فهرست مطالب

مجله مهندسی زیر ساخت های حمل و نقل
سال پنجم شماره 1 (پیاپی 17، بهار 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/03/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • رامین حیدری*، مرتضی اسماعیلی، مرتضی قارونی نیک صفحات 1-16
    یکی از پارامترهای تاثیرگذار بر ارتعاشات ناشی از خطوط زیرزمینی، وجود سنگ بستر زیر لایه خاکی است. امواج منتشر شده از تونل با رسیدن به مرز لایه بستر و بازگشت مجدد آنها به داخل لایه بالایی باعث تغییر در پاسخ محیط می شود. در این مقاله، با استفاده از مدل های المان محدود دوبعدی با در نظر گرفتن لایه خاکی بالای سنگ بستر، به بررسی تاثیر این پارامتر بر ارتعاشات رسیده به سطح زمین در تونل های تک و دوقلو پرداخته شده است. با در نظر گرفتن مدول های الاستیسیته مختلف در محدوده مدول الاستیسیته خاک و سنگ برای لایه بالایی و سنگ بستر، تاثیر این پارامتر بر ارتعاشات دریافت شده در سطح زمین تعیین شده است. در نهایت، با افزایش عمق سنگ بستر، تاثیر آن در عمق های مختلف بررسی شده و با استفاده از پوش رسم شده، تاثیر آن در فواصل مختلف از تونل نشان داده شده است. نتایج نشان می دهد که مدول الاستیسیته خاک لایه بالایی نسبت به مدول الاستیسیته سنگ بستر تاثیر بیشتری بر نتایج تعیین شده دارد. برای تونل تک و تونل های دوقلو، تاثیر وجود سنگ بستر در فواصل دور بیشتر بوده و باعث تغییر نتایج به دست آمده در بالای تونل و در فاصله 30 متری از تونل به ترتیب حدود dB2 و dB7 نسبت به محیط هموژن می گردد.
    کلیدواژگان: سنگ بستر، تونل دوقلو، ارتعاشات تونل مترو، روش المان محدود
  • مهدی زال نژاد، ابراهیم حسامی* صفحات 16-35
    میکروسرفیسینگ مخلوطی از قیر امولسیون اصلاح شده پلیمری، مصالح سنگی شکسته با دانه بندی مناسب، فیلر معدنی، آب و افزودنی های شیمیایی است که در نگهداری پیشگیرانه روسازی ها استفاده می شود. یکی از اجزایی که تاثیر مهمی در عملکرد میکروسرفیسینگ دارد، مصالح سنگی بوده که حدودا 82 تا 90 درصد وزن مخلوط را تشکیل می دهند. این پژوهش، نتایج آزمایشگاهی تاثیر استفاده از سرباره فولاد در بهبود مشخصات میکروسرفیسینگ را ارائه می دهد. لذا، از مصالح 100% سیلیسی به عنوان مخلوط شاهد استفاده شد. سپس، سرباره فولاد در مقادیر 5/42، 61 و 100 درصد جایگزین سنگدانه های مخلوط شاهد گردید. مخلوط های میکروسرفیسینگ توسط آزمایش های چسبندگی در 30 و 60 دقیقه، سایش در شرایط مرطوب در مدت زمان یک ساعت و میزان جابه جایی عمودی و جانبی با چرخ بارگذاری شده بررسی گردیدند. نتایج آزمایش های چسبندگی و سایش در شرایط مرطوب حاکی از آن بود که مخلوط های حاوی مصالح سرباره فولاد نسبت به مخلوط شاهد، به دلیل برخورداری از خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی مطلوب، موجب بهبود عملکرد میکروسرفیسینگ شامل افزایش چسبندگی قیر به مصالح سنگی و افزایش مقاومت در برابر سایش می شود. همچنین، در آزمایش تعیین میزان جابه جایی با چرخ بارگذاری شده، کمترین میزان جابه جایی در مخلوط حاوی 61% سرباره فولاد مشاهده شد، که نسبت به نمونه شاهد موجب کاهش جابه جایی عمودی و جانبی به ترتیب به میزان 65/45 و 35 درصد گردید.
