برای مدل پی،ازیک صفحه فلزی به ابعاد ۱۰۰×۲۱۰ میلیمتروبه ضخامت ۲۰ میلیمتراستفاده شده است.با این ابعادپی رفتاری صلب داشته و در اثر بارگذاری تغییرشکل نمیدهد. زیر پی یعنی محل تماس پی وخاک مقداری خاک بطوریکه تمام سطح پی را بپوشاند چسبانده شده است. به این روش پی سطحی زبر پیدا کرده و در تماس بیشتری با خاک میباشد.

برای ایجاد حفره در خاک از لولههای به قطر۱۰۰ میلی متر،ازجنس پلاستیک انعطاف پذیراستفاده شده است. با توجه به ضخامت کم این لوله ها (۲/۰ میلی متر)وهمچنین مدول الاسیسیته پایین آنها میتوان ازسختی خمشی ومحوری آنها صرفنظر کرد و وضعیت بوجود آمده را بعنوان یک حفره درنظرگرفت.

۳-۲-۳- برنامه آزمایش هـا

برنامه آزمایشی مدنظربا استفاده ازدستگاه مصالح ، در مجموع شامل ۲۰ آزمایش (۱۴ آزمایش مستقل و۶ آزمایش به منظورکنترل صحت نتایج وتکرارپذیری) درحالت حفره هم مرکزنسبت به پی باشرایط مختلف ازتراکم وتسلیح می باشد.
درمورد ماسه متراکم، بارگذاری تا زمانی ادامه می یابد که خاک زیر پی بصورت ناگهانی گسیخته
می شود، اما برای ماسه شل، بارگذاری تا زمانی ادامه می یابدکه نیروسنج، مقدار نیروی ثابتی را نشان دهد.
از جمله مسائل مهم درتحقیقات آزمایشگاهی، تکرار پذیری نتایج به منظور حصول اطمینان ازعملکرد سیستم طراحی شده و مقادیراندازه گیری شده است.بدین منظور تعداد ۶ آزمایش جهت کنترل صحت آزمایشهاو تکرارپذیری آنها صورت گرفته است،که ازاین تعداد،۳ آزمایش متعلق به خاک تقریبا متراکم (% ۷۳= D_r) و۳ آزمایش متعلق به خاک شل (% ۴۲= D_r) می باشد.اختلاف درنتایج تکرارپذیری درخاکهای با دانسیته نسبی متراکم درحدود ۸% و در خاکهای با دانسیته نسبی شل درحدود ۱۰% می باشد.
شکل ۳-۴ نمای شماتیک ازقرارگیری حفره ومسلح کننده زیرپی وهندسه مدل را نشان می دهد.

(شکل۳-۴) :مقطع شماتیک پی مستقربرروی خاک مسلح وحفره]۲۵ [

آزمایشاتی بمنظورتعیین فواصل بهینه درمحل قرارگیری ژئوگیریدها نسبت به پی انجام شده است.دراین آزمایشات نسبت قرارگیری اولین لایه ژئوگیرید۳۵ /۰= u/B که u فاصله لایه اول از زیر پی و B عرض پی میباشد ، بدست آمده است.این نسبت برای سایرلایه ها نیز رعایت شده است،یعنی۳۵/۰= h/B که h فاصله بین لایه ها وB عرض پی می باشد.نسبت عرض مسلح کننده به عرض پی ۶= b/B بدست آمده است[۱۸].
قطرداخلی حفره درتمام آزمایشات برابرعرض پی و۱۰۰ میلیمترمی باشد وعمق قرارگیری آن دو برابر عرض پی، یعنی ۲= H/D می باشد.

۳-۲-۴- ارائه نتایج وتفسیرداده ها

نتایج حاصل ازآزمایش ها به منظور بیان اثر حفره ، دانسیته نسبی خاک وتسلیح خاک به ترتیب ذیل می باشد:
الف- بررسی تاثیرحفره
برای بررسی میزان تاثیرحفره بر ظرفیت باربری پی، منحنی تنش –نشست برای پی واقع بر ماسه متراکم درحالت خاک باحفره و بدون حفره درشکل ۳-۵ نشان داده شده است.ملاحظه می گردد که وجود حفره ضمن تغییر رفتار باعث کاهش تنش قابل تحمل دریک میزان مشخص نشست
می گردد.

