Επιρροή των χαλικοπασσάλων στη στερεοποίηση μαλακών εδαφικών σχηματισμών κάτω απο επιχώματα.

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει την επιρροή των χαλικοπασσάλων στη στερεοποίηση μαλακών εδαφικών σχηματισμών κάτω από επίχωμα μεγάλου πλάτους. Συγκεκριμένα, με αφορμή τη θεμελίωση επιχώματος σε ένα πολύ μαλακό αργιλικό σχηματισμό ενισχυμένο με χαλικοπασσάλους, διερευνάται η επιρροή των διαφόρων παραμέτρων του εδάφους στην εξέλιξη του φαινομένου της στερεοποίησης. Αρχικά, παρατίθενται ορισμένα χαρακτηριστικά των μαλακών εδαφικών σχηματισμών, αναλύεται ο τρόπος υπολογισμού των καθιζήσεων υπό συνθήκες μονοδιάστατης συμπίεσης και παρουσιάζεται η θεωρία της στερεοποίησης του Terzaghi αλλά και οι λύσεις των Hansbo, Rendulic και Carillo που έχουν διατυπωθεί για τον υπολογισμό της στερεοποίησης στην περίπτωση προφορτιζόμενου εδάφους με χρήση κατακόρυφων στραγγιστήριων. Εν συνεχεία, χρησιμοποιώντας τις αναλυτικές μεθοδολογίες των Hansbo, Rendulic και Carillo για την οριζόντια στράγγιση, διερευνάται η επιρροή στην εξέλιξη της στερεοποίησης παραγόντων του προβλήματος όπως η διαπερατότητα και η συμπιεστότητα του εδάφους, η σχέση της οριζόντιας προς την κατακόρυφη διαπερατότητα, καθώς και το μέγεθος και ο βαθμός διαταραχής της ζώνης αναμόχλευσης που δημιουργείται γύρω από τους χαλικοπασσάλους κατά την κατασκευή τους. Ακολούθως, τα αποτελέσματα των παραπάνω λύσεων συγκρίνονται με αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν με τον κώδικα πεπερασμένων στοιχείων Abaqus. Για τις αναλύσεις αυτές, μορφώνεται τρισδιάστατο αξονοσυμμετρικό μοντέλο που προσομοιάζει το ένα τεταρτημόριο της διαμέτρου του χαλικοπασσάλου και το περιβάλλον του έδαφος. Για την ακριβέστερη διερεύνηση του προβλήματος, χρησιμοποιούνται δύο διαφορετικά καταστατικά προσομοιώματα για την περιγραφή των υλικών του προβλήματος: η θεωρία της γραμμικής ισότροπης ελαστικότητας και η θεωρία της ποροελαστικότητας. Με τη χρήση πεπερασμένων στοιχείων, διερευνάται επιπλέον η επιρροή της συμπιεστότητας του χαλικοπασσάλου στην εξέλιξη του φαινομένου. Τέλος, παρουσιάζεται ένα πραγματικό πρόβλημα ακτινικής στράγγισης του εδάφους, όμοιο με αυτό που διερευνάται μέσα από την εργασία. Στα πλαίσια του πραγματικού προβλήματος, πραγματοποιούνται ανάστροφες αναλύσεις για τον επαναπροσδιορισμό των χαρακτηριστικών του εδάφους που επηρεάζουν τη λύση. Στις αναλύσεις αυτές, προκειμένου να προσομοιωθεί καλύτερα το φυσικό έδαφος, χρησιμοποιείται το τροποποιημένο καταστατικό προσομοίωμα cam-clay.

This thesis examines the impact of stone columns on the consolidation of soft soils under embankments. Considering the foundation of an embankment on a very soft clay formation improved by stone columns, the influence of various soil parameters on the consolidation process is investigated. Firstly, the mechanical and physical properties of soft soils are described and the available methods for settlement calculations under embankments are analyzed. Furthermore, the Terzaghi’s consolidation theory as well as the solutions proposed by Hansbo, Rendulic and Carillo for radial drainage are presented. Subsequently, using the analytical methodology based on the solutions of Hansbo, Rendulic and Carillo for radial drainage, the influence of various factors on the consolidation process is investigated. The factors that were taken under consideration are the soil permeability and compressibility, the relation between horizontal and vertical permeability, the size and the disturbance of the smear zone which is created around the stone column as a result of its construction. The results of the aforementioned analytical solutions are then compared to numerical analysis results. Abaqus code was ued on that purpose. The problem is simulated by a three-dimensional axis-symmetrical model which represents a quarter of the stone column diameter and its surrounding soil. Two constitutive models were used for the description of material properties: linear elasticity and porous elasticity. Finally, a real problem concerning radial drainage is presented. The real problem is similar to those previously analyzed. A back-analysis is carried out in order to redefine the soil properties which affect the solution. For the later, the modified cam-clay model is used in order to better simulate the soil behavior.