Fulltext

Finite Element Method for Improving Soft Soil Underneath a Ballast Railway Track

Saad Farhan سعد فرحان ابراهيم --- Ali H. Aziz علي حميد عزيز --- Ghufraan Mohammed Aboud غفران محمد عبود

Journal of Engineering and Sustainable Development مجلة الهندسة والتنمية المستدامة
ISSN: 25200917 Year: 2013 Volume: 17 Issue: 1 Pages: 200-218
Publisher: Al-Mustansyriah University الجامعة المستنصرية

Abstract

It is always recommended to improve the properties of the soft soil beneath the railway networks often in such cases to increase its ability in bearing different applied loads and to control the expected generated settlements. The most methods used to improve the soil is by using a ballast layers with or without reinforced single geogrid layer or a geogrid layers at different spacing. This study presents a three-dimensional finite element analysis for soft soil underneath a ballast railway track by using a finite element program (ANSYS) which considers in these days the most software using in many engineering applications and most completeness. Twenty four models were created using a nonlinear three- dimensional finite element to study the effect of ballast thickness, mechanical properties of soft soil (undrained shear strength and modulus of elasticity), geogrid layer reinforcement to improve the soft soil. The ballast, soft soil and steel plates were modeled by using 8-nodes brick element with three degree of freedom per node. While, 4-nodes Shell element with six degree of freedom per node was used to represent the geogrid layer under and between ballast. The results show that increasing the undrained shear strength (Cu) and modulus of elasticity (E) lead to decreasing the settlement of soft soil and increasing the ultimate load. Increasing ballast thickness lead to decreasing the settlement of soft soil and increasing the ultimate load, this means that modulus of elasticity and shear strength playing main role to controlling in settlement of soft soil (ultimate displacement under plate loading ) and ultimate load

يوصى بتحسين خواص التربة تحت شبكة خطوط سكك الحديد لزيادة قابلية تحملها لمقاومة الاحمال المختلفة وللسيطرة على الهبوط المتولد. ان اكثر الطرق المستخدمة لتحسين التربة هي باستخدام طبقات من حجر التحكيم المسلحة مع اوبدون طبقة منفردة من المشبكات اللدائنية او المسلحة بطبقات من المشبكات اللدائنية وبمسافات مختلفة.تتناول هذة الدراسة بحثا نظريا للتحليل بطريقة العناصر المحددة للتربة الضعيفة المثبتة اسفل حجرالتحكيم لخط سكة حديد باستخدام برنامج العناصر المحددة (ANSYS) الدي يعتبر في الوقت الحاضراحد البرامج الواسعة الاستعمال في العديد من التطبيقات الهندسية واكثرها شمولا. تم في هذه الدراسة بناء اربعة وعشرون نموذجا رياضيا باستعمال طريقة العناصر المحددة ثلاثية الأبعاد اللاخطية لتقصي تاثير سمك حجر التحكيم (Ballast)، خواص التربة (معامل مقاومة القص(Cu) ومعامل المرونة (E))، التقوية باستخدام المشبكات اللدائنية (Geogrid) على تحسين و تثبيت التربة بالاستفادة من برنامج العناصر المحددة ANSYS.تم استخدام عنصر صلب ثلاثي الأبعاد ذو ثمانية عقد مع ثلاثة درجات للحرية في كل عقده لتمثيل حجر التحكيم (Ballast)، بينما تم استخدام عنصر صلب ثلاثي الأبعاد ذوثمانية عقد مع ثلاثة درجات للحرية في كل عقده لتمثيل طبقات التربة والصفائح الحديدية.بينما تم استخدام عنصر قشري ثلاثي الأبعاد ذو أربعة عقد مع ستة درجات للحرية في كل عقده لتمثيل المشبكات اللدائنية اسفل وداخل طبقات حجر التحكيم . اظهرت النتائج ان الزيادة في قيم معامل القص) (Cuومعامل المرونة (E ) قلل من هبوط التربة وكذلك ادى الى زيادة التحمل الاقصى ، كدلك بينت النتائج ان زيادة سمك طبقة حجر التحكيم قلل من هبوط التربة وكذلك ادى الى زيادة التحمل الاقصى، هذا يعني ان هذه المعاملات تلعب دورا أساسيا في السيطرة على هبوط التربة (الإزاحات القصوى المتولدة أسفل صفيحة التحميل ) وكذلك الاحمال القصوى.

Keywords

Finite Element --- Ballast --- Railway --- ANSYS --- Geogrid --- Reinforced soft soil --- Improvement