سطحی ستون. جابه جایی ها با استفاده از روش بلوک لغزشی مرسوم بدست می آیند و هر دو ضریب شتاب افقی Kh و ضریب شتاب قائم Kv که برای محاسبه ی نیروهای دینامیکی محرک استفاده شده اند. فرض می شود که برای کل سازه دیوار ثابت باقی می ماند.
نیروی داخلی قائم فرض می شود که به سمت بالا باشد تا بحرانی ترین حالت برای ضریب اطمینان برای مکانیزم لغزش افقی بدست آید. روش بلوک لغزشی دیگری توسط Siddharthan et al. (2004) پیشنهاد شد که بر اساس نتایج آزمایش سانتریفیوژ لرزه های دیوارهای زمین ثبت شده ی مکانیکی (MSE) بدست آمده است که برای پیش بینی جابه جایی دائم دیوار MSE تحت بارگذاری لرزهای، روش محاسباتی با چندین بلوک صلب-پلاستیک ایجاد شد. مکانیزم شکست شامل سه بلوک صلب و شامل سطح شکست دو خطی بود. دو بلوک بالایی مستطیلی بودند و بلوک پایینی مثلثی بود.
از طرف دیگر Ling et al. (1996) مکانیزم گوه دو قسمتی پیشنهاد کرد که برای تعیین طول مسلح کننده بر اساس شکست مرکب یا شکست لغزش مستقیم دیوار قائم استفاده شد. مکانیزم گوه دو قسمتی بعدها برای تعیین لرزه ای که باعث جابه جایی دائم شیب تند مسلح شده بوسیله ی Ling et al. (1996) و Leshchinsky (1997) در نظر گرفته شد. روش ارزیابی جابه جایی شبیه روش لغزش پایه ی پیشنهاد شده توسط Caiand Bathurst (1996a) بود که در آن ناحیه ی خاک مسلح به عنوان بلوک صلب-پلاستیک در نظر گرفته شده بود. جابه جایی سطح لغزش بلوک زمانی بوجود می آید که ضریب اطینان لغزش مستقیم کوچکتر از واحد شود. Huang et al. (2003) یک روش چندین گوه معرفی کرد (برای مثال روش سه گوه) تا سهم مولفه ی سطحی و نیروی مسلح کننده اتصال در سطح مشترک سطح خاکریز در ارزیابی جابه جایی های لرزهای دیوارهای GRS را در نظر بگیرد، که مکانیزم سه گوه برای توصیف الگوهای سطح شکست مشاهده شده بسیار مناسب در نظر گرفته شده اند. روش سه گوه هر دو جابه جایی های افقی و قائم را با استفاده از تئوری بلوک لغزش نیومارک محاسبه می کند. Huang et al. (2003) گزارش کرد که جابه جایی های محاسبه شده با استفاده از روش سه گوه با مقادیر اندازه گیری شده در زلزله chi chi تایوان قابل مقایسه می باشد.
روش دوبل انتگرال نیومارک برای برای یافتن زلزله های که باعث جابه جایی دائمی می شود نیازمند دانستن تاریخچه زمانی حرکت زمین می باشد. در غیاب تاریخچه زمان حرکت زمین چندین روش تجربی برای پیش بینی زلزله ای که باعث جابه جایی دائم ساختار زمین می شود ارائه شد (e.g.,Whitman and Liao, 1984; Cai and Bathurst, 1996b; Huang and Wu,2006; Anderson et al., 2008). تئوری بلوک لغزش نیومارک به عنوان پایه ی روش های تجربی ایجاد شده استفاده شد. که جابه جایی دائم کلی تعیین شده بوسیله ی روش دوبل انتگرال نیومارک منطبق با پارامترهای حرکت زمین ورودی مانند شتاب ماکزیمم زمین، سرعت ماکزیمم زمین و نسبت شتاب، بحرانی می باشد.
پاسخ لرزهای دیوار GRS می تواند بوسیله آزمایشات مدل فیزیکی یا مطالعه مدلسازی عددی تعیین گردد. اگرچه آزمایش پاسخ لرزهای دیوارهای GRS با استفاده از انجام آزمایشات فیزیکی فول اسکیل با انواع مختلف خاک و مسلح کننده تحت بارهای مختلف زلزله غیر اقتصادی می باشد، بنابراین روش اقتصادی تر و عملی تر برای آزمایش پاسخ لرزهای دیوارهای GRS انجام مطالعه مدلسازی عددی خواهد بود. که در آن ابزارهای عددی نیازمند معتبرسازی از طریق آزمایشهای مدل فیزیکی تحت شرایط کنترل شده خوب می باشد. مرور شبیه سازی عددی عملکرد لرزه ای سازههای GRS در Lee et al. (2010) آورده شده است.
این مطالعه برای انجام آزمایشهای عملکرد لرزهای نمونه ایستایی آزاد دیوارهای GRS با فاصله مسلح کننده یکنواخت و طول مسلح کننده ثابت تحت تکانهای لرزه ای چندین جهته واقعی با استفاده از شبیه سازی عددی می باشد. ابزارهای عددی معتبرسازی شده با قابلیت پیش بینی اثبات شده برای انجام مطالعه پارامتریک مورد استفاده قرار گرفت که پارامترهای طراحی همانند ارتفاع دیوار، زاویه ی خمیدگی دیوار، زاویه ی اصطکاک خاک، فاصله ی مسلح کننده و سختی مسلح کننده ارزیابی شد. نتایج مطالعه پارامتریک عددی با مقادیر روش طراحی تنش مجاز تعیین شده اداره بزرگراه هواپیما (FHWA) مقایسه شد Elias et al., 2001)) و تفاوتهای بین این دو مشخص شد.
