طراحی و مدل‌سازی عددی دستگاه ضربه‌زن سبک برای تراکم دینامیکی با انرژی کم به روش اجزاء محدود

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مربی گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد دزفول

2 استادیار گروه مهندسی عمران و ژئوتکنیک، دانشگاه یاسوج

3 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد رامهرمز، دانشگاه آزاد اسلامی، رامهرمز

چکیده

هدف این پژوهش، به دست آوردن روشی است که تمام پارامترهای دینامیکی به راحتی و با روش‌های عددی به ‌دست آورد و همچنین بتوان پس از اعمال هر ضربه، پارامترهای دینامیکی خاک را پیش‌بینی و با رسیدن به تعداد ضربه پیش‌بینی شده عملیات تراکم پایان پذیرد و مقدار مطلوب پارامتر دینامیکی مورد نظر هم تأمین شده باشد. در پژوهش حاضر، 4 نوع دستگاه ضربه‌زن با ابعاد متفاوت روی خاک ماسه‌ای با استفاده از نرم‌افزار آباکوس مدل‌سازی و با استفاده از روش سختی موج فعال شده پارامترهای دینامیکی مربوط به هر دستگاه برای ماسه سست استخراج شده و معلوم می‌گردد کدام دستگاه در چه موقعیتی دارای بیشترین بازده می ­باشد. با به دست آوردن حداکثر سرعت ذره با استفاده از نرم‌افزار اجزاء محدود در هر یک از دستگاه‌های ضربه‌زن، فاصله ایمن برای هر دستگاه به ازای هر ضربه به ‌دست آمد. نتایج حاکی از آن است که فاصله غیر ایمن دستگاه ضربه‌زن از محل اصابت ضربه با افزایش وزن ضربه‌زن افزایش یافته است. در این تحقیق دستگاه ضربه‌زن سبک با مشخصات وزن کوبه 875 کیلوگرم، ارتفاع سقوط 1متر، فاصله غیر ایمن افقی 3/80 متر، فاصله غیر ایمن عمودی2/30 متر، تعداد ضربه مورد نیاز برای رسیدن به بیشینه‌ی سختی 5 ضربه و عمق بهبود یافته زیر پی 0/9 الی 1/2 متر بر روی خاک سست طراحی و مقدار خطای نسبی 5 درصد محاسبه شده است. عمق بهبود به دست آمده با استفاده از روش عددی با نتایج سانتریفیوژ در شتاب‌های 1g، 10g، 20g، 30g و نتایج صحرایی پرویزی و مریفاید، آلن، ماکسول و بریاد همخوانی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Design and Numerical Modeling of Light Compactor for Very Low Energy Dynamic Compaction by Finite Element Method

نویسندگان [English]

  • Mohsen zahed aqae 1
  • Mansour Parvizi 2
  • Somayeh Sirouspour 3
1 Instructor Dept. of Civil Engineering, Islamic Azad University, Dezful Branch
2 Assistant professor in civil and geotechnic engineering, Yasouj University
3 Young Researchers and Elite Club, Ramhormoz Branch, Islamic Azad University, Ramhormoz
چکیده [English]

The purpose of this study is to find a method for obtaining all soil dynamic parameters numerically. Moreover, it is intended to predict the dynamic parameters after each impact and to obtain the predicted compaction as well as the desired dynamic parameters after a certain number of impacts. In the study, four hammers with different dimensions are modeled on sandy soil using ABAQUS. Additionally, the activated wave stiffness test is used to extract the dynamic parameters of each hammer for loose sand, and it is shown that which hammer under what conditions yields the highest efficiency. The peak particle velocity is obtained using the finite element technique for each hammer, and the results are used to determine the safe distance after each blow. The results indicate that the unsafe distance of the compactor from the location of impact increases with the weight of the compactor. In the study, a hammer with a mass of 875 kg, falling through a distance of 1 m. A safe horizontal distance of 3.80 m, and a safe vertical distance of 2.30 m are designed to deliver five blows to achieve the maximum stiffness with an improved depth under the foundation from 0.9 to 1.2 m in loose soil and a relative error of 5% is obtained. The improvement depth obtained numerically is in good agreement with the experimental results of centrifuge tests at accelerations of 1, 10, 20, and 30 g, as well as the field results of Parvizi and Merrifield, Allen, Maxwell and Briaud.  