    کلیدواژگان: میکروسرفیسینگ، سرباره فولاد کوره اکسیژنی، آزمایش چسبندگی مرطوب، آزمایش سایش، آزمایش چرخ بارگذاری شده
  • مجید ملکانه، محمدرضا طلایی* صفحات 37-56
    هر ساله طوفان شن مشکلات متعددی را در بیابان بوجود می آورد، لذا بایستی راه حل کامل و مناسبی برای این مساله ارائه شود. تراورس کوهاندار یکی از راه های جلوگیری از نشست شن در بستر خط می باشد. مدل سازی طوفان شن و تعیین نشست شن در میان ریل ها و روی خط راه آهن به صورت سه بعدی در این مقاله بررسی شده است. خط راه آهن متشکل از 4ردیف تراورس کوهاندار همراه ریل مدل سازی شده است. جریان ورودی بصورت دو فازی هوا-شن بصورت گاز-جامد به صورت همگن به روش اویلری با نرم افزار STAR-CCM+ ایجاد شده و در هر شبیه سازی به نوبت از سه قطر 125و250و500میکرومتر بر مبنای توزیع ذرات شن در بیابان های ایران استفاده شده است. عملکرد تراورس کوهان دار در مقابل پارامتر های غلظت طوفان، شدت طوفان و ماهیت ناحیه کویری طوفان مورد ارزیابی قرار می گیرد. در ادامه افزایش ارتفاع کوهان در این مدل تراورس مورد توجه قرار گرفته و شبیه سازی جریان با سه ارتفاع کوهان15،10و20سانتی متر انجام گرفته است. نتایج شبیه سازی در این مقاله نشان می دهد که هرچه قطر ذرات بزرگتر باشد، ذرات مسافت کمتری را معلق هستند و کسرحجمی شن باقی مانده در پشت کوهان ها بیشتر شده و خطر انسداد خطوط بالاتر می رود، لذا در مناطقی که قطر ذرات شن بزرگتر است، احتمال انسداد خطوط راه آهن بیشتر می باشد. همچنین این مطالعه نشان می دهد که استفاده از تراورس کوهاندار می تواند در طوفان های با سرعت بالاتر از m/s 20 کارآمد باشد و در مقادیر زیر این محدوده، تجمیع شن کماکان در روی خط وجود خواهد داشت.
    کلیدواژگان: انسداد خطوط راه آهن، طوفان شن، تراروس کوهاندار، مدل جریان دوفازی گاز-جامد
  • پیمان عرفانی ولی پور، صادق یگانه، محمود عامری* صفحات 57-76
    این تحقیق، به بررسی میزان تاثیر ضایعات حاصل از تولید پلیمرهای الاستومری در بهبود عمر خستگی روسازی آسفالتی و مقایسه نتایج آن با مخلوط های اصلاح شده با پلیمر غیرضایعاتی و همچنین قیر اصلاح نشده می پردازد. از آنجایی که هزینه زیاد استفاده از مواد پلیمری یکی از معایب به کارگیری این نوع از اصلاح کننده های قیر محسوب می شود، به کارگیری ضایعات پلیمر که هزینه ای به مراتب کمتر از پلیمر خالص دارند به عنوان افزودنیقیر در این مطالعه بررسی گردیده است. علاوه بر دیدگاه اقتصادی استفاده از این ضایعات پلیمری و افزایش کارایی روسازی های آسفالتی به عنوان بخشی از سرمایه های ملی، به کارگیری این بخش از تولیدات پلیمری تجزیه ناپذیر می تواند موجب آسیب کمتر به محیط زیست گردد. با توجه به اهداف این پژوهش، آزمایش های تیرخمشی چهارنقطه ای در حالت کنترل کرنش با موج نیمه سینوسی، در سه سطح کرنش، و آزمایش خستگی قطری روی نمونه های آسفالتی استوانه ای در دماهای 15 و 25 درجه سلسیوس، در دو سطح تنش، انجام شده است. این آزمایش ها روی نمونه های آسفالتی متشکل از قیر اصلاح شده با درصدهای مختلف ضایعات پلیمر پی بی آرو قیر اصلاح نشده صورت پذیرفته است. نتایج آزمایش ها و رویکردها بر اساس روش سنتی و روش انرژی تحلیل عمر خستگی بررسی شده و پس از تحلیل آماری، مقایسه گشته اند. با توجه به نتایج به‏دست آمده از روش های 50% کاهش سختی اولیه، انرژی تلف شده، و نسبت انرژی (ER)، میزان عمر خستگی مخلوط های اصلاح شده بیش از دو برابر مخلوط های اصلاح نشده می باشد. عدم تفاوت قابل توجه میان تاثیر پلیمر خالص و پلیمر ضایعات می تواند موجب کاهش هزینه های تهیه قیر پلیمری گردد.
