Abstract
Stone columns are commonly used as ground improvement elements since they act as reinforcing inclusions. However, due to the lack of sufficient lateral confinement for the columns, this technique is not applicable for the improvement of grounds that consist of very soft soils. In order to provide lateral confinement and increase the load bearing capacity of stone columns installed in very soft clay soils, they are usually encased with suitable geosynthetic materials, forming geosynthetic-encased columns (GECs). In this paper, a 3D numerical approach is used to study the effect of varying the encasement length of different columns of a group of GECs on the overall group behavior. These results are compared with those obtained from a group of fully encased columns, through comparison of the settlements and lateral deformations (bulging) of the columns. The analyses are calibrated through modeling the behavior of GECs used in a ground reclamation project in Hamburg, Germany. Parametric studies are also carried out to investigate the effects of factors such as stiffness of the geosynthetic encasement, column diameter, and modulus of elasticity and friction angle of the column material on the overall behavior of the GEC group. The results indicated that encasing only the outer columns of the stone column group is sufficient in providing an optimal design. It was also shown that increasing the stiffness of the encasement and the column diameter enhance the overall behavior of the GEC group through increasing the overall stiffness of the stone columns and the ratio of the soft soil replaced by the stone columns (i.e. the area replacement ratio), respectively. Moreover, it was observed that the performance of GECs is comparatively less sensitive to the internal friction angle of the column material, and that, in general, the modulus of elasticity of the column material has only a small effect on the group behavior
چکیده
ستون های سنگی معمولا به عنوان المان های تقویت زمین استفاده می شوند زیرا آنها به عنوان محورهای تقویت عمل می کنند. بااین وجود به علت فقدان محصورشدگی جانبی کافی برای ستون ها، این تکنیک برای بهبود زمین هایی که شامل خاک های بسیار نرم هستند کاربردی ندارد. به منظور ارائه محصورشدگی جانبی و افزایش ظرفیت باربری ستون های سنگی نصب شده در خاک های رس بسیار نرم، آنها معمولا با مواد ژئوسینتتیک مناسب محصور می شوند که ستون های محصور شده با ژئوسینتتیک (GEC) را تشکیل می دهد. در این مقاله، یک روش عددی سه بعدی برای مطالعه اثر تغییر طول محفظه ستون های مختلف یک گروه GEC بر روی رفتار گروه کلی استفاده می شود. این نتایج با نتایج حاصل از یک گروه از ستون های کاملا محصور، از طریق مقایسه نشست ها و تغییرشکل های جانبی ستون ها مقایسه می شوند. تحلیل ها از طریق مدلسازی رفتار GEC بکاررفته در یک پروژه بازسازی زمین در هامبورگ، آلمان کالیبره می شوند. مطالعات پارامتریک نیز برای بررسی اثرات فاکتورهایی از قبیل سختی محفظه ژئوسینتتیک، قطر ستون، و مدول الاسستیسیته و زاویه اصطکاک مواد ستون بر روی رفتار کلی گروه GEC انجام می شوند. نتایج نشان دادند تنها محصور کردن ستون های بیرونی گروه ستون سنگی در فراهم آوردن یک طراحی بهینه کافی است. هم چنین نشان داده شد افزایش سختی محفظه و قطر ستون، رفتار کلی گروه GEC را از طریق افزایش سختی کلی ستون های سنگی و نسبت خاک نرم جایگزین شده با ستون های سنگی (یعنی مساحت نسبت جایگزینی) به ترتیب ارتقا می دهد. بعلاوه، مشاهده شد عملکرد GEC به طور تطبیقی کمتر به زاویه اصطکاک مواد ستون حساس است و در حالت کلی، مدول الاستیسیته مواد ستون تنها دارای اثر کوچکی روی رفتار گروهی است.
1-مقدمه
ستون های سنگی به طور افزایشی به عنوان یک روش موثر در هزینه و دوستدار محیط برای بهبود خاک های ضعیف از قبیل رس ها، سیلت ها و ماسه های سیلتی استفاده می شوند. عملکردهای اصلی ستون های سنگی عبارتند از:
افزایش ظرفیت باربری خاک، کاهش نشست کلی خاک، و افزایش ظرفیت زهکشی خاک. این روش شامل جایگزینی بخشی از خاک نرم یا سست با ستون های قائم متشکل از خرده سنگ های متراکم می شوند که خاک درجا را به یک ماده مرکب تبدیل می کند که مقاومت برشی و دوام پذیری بالاتر و تراکم پذیری کمتری نشان می دهد. ستون های سنگی معمولاً انتظار می رود مقاومت و سختی خود را به طور مقدماتی از تنش های محصور کننده ارائه شده با خاک مجاور استخراج می کنند...