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil compaction
  • Compactor
  • Activated wave stiffness test
  • Unsafe distance
  • Improved depth

مراجع

[1] E. Kamalpour, M. Bakhtiari, J. Ahadiyan, Investigation of the effect of Hammer radius parameters and number of impact on soil improvement by dynamic density method In line with the construction of offshore structures, Journal of Marine Science and Technology, 18.4 (2019) 75-90. (In Persian)
[2] B. Scott, M. Jaksa, P. Mitchell, Depth of influence of rolling dynamic compaction, Journal of Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Ground Improvement, (2021) 1-10.  
[3] L. Ménard, Y. Broise, Theoretical and practical aspects of dynamic consolidation, Journal of Geotechnique, 25.1 (1975) 3-16.
[4] R. L. Kuhlemeyer, J. Lysmer, Finite element method accuracy for wave propagation problems,  Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, 99.5 (1973) 421-427.
[5] J.M. West‚ B.C. Scolombe, Dynamic consolidation as an alternative foundation, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 11.6 (1975) 4-52.
[6] A. Leonards, A. Cutter, D. Holtz, Dynamic compaction of granular soils, Journal of the Geotechnical Engineering Division, 106.1 (1981) 35-44.
           
[7] J. A. Charles, D. Burford, K. S. Watts, Field studies of the effectiveness of dynamic consolidation, 10th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Stockholm, (1993) 399-412.
[8] B.C. Scolombe, Dynamic compaction Ground improvement, Moseley. M.p.ED‚ (2004) 93-118.
[9] R.G. Lukas‚ Geotechnical engineering circular, Dynamic Compaction Federal Highway Report‚ FHWA-SA-95-037, 1995.
[10] O. Orrje‚ The use of dynamic plate load tests in determining deformation properties of soil, Royal Institute Technology (KTH), Stockholm Sweden‚ 56 (1996).
[11] CM. Merrifield, Cruickshank, M. Parvizi, Modelling of low energy dynamic compaction, International Conference on Geotechnical Centrifuge Modelling, (1998) 819-824.
[12] Q. GU‚ F.H. Lee, ground response to dynamic compaction of dry sand, Journal of Geotechnique‚ 52.7 (2002) 481-493.
[13] R.A. Scott‚ R.W. Pearce‚ Soil compaction by impact, Journal of Geotechnique‚ 25.1 (1975) 19-30.
[14] J.H. Roesset‚ E. Kausel‚ V. Cuellar‚ J.L. Monte‚ J. Valerio‚ Impact of weight falling onto the ground, Journal of Geotechnical Engineering‚ 120.8 (1993) 1394-412.        
[15] A.J. Deeks‚ M.F. Randolph‚ A Simple model for inelastic footing response to transient loading, International Journal Numer Meth Engineering‚ 19 (1995) 307-29.
[16] M.Parvizi, C.M.Merrifield, Centrifuge modelling of soil improvement by low energy dynamic compaction (LEDC), soil mechanics and foundation Engineering Canada original, 48.6 (2000).
[17] C. Zhou, et al. Evaluation on Improvement Zone of Foundation after Dynamic Compaction, Journal of Applied Sciences, 11.5 (2021) 2156.
[18] S. Brazvan, M. Fakhri, Correlation study of DCP, CBR and three-axis cycle test results (in Qom-Semnan axis), Journal of Transportation Engineering, 4.1 (2012) 11-21. (In Persian)
[19] M. Bakhtiari, E. Kemalpour asl, J. Ahadian, Numerical modeling of soil dynamic density using finite difference method, Journal of Advanced Applied Geology, Shahid Chamran University of Ahvaz, 8.1 (2018) 60-68.
[20] M. Porgnaby, A. Hamidi, Modeling of ground vibrations in dynamic compaction operations on dry sandy soils, Journal of Modeling in Engineering, 32 (2013) 1-9. (In Persian)
[21] A. Ghanbari, Study of soil modulus of elasticity in alluvium south of Tehran, Journal of Earth Sciences, 18.17 (2009) 3-8. (In Persian)
[22] J. Wiss, Construction Vibrations: State of the Art, ASCE Special Geotechnical Publication, 107.GT2 (1981) 167-181.
[23]  R. G. Lukas, Dynamic Compaction for Highway Construction, Design and Construction Guidelines, 1986 Federal Highway Admin, U.S. Dept. of Transport, Washington Report, FHWA/RD, 1 (1986) 86-133.
[24] R.G. Lukas, Densification of loose deposits by pounding, ASCE Special Geotechnical Publication, 106.GT4 (1980) 435-446.
[25] K.M. Rollins, J.H. Kim, U.S. Experience with dynamic compaction of collapsible soils, ASCE Special Geotechnical Publication, New York, 45 (1994) 26-43.
[26] P.W. Mayne, J.S. Jones, J.C. Dumas, Ground response to dynamic compaction, ASCE Special Geotechnical Publication, 6 (1984) 757-774.
[27] M. Parvizi, C.M. Merrifield, Centrifuge validation of soil improvement prediction using the WAK test analysis, Manchester School of Engineering, University of Manchester, UK, 1 (2004) 33-37.
[28] J. Maxwell, J.l. Briaud, Wak Tests on 53 footings, Texas A and M University Report, (1991).
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 54، شماره 5
مرداد 1401
صفحه 1857-1884

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار