Πειραματική μελέτη, επί φυσικών ομοιωμάτων, σεισμικής απόκρισης ημιβυθισμένων πρανών κοκκώδους εδάφους

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η πειραματική μελέτη, επί φυσικών ομοιωμάτων, της συμπεριφοράς ξηρών και ημιβυθισμένων πρανών κοκκώδους εδάφους, σε δυναμική (σεισμική) φόρτιση. Οι εργαστηριακές δοκιμές διεξήχθησαν στο εργαστήριο Δομικής Μηχανικής και Στοιχείων Τεχνικών Έργων της σχολής Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών του ΕΜΠ. Για την ανάλυση των αποτελεσμάτων των πειραμάτων χρησιμοποιήθηκαν δύο μέθοδοι υπολογισμού των ανηγμένων παραμορφώσεων. Και οι δύο μέθοδοι είναι ψηφιακές, αφού χρησιμοποιούν ψηφιακές εικόνες και βίντεο για τον υπολογισμό των ανηγμένων παραμορφώσεων του εδάφους. Η πρώτη ονομάζεται, Συσχέτιση Ψηφιακών Εικόνων (DIC). Για τη μέθοδο αυτή χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Vic-2D, το οποίο διαθέτει το εργαστήριο. Η δεύτερη, ονομάζεται PIV (Particle Image Velocimetry) και το αντίστοιχο λογισμικό ονομάζεται geoPIV, το οποίο λειτουργεί μέσω του MATLAB. Οι δύο μέθοδοι περιγράφονται αναλυτικά παρακάτω. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε στις εργαστηριακές δοκιμές είναι η εξής: Αρχικά, έγινε κοκκομετρική ανάλυση του εδάφους για να προσδιοριστεί ο τύπος του εδάφους και κατ’ επέκταση οι ιδιότητες του. Εν συνεχεία, τοποθετούνταν το έδαφος σε κουτί από Plexiglass, διαμορφώναμε το πρανές ούτως ώστε να έχει την κατάλληλη γωνία βάσει της γωνίας τριβής του υλικού και του συντελεστή ασφαλείας, που είχε επιλεγεί για την περίπτωση των πρανών και στη συνέχεια, τοποθετούσαμε το δοκίμιο πάνω σε σεισμική τράπεζα 1-D και επιβάλλαμε σεισμική φόρτιση, μέσω του λογισμικού LabView , το οποίο είναι εγκατεστημένο στον σταθερό υπολογιστή του εργαστηρίου. Πριν και μετά την φόρτιση καταγράφονταν εικόνες από την αρχική και τελική κατάσταση του μοντέλου. Κατά τη διάρκεια της δυναμικής φόρτισης καταγράφονταν βίντεο. Μέσω του επιταχυνσιογράφου καταγράφονταν οι επιταχύνσεις που αναπτύσσονταν κατά τη διάρκεια της σεισμικής φόρτισης. Συνολικά, διεξήχθησαν τέσσερα πειράματα: Στο πρώτο πείραμα μελετήθηκε η ολίσθηση των κόκκων ξηρού πρανούς λόγω σεισμικής φόρτισης και στο δεύτερο μελετήθηκε το φαινόμενο της υποσκαφής του εδάφους σε ημιβυθισμένο πρανές. Στην επόμενη δοκιμή μελετήθηκε η συμπεριφορά διαφράγματος, που λειτουργεί ως τοίχος αντιστήριξης για την σταθεροποίηση μάζας εδάφους, σε ξηρό έδαφος και στην τελευταία δοκιμή μελετήθηκε το διάφραγμα παρουσία νερού. Τέλος, διερευνήθηκε η ακρίβεια με την οποία η καθεμιά μέθοδος υπολογίζει τις μετατοπίσεις των κόκκων του εδάφους.

The present postgraduate study refers to the experimental research of the dynamic response of semi- submerged slopes of granular soil , using physical models. The experiments carried out at the Geotechnical Engineering Laboratory of the Department of Rural and Surveying Engineering of the National Technical University of Athens. The experiments’ results analyzed with two deformation measurement systems. Both of them are digital, as they use digital images and videos to measure the soil’s displacements. The first one, is the DIC (Digital Image Correlation) method. This method is based on the contrast differentiation of the images analyzed, to calculate the displacements of the grains. For this method we used the software Vic-2D. The second method called PIV (Particle Image Velocimetry) uses close range photogrammetry to calculate the displacements of the soil. For the PIV analysis, we used the software geoPIV , which was conceived as a MATLAB module. The process we followed during the lab tests, begins with the grain size analysis of the soil, in order to specify the soil type. The results of the analysis, proved that the soil is sand. After that, we placed the soil into a box, made by Plexiglass . Then we configured the soil to have the appropriate angle, for the safety factor (FS), we chose. The next step, is the placement of the model on the 1-D shake table of the laboratory and the imposition of seismic signal. The seismic signal was given from the LabView software. Before and after, the seismic loading we captured images of the initial and final situation of the model. During the test, we placed a digital camera on the table to capture the video of the test. We carried out four experiments, totally. The first one is related to the study of the problem of landslide in dry soil, due to seismic loads. At the second one, we studied the problem of soil scour of a submerged slope. The next test investigates the behavior of a retaining wall for the soil stabilization under seismic load and the last one checks the behavior of the retaining wall, in wet soil. Finally, we tried to evaluate the measurements’ precision of the methods we used.