    کلیدواژگان: ترک خوردگی خستگی، ضایعات پلیمر، تیر خمشی چهارنقطه ای، خستگی قطری
  • علیرضا غنی زاده*، میثم بیات، امیر توانا املشی، مرتضی رهروان صفحات 77-96
    معمولا برای تعیین مقاومت و کنترل کیفیت لایه های تثبیت شده از آزمایش مقاومت فشاری تک محوری استفاده می شود که بهره گیری از آن با توجه به زمان بر بودن عمل آوری نمونه ها وقت گیر است. همچنین، در صورت افزایش تعداد نمونه ها می تواند هزینه بر نیز باشد. در این مقاله، از روش گروهی بررسی داده ها (GMDH) به منظور توسعه مدل های ساده ای با دقت کافی به منظور پیش بینی مقاومت فشاری بستر رسی تثبیت شده با سیمان و آهک استفاده شده است. جهت دستیابی به این هدف، پس از تهیه نمونه های تثبیت شده با درصد های مختلف سیمان و آهک در سه درصد رطوبت مختلف (سمت خشک، سمت مرطوب و رطوبت بهینه) و عمل آوری نمونه ها به مدت 7، 14، 21، 28 و 60 روز، آزمایش مقاومت فشاری تک محوری روی نمونه های خاک تثبیت شده انجام شد و پایگاه داده ای متشکل از  150 رکورد ایجاد شد. در ادامه، دو مدل برای پیش بینی مقاومت فشاری تک محوری بستر رسی تثبیت شده با سیمان و آهک با استفاده از روش GMDH توسعه داده شد. مقادیر R2 برای دو مجموعه داده آموزش و آزمون و در حالت تثبیت با سیمان به ترتیب برابر 9529/0 و 9452/0 و در حالت تثبیت با آهک به ترتیب برابر با 894/0 و 8806/0 به دست آمد. به علاوه، تحلیل حساسیت هر کدام از مدل ها نشان داد که در حالت تثبیت با سیمان و آهک به ترتیب، درصد سیمان و درصد رطوبت بیشترین تاثیر را بر میزان مقاومت فشاری تک محوری پیش بینی شده توسط مدل ها می گذارند.