(شکل ۳-۵): منحنی های تنش ـ نشست برای پی واقع بر ماسه متراکم در حالت حفره دار و بدون حفره]۲۵ [

ب- بررسی تاثیرتراکم خاک درخاک حفره دار
منحنی تنش- نشست برای پی واقع برماسه متراکم و شل درحالت وجود حفره مطابق شکل ۳-۶
میباشد. همانطور که ملاحظه می شود، پی واقع بر ماسه متراکم، بارنهایی به مراتب بیشتری نسبت به پی واقع برماسه شل، تحمل می کند. در ماسه متراکم، با افزایش بار، میزان نشست افزایش پیدا
میکند و با رسیدن بار به مقدار نهایی خود، خاک زیر پی بصورت ناگهانی گسیخته میشود و سطح گسیختگی تاسطح ترانشه (سطح زمین) ادامه پیدا میکند که مبین گسیختگی برشی کلی
میباشد. در این زمان مقدار بار بصورت ناگهانی کاهش پیدا میکند، در حالیکه مقدار نشست همچنان در حال افزایش میباشد. اما در ماسه شل شرایط بگونه دیگری است. در ماسه شل، با افزایش بار، مقدار نشست افزایش پیدا میکند و با نزدیک شدن بار به مقدار نهایی خود، شیب منحنی تنش-نشست بتدریج کمتر شده ومنحنی به خط افقی نزدیکتر میشود ، بطوریکه با افزایش مقدار جزئی بار، نشست زیادی در پی اتفاق می افتد.دراین حالت ، سطوح گسیختگی بطورکامل تشکیل نمی شود.به علت نشست پیوسته درماسه شل تاثیر بارسریعتر به حفره زیر پی رسیده ومنجر به کاهش در ظرفیت باربری ماسه شل نسبت به ماسه متراکم می شود که این مقداردرحدود ۶۰% میباشد.
شکل ۳-۷ تاثیرتراکم خاک را برروی مکانیزم گسیختگی پی مستقر برخاک حفره دار نشان
می دهد.براساس این شکل ملاحظه می گردد که تاثیرحفره درماسه بادانسیته نسبی ۴۲%بیشترازماسه بادانسیته نسبی ۷۳% است،باتوجه به مکانیزم گسیختگی درخاک متراکم چنانچه حفره در ناحیه گسیختگی کلی خاک نباشد تاثیرآن نیز کمترخواهد بود.

(شکل ۳-۶): منحنی های تنش‌ـ نشست برای پی واقع بر ماسه متراکم و شل در حالت حفرهدار]۲۵ [

(شکل ۳-۷): اثر دانسیته نسبی خاک روی حداکثر نشست پی و تغییر شکل خاک در عمق مدفون D2] 25[

ج ـ بررسی تاثیرمسلح کننده درخاک حفره دار
شکل های ۳-۸و۳-۹ به ترتیب منحنی تنش-نشست پی در دانسیته نسبی شل و متراکم و بدون خروج ازمرکزیت درعمق مدفون D2 را با تعداد لایه های مختلف تسلیح نشان میدهد. همانگونه که مشاهده می شودبا افزایش تعداد لایه ها میزان نشست کاهش و ظرفیت باربری افزایش مییابد.
لایه های مسلح کننده بواسطه اصطکاک بادانه های خاک دراثرنشست، تحت کشش قرارگرفته و درانتقال و توزیع تنش باخاک، یک سیستم مرکب را بوجود آورده که باتوجه به ظرفیت بالای تحمل کشش توسط لایه های مسلح کننده، مقاومت برشی مجموعه افزایش یافته و درنتیجه باعث کاهش نشست وافزایش ظرفیت باربری خاک میگردد.

