اسم الباحث : الق خليل ابراهيم
اسم المشرف : أ.م.د مهدي عباس مهدي ;أ.م.د سيف محمد جواد
الكلمات المفتاحية : Geogrid, Load Transfer Platforms, Numerical Analysis, Pile-supported Embankment, Soil Arching.
الكلية : كلية الهندسة
الاختصاص : الهندسة المدنية هندسة البنى التحتية
سنة نشر البحث : 2025
تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث
الخلاصة
يُعَدّ إنشاء الردم وأنظمة الأساسات فوق الترب الضعيفة أو القابلة للانضغاط من العمليات التي غالبًا ما تتطلب تقنيات متقدمة لتحسين التربة لضمان الاستقرار وقابلية الخدمة. وقد أثبتت منصات نقل الأحمال المدعمة بالجيوسنثيتك (GRLTP) عند دمجها مع الدعامات الصلبة فعاليتها في إعادة توزيع الإجهادات العمودية وتقليل الهبوطات التفاضلية. ومع ذلك، تُظهر الدراسات السابقة وجود فجوة واضحة فيما يتعلق بالتأثير المشترك لكل من الإجهاد العمودي المطبق، مقدار إزاحة فخ الهبوط (Trapdoor)، شكل الفخ وترتيبه، أبعاد القاعدة وموقعها، إضافة إلى استخدام التسليح بالجيوسنثيتك على أداء منصات نقل الأحمال تحت ظروف الهبوط الموضعي. نادرًا ما تناولت الدراسات السابقة هذه العوامل مجتمعة ضمن إطار صارم قائم على طريقة الفروق المحدودة.
تتصدى هذه الدراسة لهذه الفجوة البحثية من خلال استخدام طريقة الفروق المحدودة (FDM) المطبقة في برنامج FLAC3D لتنفيذ تحليل عددي ثلاثي الأبعاد متقدم لمنصات نقل الأحمال فوق دعامات صلبة خاضعة لهبوط ناتج عن فخ هبوط وحمل سطحي. وقد تم إعداد مجموعة من النماذج المُعايرة لدراسة تأثير الإزاحة، وعرض الفخ وتعدده، وحجم القاعدة وموقعها، وعمق وترتيب التسليح. وأظهرت عملية التحقق من النتائج بمقارنتها مع اختبارات مخبرية منشورة توافقًا جيدًا، إذ بلغ معدل الخطأ الجذري التربيعي (RMSE) نحو 3.18%، مما يؤكد دقة النماذج وصلاحيتها.
أظهرت النتائج أن ظاهرة تقوس التربة (Soil Arching) تتطور بسرعة عند إزاحات صغيرة نسبيًا، مما يؤدي إلى إعادة توجيه الإجهادات نحو الدعامات المجاورة. ومع ذلك، فإن كفاءة هذا التقوس تتراجع تدريجيًا مع استمرار الإزاحة أو تحت الأحمال السطحية العالية، حيث تعاود الإجهادات العمودية التركّز فوق مناطق الخضوع. وقد تبيّن أن التسليح يلعب دورًا جوهريًا في تعزيز الاستقرار، حيث حققت طبقة واحدة من الجيوجريد بالقرب من مستوى الهبوط نسبة تقليل إجهاد (SRR) تبلغ حوالي 0.75، مع تقاطع إجهاد TC–SE عند حوالي 70 كيلوباسكال، وهو ما يمثل أداءً جيدًا. علاوة على ذلك، وفرت طبقتان من التسليح تحسينًا أكبر، إذ حققت زيادة في الأداء بنسبة 60% مقارنة بوجود طبقة واحدة، مما رفع قيمة تقاطع الإجهاد TC–SE من 70 إلى 110 كيلوباسكال مع نسبة تكلفة–فائدة ممتازة. ومع ذلك، فإن إضافة طبقة ثالثة من التسليح لم تحقق سوى مكاسب طفيفة مع كفاءة تكلفة–فائدة ضعيفة.
كذلك كشفت الدراسة أن زيادة عدد أفخاخ الهبوط تُغيّر بشكل جوهري آلية نقل الأحمال. ففي الأنظمة المزدوجة والثلاثية للفخاخ، أدت الدعامات الوسيطة إلى تقسيم الردم إلى عدة مناطق متداخلة للتقوس، مما قلل الحمل المباشر على الفخاخ وساهم في توزيع الإجهادات بشكل أكثر انتظامًا عبر الدعامات. كما ساهمت زيادة عرض القواعد وزيادة الإزاحة عن مركز الفخ في تحسين كفاءة نقل الأحمال. وبشكل عام، تقدم هذه النتائج فهمًا شاملًا لسلوك منصات نقل الأحمال تحت ظروف هبوط متعدد الفخاخ، وتوفر رؤى دقيقة لتحسين تصميم الردم المدعوم بالدعامات.
Finite Difference Analysis of Geogrid Reinforced Load Transfer Platform Over Rigid Inclusions
Abstract
The construction of embankments and foundation systems over weak or compressible soils often requires advanced ground-improvement techniques to ensure stability and serviceability. Geosynthetic-Reinforced Load Transfer Platforms (GRLTP) combined with rigid inclusions have proven effective in redistributing vertical stresses and minimizing differential settlements. Nevertheless, a clear gap exists in previous research regarding the combined influence of applied vertical stress, trapdoor displacement magnitude, trapdoor geometry and arrangement, footing dimensions and location, and the inclusion of geosynthetic reinforcement on load transfer platforms under localized subsidence. Earlier studies rarely examined these factors simultaneously within a rigorous finite-difference framework.
This study addresses that gap by employing the finite difference method (FDM), implemented in FLAC3D, to perform an advanced three-dimensional numerical investigation of GRLTPs over rigid inclusions subjected to trapdoor-induced subsidence and surface loading. A suite of calibrated models explored the effects of displacement, trapdoor width and multiplicity, footing size and offset, and reinforcement depth and configuration. Validation against published laboratory trapdoor tests demonstrated good agreement, with a root mean square error (RMSE) about 3.18%, confirming the robustness of the models.
The results showed that soil arching mobilizes rapidly at relatively small displacements, effectively redirecting stresses toward adjacent supports. However, arch efficiency progressively degrades with continued displacement or under high surface loads, as vertical stresses re-concentrate above the yielding zones. Reinforcement was found to significantly enhance stability, with single geogrid layers positioned near the settlement plane achieving a Stress Reduction Ratio (SRR) of about 0.75 and TC–SE stress intersection about 70 kPa, corresponding to a good performance rating. Furthermore, multiple reinforcement layers provided even greater improvements, where double reinforcement achieved a 60% increase in performance compared to the single-layer baseline, raising the TC–SE intersection from 70 kPa to 110 kPa and yielding an excellent cost–benefit ratio. However, the addition of a third reinforcement layer resulted in only marginal gains, with poor cost–benefit efficiency.
The study further revealed that increasing the number of trapdoors fundamentally alters the load transfer mechanism. In double- and triple-trapdoor systems, intermediate supports subdivided the embankment into multiple interacting arching zones, reducing the direct load on trapdoors and enhancing stress uniformity across supports. Wider footings and increased offset from the trapdoor center further improved load transfer efficiency. Collectively, these findings provide a comprehensive understanding of LTP behavior under multi-trapdoor subsidence, offering refined insights for optimizing pile-supported embankment design.