    کلیدواژگان: بستر رسی، تثبیت، سیمان و آهک، مقاومت فشاری تک محوری، مدل پیش بینی
  • امیر حسن رضایی فرعی*، علی اکبر احترامی صفحات 97-119
    احداث مترو، همچون تمام پروژه های عمرانی، آثار و پی آمدهای اجتماعی و فنی دارد که شاید قابل توجه ترین اثر فنی آن تاثیر نشست های سطحی ناشی از حفر تونل ها و احداث ایستگاه های زیر زمینی بر سازه های سطحی می باشد. در مقاله حاضر، با انجام مدل‏سازی عددی و کاربرد نرم افزار المان محدود Plaxis8.6، به تعیین و ارزیابی رده ریسک سازه های سطحی با تعداد طبقات و عرض های متفاوت پرداخته شده است. به دلیل تاثیر زیاد پارامترهای هندسی تونل و مشخصات ژئوتکنیک خاک پیرامون آن بر میزان تغییرشکل های حاصل، محدوده مجاور ایستگاه چهار خط 2 متروی تبریز به عنوان مطالعه موردی انتخاب گردیده است. سازه های سطحی این منطقه عموما دارای عرض کم بوده و بر اساس نتایج حاصل دارای رده ریسک بالا می باشند. مدل‏سازی سازه های سطحی بدون و با در نظر گرفتن سختی سازه، به روش تیر الاستیک معادل، انجام گرفته است. به دلیل تاثیر زیاد سختی سازه ها در مدل‏سازی به روش تیر الاستیک معادل، رده ریسک حاصل از این روش غیرمحافظه کارانه می باشد. با توجه به محدودیت های محیطی و اجرایی منطقه، احداث شمع بتنی در جاریز با متغیر های طول و فاصله اجرا از هم به عنوان اقدام تحکیمی مناسب انتخاب و تحلیل شده است. بر اساس نتایج حاصل و مقایسه رده ریسک اولیه سازه ها با مقادیر بعد از اقدام تحکیمی، رده ریسک سازه های سطحی از 3 به 2 کاهش می یابد که نشانگر عملکرد موفق این روش است. در عملکرد این اقدام تحکیمی، تاثیر طول شمع های بتنی به مراتب بیشتر از فاصله مرکز به مرکز شمع ها بود. این امر ناشی از سختی قابل صرف نظر شمع بتنی در مقایسه با سختی تیر معادل سازه سطحی می باشد. همچنین، با تحلیل بیش از 220 مدل عددی، تاثیر مدل رفتاری خاک، درصد انقباض تونل و عرض خیابان بر میزان نشست های حاصل و عملکرد روش تحکیمی نیز بررسی شد.
    کلیدواژگان: تونل‏سازی مکانیزه، اقدام تحکیمی، رده بندی ریسک، سازه های سطحی، شمع بتنی درجا
  • حامد جاودانیان*، پویا بهرامی سامانی صفحات 119-132
    در این مطالعه، رفتار خاک تثبیت شده با الیاف مصنوعی با استفاده از آزمون های آزمایشگاهی بررسی شد. آزمایش های برش مستقیم روی نمونه های خاک تثبیت شده با الیاف شیشه و پلی پروپیلن با طول 12 میلی متر انجام شد. نمونه های مورد آزمایش با توزیع تصادفی 05/0، 1/0، 2/0 و 5/0 درصد الیاف مصنوعی تثبیت شدند. آزمایش ها تحت تنش های نرمال مختلف انجام گرفت. نتایج حاکی از آن است که افزودن الیاف باعث بهبود حداکثر مقاومت برشی خاک و افزایش شکل پذیری نمونه ها می شود. نمونه های مسلح با 1/0 درصد الیاف دارای بیشترین مقاومت برشی بودند. همچنین، نتایج بیانگر آن است که در شرایط یکسان، نمونه های مسلح با الیاف پلی پروپیلن دارای مقاومت برشی بیشتری نسبت به نمونه های مسلح با الیاف شیشه می باشند.
    کلیدواژگان: تثبیت خاک، الیاف مصنوعی، مقاومت برشی، آزمایش برش مستقیم
|
  • Ramin Heidary *, Morteza Esmaeili, Morteza Gharouni Nik Pages 1-16
    One of the parameters affecting the underground railway vibration is the existence of a bedrock under a soil layer. The wave that propagates from the tunnel is reflected when arrives on the bedrock and affects the ground surface responses. In this paper, the influence of the bedrock on the responses of the ground surface was investigated for single and twin tunnels through the 2D finite element models. The effect of different elastic modulus of top soil layer and bedrock as well as the influence of various bedrock's depths on the ground-borne vibration were studied, as well. The results show that the soil elastic modulus is more important than the bedrock elastic modulus. When the distance from the tunnel becomes longer, the existence of a bedrock under the tunnel has a significant influence on the ground responses. Determined Insertion Gain for the existence of the bedrock above the tunnel and 30m farther from the tunnel is respectively 2dB and 7dB. The obtained results are identical for both the single and twin tunnels.
