مطالعه عددي اثر مسلح‌سازي بستر بر رفتار مقاطع تسليح شده آزمايشي به روش اجزاي محدود

Numerical Study of the Effect of Reinforcing Subgrade on Behavior of Reinforced Test Sections by FEM

يكي از روش­ هاي مناسب احداث سريع راه ­ها روي بسترهاي ضعيف، استفاده از مسلح­ كننده ­هاي ژئوسنتتيك با هدف بهسازي خاك مي­باشد كه در حال حاضر بسيار مورد توجه قرار گرفته است. به منظور شناخت هرچه بيشتر رفتار بسترهاي مسلح شده و تبيين روش ­هاي طراحي مناسب براي آن­ها، تاكنون آزمون­ هاي صحرايي و آزمايشگاهي محدودي تحت شرايط بارگذاري ترافيكي واقعي برنامه­ ريزي و اجرا گرديده است. اما به علل مختلف، از جمله هزينه­ هاي زياد آزمون­ هاي صحرايي و مشكلات اجرايي، انجام آنها با محدوديت ­هايي همراه است. به كمك روش­هاي شبيه ‏سازي عددي مي­توان مطالعات پارامتريك جامعي را در مورد عملكرد اين­گونه راه­ ها به انجام رساند و تأثير عوامل مهم را مورد ارزيابي قرار داد. در اين تحقيق، با استفاده از شبيه­ سازي عددي سه­ بعدي، عملكرد بستر راه مسلح ­شده با لايه ­هاي ژئوسنتتيك تحت اثر بار ترافيك عبوري مورد بررسي قرار گرفت و نتايج آن به كمك داده­ هاي مطالعات ميداني اعتبارسنجي شد. مقايسه نتايج حاصل از مدل‏سازي عددي و مطالعات ميداني نشان مي­دهد كه مدل عددي قابليت پيش ­بيني رفتار يك سيستم مسلح شده با ژئوگريد را دارا مي­باشد و انطباق مناسبي بين نتايج حاصل از آزمايش­ هاي صحرايي و پاسخ­ هاي مدل‏سازي عددي وجود دارد. نتايج بررسي ­هاي عددي نشان مي­دهد كه نشست راه با بستر مسلح شده به شدت تحت تأثير خصوصيات مكانيكي مسلح ­كننده ­ها، از جمله سختي ژئوگريد، مي­باشد. به نحوي كه با كاهش سختي ژئوگريد در حدود 50%، نشست سطح راه حدود 61% افزايش مي­يابد. همچنين، تأثير سختي مصالح اساس و بستر بر ميزان نشست سطح راه در حالت بستر مسلح شده به ميزان 50% نسبت به بستر مسلح نشده كاهش مي­يابد. نتايج، افزايش ظرفيت ترافيك (TBR) به ميزان 11/26 برابر را بر اثر تسليح و تقويت مقطع با مسلح­ كننده قوي نشان مي­دهد.

One of the appropriate methods to improve the roadway, built on the weak subgrade, is using geosynthetic reinforcement that is highly regarded. Few field and laboratory tests have been planned and conducted under the real traffic loading to investigate the behavior of reinforced subgrade and achieve suitable design methodology. However, due to such limitations as high costs of laboratory or field tests, their implementation is limited. Numerical simulation methods can help to study the performance of such reinforced roads and evaluate the effect of important parameters. In this research, three-dimensional finite element method (FEM) was used to investigate the behavior of the geosynthetic reinforced roads under traffic loads, and the results were validated with field data. Results of the numerical modeling and field studies showed that the numerical model can predict the behavior of a geogrid-reinforced system and there was a good agreement between the results of field studies and modeling responses. Results of the numerical study also showed that the settlement of reinforced road is strongly influenced by the mechanical properties of reinforcement, including the stifness of the geogrid. Reduction of geogrid stifness by 50%, increased the surface settlement by about 61%. Also, effect of the stiffness of subgrade and base layer in reinforced test section on the surface settlement was 50% less than the unreinforced test section. Results showed TBR increase by 26.11 times due to the reinforcement of the test section with a strong reinforcing agent.