پیش‌بینی رفتار بار-نفوذ پی اسپادکن در خاک‌های چندلایه رسی

نوع: Type: رساله

مقطع: Segment: دکتری

عنوان: Title: پیش‌بینی رفتار بار-نفوذ پی اسپادکن در خاک‌های چندلایه رسی

ارائه دهنده: Provider: حجت مهرعلی‌زاده

اساتید راهنما: Supervisors: دکتر مسعود مکارچیان

اساتید مشاور: Advisory Professors:

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر ابوالفضل اسلامی، دکتر کاظم فخاریان و دکتر عباس قدیمی

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: 18 مهر 1400- ساعت 8 صبح

مکان ارائه: Place of presentation: مجازی

چکیده: Abstract: استفاده از سکوهای حفاری جکاپ برای حفاری موقت و دائم در بستر آب‌های نیمه عمیق (تا 150 متر) مرسوم است. نصب این سکوها در بستر دریاها عمدتاً با پی‌های تکی موسوم به اسپادکن انجام می‌شود. هندسه پی اسپادکن در طی سال‌ها تغییراتی را تجربه کرده است اما امروزه پی‌های اسپادکن دارای بدنه مخروطی و دارای نوکی برای ایجاد نقطه اثر و نفوذ ایمن‌تر و سریع‌تر هستند. هندسه‌های جدید همانند اسپادکن لبه‌دار در حال مطالعه و توسعه هستند. پروفیل خاک مهم‌ترین عامل موثر بر ظرفیت باربری اسپادکن در حین نصب و بهره‌برداری است. قرار گرفتن لایه خاک بر روی یک و یا چند لایه دیگر رفتار اسپادکن در آن لایه را تحت تاثیر خود قرار می‌دهد. اگر لایه خاک بر روی لایه و یا لایه‌های ضعیف‌تر قرار داشته باشد، نفوذ اسپادکن ممکن است تحت اثر پدیده گسیختگی سوراخ‌کننده دچار خطراتی از جمله نفوذ سریع و غیرقابل کنترل، کج شدگی یا شکست پایه و در نهایت سقوط جکاپ در محل نصب شود. همین‌طور قرار گرفتن لایه خاک بر روی لایه قوی تر ممکن است منجر به عدم نفوذ پایه‌ها، لغزش در امتداد جانبی و در نهایت آسیب به سکوی جکاپ و یا سازه‌های مجاور شود. از آنجا که سکوهای جکاپ ممکن است در عمر خود پروفیل‌های متفاوتی را تجربه کنند، تخمین ظرفیت باربری اسپادکن و تعیین عمق مناسب نفوذ برای عملکرد ایمن در حین بهره برداری از سکوی جکاپ ضروری است. عمده پژوهش‌های گذشته و استانداردهای مربوط به نصب و بهره‌برداری سکوهای جکاپ دست به ایده‌ال‌سازی شرایط خاک و تبدیل خاک‌های چندلایه به دولایه زده‌اند که منجر به تفاوت نتایج در واقعیت و طرح نفوذ می‌شود. هم‌چنین پژوهش‌ها در مورد هندسه‌های متفاوت اسپادکن و ارائه هندسه مطلوب بسیار محدود است. در این رساله سعی شده است با گذر از ساده‌سازی‌های معمول و با استفاده از نتایج مدل‌سازی‌های فیزیکی و عددی نفوذ اسپادکن در خاک‌های رسی یک، دو و سه‌لایه و هم‌چنین در نظر گرفتن اثرات اندرکنش لایه‌ها و پارامترهای مهم موثر بر ظرفیت باربری، رفتار بار- نفوذ اسپادکن را تحلیل کند. در نهایت نیز با استفاده از نتایج مدل‌سازی‌ها و به کمک ریاضیات، روابط پیش‌بینی ساده اما کاربردی را برای استفاده مهندسان سازه‌های دریایی ارائه شده است. علاوه بر هندسه متداول، هندسه‌های دیگری مانند اسپادکن لبه‌دار و معکوس نیز در این پژوهش مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. هم‌چنین، نفوذ مخروط CPT به‌عنوان یکی از راه‌های تعیین ظرفیت باربری زهکشی نشده لایه‌های خاک نیز در این پژوهش بررسی شده است. نتایج این رساله نشان داد که می‌توان از خاک رس اصلاح‌شده با سیمان به‌عنوان لایه با مقاومت زیاد در مدل‌سازی فیزیکی نفوذ اسپادکن در رس استفاده کرد اما بایستی کاهش در ضرایب ظرفیت باربری در لایه‌های دارای سیمان در خاک‌های چندلایه در تحلیل‌های بعدی مدنظر قرار گیرد. نتایج نفوذ مخروط‌های CPT در پژوهش کنونی نشان داد که کاهش مقدار PI ناشی از افزودن سیمان باعث کاهش ضریب مخروط خواهد شد. هم‌چنین بین نتایج مقاومت نوک مخروط با قطرهای متفاوت تفاوت چشم‌گیری وجود ندارد؛ بنابراین می‌توان در مدل‌سازی فیزیکی با اطمینان مناسب از مخروط‌های با قطر کوچک‌تر نیز استفاده کرد. نتایج مدل‌سازی اسپادکن‌های با هندسه متفاوت نشان داد که هندسه‌های معکوس و لبه‌دار، ظرفیت باربری بیشتری را نسبت به اسپادکن متداول نشان دادند. برای مثال، در مدل‌سازی فیزیکی، اسپادکن‌های لبه‌دار و معکوس به‌ترتیب 7 و 14 درصد ظرفیت باربری بیشتری نسبت به اسپادکن متداول داشتند. این افزایش ظرفیت باربری در نتایج مدل‌سازی عددی نیز مشاهده شد که مقدار آن به‌ترتیب 4 و 8 درصد برای اسپادکن‌های لبه‌دار و معکوس بود. هم‌چنین، اسپادکن‌های معکوس و لبه‌دار بیشترین مقاومت اوج در لایه سخت و بیشترین افت مقاومت پس از رسیدن به مقاومت اوج (پتانسیل گسیختگی سوراخ‌کننده) را نیز داشتند. شکل منحنی ظرفیت باربری در لایه خاک واقع بر یک یا چندلایه دیگر وابسته به ضخامت و پارامترهای مقاومت برشی خود آن لایه و لایه‌های زیرین است. در حالتی که لایه مذکور بر روی یک لایه ضعیف‌تر واقع باشد منحنی ظرفیت باربری آن شبیه یک خط است که می‌توان آن را با تعیین دو نقطه (شامل مقاومت اوج و مقاومت در مرز دو لایه) تخمین زد. تخمین این منحنی در حالتی که لایه مذکور بر روی یک لایه قوی‌تر واقع شده باشد، با سه نقطه (شامل مقاومت اولیه، مقاومت در عمق 0.6H و مقاومت در مرز دو لایه) امکان‌پذیر است که در پژوهش کنونی روابطی برای پیش‌بینی این منحنی در خاک‌های رسی چندلایه ارائه شده ‌است. نتایج نشان داد که روابط پیش‌بینی در تخمین منحنی ظرفیت باربری اسپادکن در انواع پروفیل‌های خاک رس چندلایه و رس‌های یک‌لایه با تغییر مقاومت برشی زهکشی نشده موفق عمل کرده‌اند.

فایل: ّFile: تنزيل فایل