    Keywords: Bedrock, Twin tunnels, Underground railway vibrations, finite element method
  • Mahdi Zalnezhad Pages 16-35
    Microsurfacing is a mixture of polymer-modified emulsified asphalt, 100% manufactured well-graded fine aggregate, mineral fillers, water and chemical additives used in the preventive maintenance of pavements. One of the components that have a significant effect on the microsurfacing performance is aggregate, which comprises about 82 to 90 percent by weight of the mixture. This research presents experimental results with the aim of effecting the use of steel slag to improve microsurfacing characteristics. Therefore, in this research, 100% silica aggregate was used as a control mixture and then steel slag was replaced by 42.5%, 61% and 100% aggregate of control mixture. This study was carried out through wet cohesion test, wet track abrasion test and lateral displacement by loaded wheel test. The results of the wet cohesion test and wet track abrasion test indicated that mixtures containing steel slag aggregates compared to the control mixture due to the desired mechanical, physical and chemical properties, would improve the microsurfacing performance, including increasing the adhesion of bitumen to aggregate and increasing the abrasion resistance. Also, in the test of determining the displacement by the loaded wheel, the lowest displacement in the mixture containing 61% of the steel slag was observed and reduced the vertical and lateral displacement by 45.65% and 35%, respectively, compared to the control mixture.
    Keywords: Microsurfacing, Steel Slag, Cohesion Test, Wet Track Abrasion Test, Loaded Wheel Test
  • Majid Malkaneh, Mohammad Reza Talaee * Pages 37-56
    Every year, Sandstorm creates many problems in the railway lines in Iran with lots of maintainace cost so it is important to provide a complete and appropriate solution for this problem. Humped slab track is a way to prevent sand accumulation on the track. In this paper simulation of sandstorm to obtain sand accumulation across the rails is done in a three-dimensional model. The railroad track section is modeled with 4 rows of humped traverses. The input flow of air and sand is simulated with homogeneous two-phase of gas-solid using Eulerain approach by STAR-CCM+ software. The sand grains with 125, 250 and 500 microns in diameter are applied based on the distribution of grains in the desert of Iran. Also, with different wind velocities, the suspention velocity of particles with different diameters is investigated. In the following, the elevation of the humps of the traverses is investigated with three heights of 10,15 and 20 centimeters. The simulation results in this paper show that the larger the diameter of the particles may lead to less particle suspention and more sands accumulation behind the humps and increase of track blockage. This study also shows that using humped slab track can be efficient at storms above 20 m/s and at the lower values, the accumulation of sand is still seen on the line.
    Keywords: Railway, Two phase flow, humped slab track, sand storm
  • Peyman Erfani Valipour, Sadegh Yeganeh, Mahmoud Ameri * Pages 57-76
    There are different factors which play important role in cracks’ formation and propagation of asphalt layers, and also fatigue cracks are one of the most frequent damages in roads and highways. Two of these most important factors are traffic load and temperature effects. In order to introduce new eco-friendly products and reduce contaminants, and since the use of polymers is economically costly, in this paper polymer's waste are utilized as bitumen additives. Also, the decomposition or destruction of petrochemical processes’ products take many years, and their release and burial cause environmental degradation. This study, evaluates the fatigue resistance of hot-mix asphalt (HMA) modified by waste elastomeric polymers. Four-point bending (4PB) tests at constant strain mode at a temperature of 20℃ and at three strain levels were performed. In addition, indirect tensile fatigue tests (ITFT) were performed at 15 and 25 ℃ and at two stress levels. The both tests' results are compared. In addition, fatigue life analysis tests and approaches are compared based on conventional and energy approaches. According to results obtained based on 50% reduction in initial stiffness method, the Energy Ratio method and the Ratio of Dissipated Energy Change method, fatigue life of modified mixes is significantly higher than unmodified ones. Furthermore, the obtained results were analyzed for statistical comparison.
