Αντιμετώπιση των κατολισθήσεων με πασσάλους

Abstract

The complex problem of the pile-soil interaction of a single pile row with free or an-chored pile head as well the additional resistance force offered by the stabilizing piles to the sliding slope are investigated in the present thesis. For this reason, a number of par-ametric finite element analyses are conducted with the use of Abaqus. The aim of those analyses is a better understanding of the behaviour of the pile-soil model and the genera-tion of design charts for different pile arrangements, different soil properties and differ-ent geometries of the problem. Knowing the additional resistance force that the piles must provide the slope in order to achieve the desirable factor of safety and by using the design charts, the optimum pile arrangement can be chosen.A simplified three dimensional model, which simulates a row of stabilizing piles and which will be used to carry out the numerical analyses, is initially chosen. The afore-mentioned model must simulate as accurate as possible the pile-soil system and its inter-action as well as the interaction of the adjacent piles. A number of factors, which could affect the accuracy of the results derived from the numerical analyses, are being investi-gated. Such factors are the dimensions of the model and the mesh density.A number of parametric analyses are carried out in order to investigate the behaviour of a single pile row with free or anchored pile head and to generate the design charts. The effect of a number of parameters on the additional resistance force offered by the piles and on the bending moment and shear force acting on them is being investigated. In the case where the pile head is anchored, the anchor force is also calculated. The parameters examined are the soil properties of the sliding mass and the stable soil layer, the geome-try of the slope (depth of sliding mass), the characteristics of the pile (length, embedment length and diameter), the pile arrangement (distance between them) and the strength of the sliding surface. The design charts are generated after the process of the results derived from the paramet-ric analyses. In those charts, the additional resistance force offered by the piles is being plotted versus parameters that are necessary for the design and the serviceability of the countermeasure. Such parameters are the displacement of the sliding mass, the pile head displacement, the maximum bending moment and the maximum shear force acting on the pile and the anchor force (when the pile head is anchored).

Στην παρούσα διατριβή διερευνάται το σύνθετο πρόβλημα της αλληλεπίδρασης εδάφους-πασσάλου μίας σειράς σταθεροποιητικών πασσάλων με ελεύθερη κεφαλή ή με α-γκύρωση στην κεφαλή τους και η πρόσθετη δύναμη αντίδρασης που ασκούν οι πάσσαλοι στο ολισθαίνον πρανές όταν καλούνται να το σταθεροποιήσουν. Για το λόγο αυτό διενεργούνται παραμετρικές αναλύσεις με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων χρη-σιμοποιώντας το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων Abaqus. Σκοπός των παραμετρι-κών αναλύσεων είναι η καλύτερη κατανόηση της συμπεριφοράς του μοντέλου εδάφους – πασσάλου και η κατάρτιση διαγραμμάτων σχεδιασμού για διαφορετικές διατάξεις πασσάλων, διαφορετικά εδαφικά υλικά και διαφορετικές γεωμετρίες του προβλήματος. Με τη βοήθεια των διαγραμμάτων αυτών και γνωρίζοντας κανείς την πρόσθετη δύναμη που απαιτείται για την επίτευξη του επιθυμητού συντελεστή ασφαλείας στο πρανές μπορεί να γίνει η επιλογή της βέλτιστης διάταξης των πασσάλων για την εκάστοτε περί-πτωση.Αρχικά επιλέγεται το απλοποιημένο τρισδιάστατο αριθμητικό μοντέλο, το οποίο προσο-μοιώνει μία σειρά πασσάλων σταθεροποίησης και το οποίο θα χρησιμοποιηθεί στη συ-νέχεια για διενεργηθούν οι παραμετρικές αναλύσεις. Το τρισδιάστατο αυτό μοντέλο πρέπει να προσεγγίζει όσο το δυνατόν ακριβέστερα το φυσικό σύστημα εδάφους–πασσάλου και να παρακολουθεί την αλληλεπίδραση τόσο του συστήματος εδάφους – πασσάλου όσο και αυτή των γειτονικών πασσάλων. Διερευνούνται διάφοροι παράγοντες, οι οποίοι θα μπορούσαν να επηρεάσουν την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων που προκύπτουν από την επίλυση του μοντέλου, όπως είναι για παράδειγμα οι διαστάσεις του κανάβου και η πύκνωση των στοιχείων.Διενεργείται πλήθος παραμετρικών αναλύσεων για την κατανόηση της συμπεριφοράς μίας σειράς σταθεροποιητικών πασσάλων με ελεύθερη κεφαλή και με αγκύρωση στην κεφαλή. Μελετάται ο τρόπος που επιδρούν διάφορες παράμετροι στην πρόσθετη δύναμη αντίστασης που συνεισφέρουν οι πάσσαλοι και η οποία αντιτίθεται στην ολίσθηση καθώς και στα φορτία διατομής που αναπτύσσονται σε αυτούς. Στην περίπτωση των πασσάλων με αγκύρωση στην κεφαλή υπολογίζεται και η δύναμη της αγκύρωσης. Οι παράμετροι που εξετάζονται είναι οι εδαφικές ιδιότητες της ολισθαίνουσας μάζας και του σταθερού υποβάθρου, τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της κατολίσθησης (βάθος ολισθαίνουσας μάζας) και του πασσάλου (μήκος, βάθος έμπηξης στο σταθερό υπόβαθρο και διάμετρος), της διάταξης των πασσάλων (αξονική απόσταση μεταξύ τους) και η αντοχή της επιφάνειας ολίσθησης.Από την επεξεργασία των αποτελεσμάτων των αριθμητικών αναλύσεων προκύπτουν τα διαγράμματα σχεδιασμού. Στα διαγράμματα αυτά η πρόσθετη δύναμη αντίδρασης απει-κονίζεται συναρτήσει μεγεθών τα οποία είναι απαραίτητα για το σχεδιασμό και τη λει-τουργικότητα του έργου όπως η μετατόπιση της ολισθαίνουσας μάζας, η μετατόπιση της κεφαλής του πασσάλου, η μέγιστη ροπή και η μέγιστη τέμνουσα που αναπτύσσονται σε αυτόν και η οριζόντια συνιστώσα της αγκύρωσης (στην περίπτωση όπου η κεφαλή του πασσάλου δεν είναι ελεύθερη, αλλά δεσμεύεται με μία αγκύρωση).