Mfumo wa shimo la msingi katika udongo laini–muundo wa kuzuia udongo, ni mfumo wa muundo wa kijiotekniki unaoshikilia udongo wenye uimara mdogo na uwezo mkubwa wa kukandamizwa unaozunguka uchimbaji wa kina kwa kutumia ukuta wa diaphragm na viegemeo vya ndani. Utafiti huu uliiga kwa PLAXIS 3D Advanced CONNECT Edition V22 tabia ya mfumo kama huo ulio kando ya barabara chini ya uzito tuli wa magari na mizigo ya kidinamiki ya mzunguko inayotokana na kutokuwa sawa kwa barabara. Modeli inategemea mradi halisi wa shimo la msingi katika udongo laini wa pwani katika Mkoa wa Guangdong; inajumuisha kwa pamoja modeli ya udongo ya HSS inayozingatia ugumu wa mgeuko mdogo, mtiririko wa kupenya wa maji ya chini ya ardhi na eneo la mzigo wa kidinamiki.

Katika utafiti, vigezo vinne vya msingi vilibadilishwa kwa utaratibu: kina cha uchimbaji, mzigo tuli wa gari, amplitudo ya mzigo wa kidinamiki na masafa ya mzigo wa trafiki. Kulingana na matokeo, kina cha uchimbaji huamua kwa nguvu tabia ya momenti ya kupinda ya ukuta wa kuzuia udongo, huku kati ya vigezo vya trafiki mzigo tuli wa gari ukiwa kigezo kikuu kinachodhibiti mgeuko wa ukuta. Athari za amplitudo na masafa ya mzigo wa kidinamiki ni ndogo zaidi.

Athari ya mzigo wa trafiki inategemea sana kina cha uchimbaji. Trafiki ilipoongezwa ikilinganishwa na hali ya uchimbaji pekee, ongezeko la mgeuko mlalo wa ukuta lilipungua kutoka %41,17 katika uchimbaji wa 1,6 m hadi %12,6 katika uchimbaji wa 16,9 m. Ongezeko linalolingana la momenti ya kupinda lilikuwa %56,79 na %17,43. Wastani wa michango ya mzigo wa trafiki iliyoripotiwa kwa mgeuko na momenti ya kupinda katika hatua nne za uchimbaji ni %27,86.

Trafiki ya magari ilipogawanywa katika vipengele viwili, kipengele tuli kinachotokana na uzito wa gari kilichangia takriban %80–90 ya athari yote ya kimuundo inayotokana na trafiki; kipengele cha ziada cha kidinamiki cha harmoniki kinachowakilisha kutokuwa sawa kwa barabara kilibaki katika kiwango cha takriban %10–20. Kigawanyio cha uwiano huu si mgeuko wote wa uchimbaji bali ni athari ya mzigo wa trafiki kama ilivyofafanuliwa na utafiti; kwa hiyo thamani ya %80–90 haiwezi kufasiriwa kuwa “%80–90 ya tabia ya shimo la msingi inatokana na trafiki”.

Sehemu tuli ya modeli ililinganishwa na uhamisho halisi wa ukuta wa diaphragm na tofauti ya wastani ya uwiano ikapatikana ndani ya %6. Hata hivyo, kwa kuwa utafiti haukuwa na vipimo vya uwanjani vya mitetemo ya kidinamiki ya trafiki, matokeo ya trafiki ya kidinamiki si matokeo yaliyothibitishwa moja kwa moja kwa data za uwanjani. Waandishi wanaeleza wazi kuwa matokeo yamewekewa mipaka na wasifu mmoja wa udongo uliochunguzwa, jiometri moja ya mradi, modeli ya trafiki ya harmoniki iliyotumika na masafa ya 2–10 Hz.

Kwa nini tatizo la utafiti ni muhimu?