    Keywords: fatigue cracks, polymer's waste materials, four-point bending test, indirect tensile fatigue tests
  • Ali Reza Ghanizadeh *, Meysam Bayat, Amir Tavana Amlashi, Morteza Rahrovan Pages 77-96
    Unconfined Compressive Strength (UCS) test is commonly employed to determine the strength and quality control of the stabilized layers. This method is time consuming due to the needed time for curing of samples. Also, this method can be costly if the number of samples is increased. In this paper, the group method of data handling (GMDH) was used to develop simple models with sufficient accuracy to predict the UCS of clayey subgrade stabilized with Portland cement and lime. To this end, after stabilization of samples with different percentages of Portland cement and lime at three different moisture contents (dry, wet and optimum moisture content) and curing times of 7, 14, 21, 28 and 60 days, the UCS tests were conducted to establish a comprehensive database including 150 records. In the next step, two different UCS prediction models for clayey subgrade soil stabilized with Portland cement and lime were developed by using the GMDH method. The R2 value for training and testing sets for samples stabilized with Portland cement was 0.9294 and 0.94522, respectively, while the R2 value for training and testing sets for samples stabilized with lime was 0.8897 and 0.880, respectively. In addition, the sensitivity analysis of each model showed that the cement percentage and moisture content have the most impact on the predicted UCS, respectively.
    Keywords: Clay subgrade, Stabilization using Portland cement, lime, Unconfined compressive strength, Prediction model, GMDH
  • Amirhasan Rezaei Farei *, Aliakbar Ehterami Pages 97-119
    Fast, easy, safe and low cost transportation is the base of progress and economic development. In large cities the cost of land ownership and the improvement of urban structure and environmental problems reduce the possibility of rapid development of surface transportation lines. The need for the construction of underground lines of transport seems to be the right approach. Like all the construction projects, there will be social and technical consequences; perhaps the most important technical effect is the induced surface settlement due to excavation of tunnels and the construction of underground stations on surface buildings. In this numerical study, by using finite element software "plaxis8.6", the risk classification of surface buildings with various story and width are evaluated. Because of considerable effect of tunnel geometry and surrounding soil geotechnical properties on surface settlements, the region near to S4 station of Tabriz metro line 2 adopted as a case study. In this part the tunnel has a low overburden and the width of the street that tunnel route passed under it is low. Considering operational limits, the use of in-situ concrete piles in the vicinity of the surface buildings is choose as a mitigation technique. The length of the pile and their center to center space were matters of interest. Based on obtained results the risk classification of buildings reduce from 3 to 2 category due to construction of piles, which indicates good performance of this technique. Accurate examination of interaction between structure and soil can't be completely defined. Therefore, different methods of modeling the surface structures were applied. The soil behavior was modeled by the Mohr–Coulomb and hardening soil (HS) criterions. Also, with analyses more than 220 model, the effects of tunnel contraction ratio and street width on induced surface settlements and performance of mitigation technique were studied.
    Keywords: Mechanized Tunneling, Mitigation technique, Risk classification, Surface buildings, In-situ concrete pile
  • Hamed Javdanian *, Pooya Bahrami Samani Pages 119-132
    Soil stabilization is an effective mechanical method for soil rehabilitation against applied loads. In recent years, synthetic fibers have been introduced as a novel technique for soil stabilization. Therefore, it is essential to assess the behavior of fiber-reinforced soils. In this study, the behavior of synthetic fiber-stabilized soil was investigated using laboratory tests. Direct shear experiments were performed on the specimens reinforced with glass and polypropylene fibers, 12 mm in length. The tested specimens were reinforced with random distribution of 0.05, 0.1, 0.2 and 0.5% of synthetic fibers. The direct shear experiments were performed under different vertical stresses. The tests results indicate that the addition of synthetic fibers improves the maximum shear strength of the tested soil samples. Reinforced samples with 0.1% fibers have the highest shear strength of tested soil. Also, the results indicate that under identical conditions, specimens reinforced with polypropylene fibers have higher shear strength than glass fiber-reinforced specimens.
    Keywords: Soil, Stabilization, Synthetic fiber, Shearing resistance, Direct shear test