(شکل ۳-۸): منحنی های تنش – نشست برای پی واقع بر ماسه شل در حالت حفرهدار و با تعداد لایه های مختلف مسلح کننده]۲۵[

(شکل ۳-۹) : منحنی های تنش– نشست برای پی واقع بر ماسه متراکم در حالت حفرهدار و با تعداد لایه های مختلف مسلح کننده]۲۵ [

۳-۲-۵- نتیجه گیـری

آزمایشات انجام شده دراین مطالعه میتوانند به عنوان یک گام مثبت جهت بررسی اثر دانسیته نسبی خاک وتسلیح خاک زیر پیهای مستقربرخاک حفره دارباشند.دراین مطالعات تغییرات ظرفیت باربری پی بعلت تغییردرتعداد لایه های مسلح کننده و دانسیته نسبی خاک بررسی شده است. بطور کلی
میتوان گفت جهت کاهش یا خنثی کردن اثرکاهشی حفره برظرفیت باربری پی می توان قسمتی ازخاک بالای حفره را با خاک مسلح یاغیرمسلح با دانسیته نسبی بالاترجایگزین نمود. نتایج نشان
میدهد جهت افزایش ظرفیت باربری پی میتوان از تسلیح خاک زیرپی و یا دانسیته نسبی خاک و در صورت نیاز از هر دو مورد استفاده کرد. اما اثرتسلیح به مراتب بیشتر از اثرافزایش دانسیته نسبی خاک می باشد. همچنین لازم به ذکراست که نتایج ارائه شده دراین مقاله برای خاک و ژئوگرید با خصوصیات ارائه شده و پی نواری قابل کاربرد بوده و برای موارد دیگرلازم به بررسی دقیقتر میباشد.

۳-۳- مطالعه عددی و تحلیلی

* پایداری خاک مسلح باژئوتکستایل واقع بریک حفره زیرزمینی
وجود حفرات زیرزمینی که تعدادآنها به سرعت درحال افزایش می باشد، باعث بروز مشکلات وخطرات زیادی شده است. حفرات زیرزمینی چه به شکل طبیعی یا مصنوعی آن، به ویژه درمناطق شهری ممکن است درمجاورت و یا زیر سازه ها قرارگیرند. از آنجاییکه این حفرات در ژرفاهای کم واقع میباشند، تاثیرآنها میتواند تا سطح زمین گسترش یابد و باعث ایجاد نشستهای قابل توجهی درسطح زمین و یا حتی فروپاشی این حفرات گردد. روش های متعددی برای پایداریسازی سقف این حفرات وجود دارد که از جمله آنها عبارتند از تثبیت خاک با تزریق، ایجاد دال بتنی مسلح روی حفرات و شمع کوبی تاروی سنگ بسترسالم. درحال حاضر یک راه حل اقتصادی جهت پایداری سازی سقف این حفرات، تسلیح پوشش خاکی روی آنها می باشد. خاک مصالحی است که دارای مقاومت فشاری وبرشی خوبی بوده ولی چندان قادر به تحمل نیروهای کششی نمیباشد. برای مسلح سازی هم میتوان از فلزات و هم از ژئوسینتتیکها استفاده نمود. با توجه به ضعف فلزات مدفون در برابر خوردگی وهمچنین گسترش فرآورده های پلیمری وسازگاری بیشترآنها با خاک،دربیشتر موارد ازژئوسینتتیک استفاده نمود.

۳-۳-۱- الگوسازی مساله

دراین پژوهش جهت بررسی پایداری خاک مسلح واقع برحفرات زیرزمینی،ازنسخه۲/۸ نرم افزار PLAXIS استفاده شدکه قادر به انجام تحلیل درفضای دوبعدی وبه روش عددی اجزای محدود
می باشد.دراین نرم افزار به دلیل وجود المان ژئوگرید و همچنین امکان ایجاد سریع حفره باشرایط گوناگون ساخت تونل،الگوسازی مساله مورد بررسی بادقت وسرعت بالایی به انجام رسید.شکل کلی الگوواجزای گوناگون موجودآن به صورت شکل زیر می باشد.

(شکل ۳-۱۰): شکل کلی الگوی خاک مسلح واقع بر یک حفره زیر زمینی]۲۶ [

باتوجه به شرایط مساله،جهت انجام تحلیلهای مورد نیاز برروی الگوهای ساخته شده حالت کرنش صفحه ای درنظرگرفته شد.همچنین برای تشکیل شبکه اجزای محدود وانجام محاسبات، ازاجزای مثلثی ۱۵ گرهی برای لایه خاک وپنج گرهی برای المان ژئوتکستایل استفاده گردید. پوشش خاکی روی حفره ازنوع خاک ماسه ای ( C=0) باالگوی رفتاری مور- کولمب می باشدکه مشخصات آن مطابق جدول زیراست.