Τρισδιάστατη αριθμητική προσομοίωση συμπεριφοράς επιφανειακού στρεφομένου θεμελίου σε στρωσιγενές υλικό

Abstract

The present thesis deals with three dimensional numerical simulation concerning the behavior of rotating surface footings on a layered medium. It is therefore concerned with study of the problem in three dimensions, where, apart from the dip angle β of the layers, the alteration of the strive angle ω, is taken into account. That is, the angle between the direction of the longitudinal axis of the strip footing and the strike of the bedding layers. The main purposes of this investigation is the study of how the angles β and ω influence the bearing capacity, the deformations and the rotations of a surface footing founded on the thin layer medium as well as to compare the numerical analysis with the behavior of relevant physical models. The above was done, in order to prove the capacity of the program PLAXIS 3D to simulate successfully, partly or in total, the previous prementioned parameters. The main results of the thesis are: 1) The maximum load appears to be estimated with precise accuracy according to the type of problem based on an empirical rule, which has been formulated. According to the rule, the maximum load corresponds to the finishing point, of a relatively linear segment on the stress-strain curve. For a given angle β, a general tendency of increasing failure loads is observed when angle ω varies from 0° to 45°. For ω larger than 45°, relatively small variances are noticed. 2) The vertical displacements are generally reduced, as angle β increases from 0° to 90° and the respective values of relative deformations vary from 25% to 5%. Comparing the theoretical and experimental vertical displacements, at the point of failure, it can be concluded that, when angle β varies from 0° to 30°, the convergence is satisfactory. In contrast, for angles β equal or larger than 45°, there was a great divergency. The theoretical displacements were from 30% - 50% smaller, than the respective experimental values.

Η παρούσα εργασία εξετάζει την τρισδιάστατη αριθμητική προσομοίωση της συμπεριφοράς επιφανειακού στρεφόμενου θεμελίου σε στρωσιγενές υλικό. Ασχολείται με την μελέτη του προβλήματος σε τρεις διαστάσεις, όπου εκτός της γωνίας κλίσης των στρωμάτων β λαμβάνεται υπόψιν και η μεταβολή της γωνίας απόκλισης ω που είναι η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ των διευθύνσεων του μεγάλου άξονα ενός επιμήκους θεμελίου και της παράταξης των κεκλιμένων στρωμάτων. Κύριοι στόχοι της διερεύνησης είναι η μελέτη της επίδρασης που έχουν οι γωνίες β και ω στην φέρουσα ικανότητα, τις μετακινήσεις και τις στροφές ενός επιφανειακού θεμελίου που εδράζεται σε λεπτοπλακώδες στρωσιγενές υλικό καθώς και η σύγκριση των αριθμητικών αναλύσεων με την συμπεριφορά αντίστοιχων φυσικών ομοιωμάτων, έτσι ώστε να τεκμηριωθεί η ικανότητα του προγράμματος PLAXIS 3D να προσομοιώσει επιτυχώς εν μέρει η εν λόγω τα προαναφερθέντα μεγέθη. Τα κύρια συμπεράσματα της εργασίας είναι τα ακόλουθα: 1) Τα μέγιστα φορτία φαίνεται να εκτιμώνται με επαρκή για την φύση του προβλήματος ακρίβεια με βάση ένα εμπειρικό κανόνα που διαμορφώνεται και σύμφωνα με τον οποίο το μέγιστο φορτίο αντιστοιχεί στο τέλος του σχετικά ευθύγραμμου τμήματος της καμπύλης τάσεων-μετακινήσεων. Για δεδομένη γωνία β παρατηρείται μια γενική τάση αύξησης του φορτίου αστοχίας όταν η γωνία ω μεταβάλλεται από 0° έως 45°. Για ω μεγαλύτερη των 45° παρουσιάζονται σχετικά μικρές διακυμάνσεις. 2) Οι κατακόρυφες μετακινήσεις γενικά μειώνεται όσο η γωνία β αυξάνεται από 0° έως 90° και οι αντίστοιχες τιμές της σχετικής μετακίνησης κυμαίνονται από 25% έως 5%. Από τη σύγκριση των θεωρητικών και πειραματικών κατακόρυφων μετακινήσεων στην αστοχία προκύπτει ότι για εύρος διακύμανσης γωνιών β από 0° έως 30° η σύγκλισή τους είναι ικανοποιητική. Αντίθετα για γωνίες β μεγαλύτερες ή ίσες από 45° παρατηρείται ότι τα αποτελέσματα αποκλίνουν σημαντικά και οι θεωρητικές μετακινήσεις είναι από 30-50% μικρότερες των αντίστοιχων πειραματικών τιμών.