نتایج پارامتری عددی دادههای مورد نیاز برای ایجاد معادلاتی برای پیش بینی عملکرد لرزهای را فراهم می کند. معادلات پیش بینی کننده برای جابه جایی های افقی دیوار سطحی، نشست تاج دیوار و بار کششی مسلح کننده با استفاده از تحلیل رگرسیون چند متغییر بوجود آمدند. معادلات پیشگو می تواند تخمینات اولیه ی عملکرد لرزهای در تحلیلهای اولیه دیوارهای GRS نمونه ایستای آزاد را به ما بدهد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

۱٫ Introduction

The state-of-practice design of geosynthetic-reinforced soil (GRS) wall follows the limit equilibrium design approach (e.g., Elias et al., 2001). In the pseudo-static analysis of GRS walls, only the factors of safety against various modes of failure or collapse of the wall could be estimated, and wall deformation could not be estimated directly from the pseudo-static analysis. This is a common deficiency in all of the limit equilibrium analyses. Indirect methods were developed to estimate the horizontal wall movements (or the time-deformation response of the wall system) to accompany the seismic stability analysis. The widely accepted approach is the Newmark sliding block method (Newmark, 1965). In Newmark’s double-integration displacement method applied to retaining wall structure, the total displacement is termed unsymmetrical displacement, since the permanent displacement only accumulates in one direction (outward direction). The calculation of displacement is based on the assumption that the moving mass displaces as a rigid-plastic block with shear resistance mobilized along a potential sliding surface. Permanent displacement of the rigidplastic block is said to have occurred whenever the forces acting on the soil mass (both static and seismic forces) overcomes the available shear resistance along the potential sliding surface. The permanent displacements are assumed to accumulate each time the ground acceleration exceeds the critical acceleration. Cai and Bathurst (1996a) had identified three seismic induced sliding mechanisms in a GRS wall, and they are (1) external sliding along the base of the entire wall structure, (2) internal sliding along a reinforcement layer and through the facing column, and (3) block interface shear between facing column units. The displacements are estimated using the conventional sliding block method, and both horizontal acceleration coefficient kh and vertical coefficient kv are used to calculate dynamic active forces and are assumed to remain constant through out the entire wall structure. The vertical inertial force is assumed to act upward to produce the most critical factors of safety for the horizontal sliding mechanisms. Another sliding block method proposed by Siddharthan et al. (2004) was based on seismic centrifuge test results of mechanically stabilized earth (MSE) walls, where a rigid-plastic multi-block computational method was developed to predict the permanent displacement of MSE wall subjected to seismic loading. The failure mechanism is comprised of three rigid blocks and possesses a bi-linear failure plane; the top two blocks are rectangular, and the bottom block is triangular. Ling et al. (1996), on the other hand, suggested the two-part wedge mechanism, which has been used to determine the reinforcement length based on tieback/compound failure or direct sliding failure of a vertical wall. The two-part wedge mechanism was further considered in determining the seismic induced permanent displacement of a reinforced steep slope by Ling et al. (1997) and Leshchinsky (1997). The displacement evaluation procedure is similar to the base sliding approach proposed by Cai and Bathurst (1996a), in which the reinforced soil zone is treated as a rigid-plastic block. The displacement of the rigid-plastic block is induced when the factor of safety against direct sliding is less than unity. Huang et al. (2003) introduced the ‘multi-wedge method’ (e.g., three-wedge method) to account for the contribution of facing component and the connecting reinforcement force at the facing-backfill interface in evaluating the seismic displacements of GRS walls, where the three-wedge mechanism was considered to be more appropriate for describing the observed failure patterns. The three-wedge method calculates both the horizontal and vertical displacements utilizing the Newmark sliding block theory. Huang et al. (2003) reported that the calculated displacements using the three-wedge method were comparable with the measured values from the Chi-Chi, Taiwan earthquake. Newmark’s double-integration method in finding the seismic induced permanent displacement requires the ground motion time history to be known. In absence of the ground motion time history, several empirical methods have been developed to predict the seismic induced permanent displacement of earth structures (e.g., Whitman and Liao, 1984; Cai and Bathurst, 1996b; Huang and Wu, 2006; Anderson et al., 2008). Newmark’s sliding block theory has been used as the basis for developing the empirical methods, where the total permanent displacement determined by Newmark’s double-integration method is correlated with input ground motion parameters, such as peak ground acceleration, peak ground velocity, and critical acceleration ratio. The seismic responses of GRS wall can be examined by means of physical model tests or through a numerical modeling study. It is, however, uneconomical and impractical to examine the seismic responses of GRS wall by conducting a series of full-scale physical tests with different types of soils and reinforcements under various seismic loads. Hence, a more economical and practical approach for examining the seismic responses of GRS wall is to conduct a numerical modeling study, in which the numerical tool would need to be validated from physical model tests under well controlled conditions. A review of numerical simulation on seismic performances of GRS structures is provided in Lee et al. (2010). This study was performed to examine the seismic performances of free-standing simple GRS walls with uniform reinforcement spacing and constant reinforcement length under real multidirectional seismic shaking through numerical simulation. The validated numerical tool with proven predictive capability was used to perform a parametric study, where design parameters, such as wall height, wall batter angle, soil friction angle, reinforcement spacing, and reinforcement stiffness, were evaluated. The results of the numerical parametric study were compared with values determined from the Federal Highway Administration (FHWA) allowable stress design methodology (Elias et al., 2001), and discrepancies between the two were identified. The results of the numerical parametric study provided the data needed to develop seismic performance prediction equations. Prediction equations for wall facing horizontal displacement, wall crest settlement, and reinforcement tensile load were developed based on multivariate regression analysis. The prediction equations can provide first-order estimates of the seismic performances in the preliminary analysis of free-standing simple GRS walls.