Udongo laini katika maeneo ya pwani unaweza kuwa na kiwango kikubwa cha maji, uwezo mkubwa wa kukandamizwa, uimara mdogo wa mkato, tabia inayotegemea muda kwa kiwango kinachoonekana na konsolidasheni iliyochelewa. Uchimbaji wa kina unapofanywa, hali ya awali ya mkazo katika udongo hubadilika; harakati za mlalo kuelekea uso wa uchimbaji, kutua kwa uso na mabadiliko ya nguvu za ndani katika muundo wa kuzuia udongo yanaweza kutokea.

Shimo la msingi linapokuwa kando ya barabara ya mjini, si uchimbaji na uzito wa udongo pekee vinavyoathiri mfumo. Uzito wa magari mazito barabarani huongeza mzigo tuli kwenye udongo; kutokuwa sawa kwa uso wa barabara nako huzalisha mizigo ya kidinamiki inayojirudia wakati magari yanaposonga. Katika udongo laini, usumbufu huu wa mzunguko unaweza kuongeza mwitikio juu ya mgeuko uliopo unaotokana na uchimbaji.

Pengo la fasihi linalolengwa na utafiti ni kwamba uchanganuzi mwingi wa awali wa mizigo ya trafiki ulitumia modeli zilizorahisishwa za mzigo, ukapuuza ugumu wa udongo katika mgeuko mdogo au mwingiliano wa maji ya chini ya ardhi–mzigo wa kidinamiki, na haukutenganisha wazi michango ya kipengele tuli cha gari na kipengele cha kidinamiki kinachotokana na kutokuwa sawa kwa barabara.

Mzigo wa Trafiki Unaathirije Tabia ya Muundo wa Kuzuia Udongo wa Shimo la Msingi katika Udongo Laini?

Kulingana na matokeo ya namba ya utafiti huu, mzigo wa trafiki huongeza mgeuko mlalo na momenti ya kupinda ya ukuta wa kuzuia udongo; hata hivyo, ukubwa wa uwiano wa athari ya ziada inayotokana na trafiki hupungua kadiri kina cha uchimbaji kinavyoongezeka, mwitikio mkubwa zaidi wa ziada huonekana katika hatua za uchimbaji wa kina kifupi, na athari hujikita hasa katika kina cha takriban 0–20 m kutoka kiwango cha juu cha shimo la msingi.

Mradi halisi wa uhandisi uliochunguzwa

Utafiti unategemea shimo la msingi la udongo laini la daraja la Grade-I katika Mkoa wa Guangdong. Chanzo kinaripoti vipimo vya mradi kuwa urefu wa 123 m × upana wa 23 m na kina cha juu cha uchimbaji kuwa 16,5 m.

Mfumo wa kuzuia udongo una ukuta wa diaphragm wa chini ya ardhi wenye unene wa 0,8 m na kina cha kupachikwa cha 26 m pamoja na safu tatu za viegemeo vya ndani. Safu mbili za kwanza ni za saruji iliyoimarishwa, na safu ya tatu ni egemeo la bomba la chuma.

Ndani ya uchimbaji, kiwango cha maji ya chini ya ardhi kilishushwa hadi 1–2 m chini ya uso husika wa uchimbaji katika kila hatua ya uchimbaji. Viwango vya maji ya chini ya ardhi nje ya uchimbaji vilibainishwa kulingana na vipimo vya uwanjani.

Karibu na shimo la msingi kuna miundo nyeti kama shule ya sekondari, Green Apartment na Changfa Building. Upande mmoja wa shimo unapakana na barabara ya mjini, na utafiti unachukulia magari yanayosonga kwenye barabara hiyo kuwa chanzo endelevu cha usumbufu wa mzunguko unaoathiri shimo la msingi.

Vipimo vya uwanjani vilifanywa kwa kusudi gani?

Katika eneo linalozunguka, pointi 11 za ufuatiliaji ziliwekwa kwa ajili ya uhamisho mlalo wa ukuta wa diaphragm na pointi 30 kwa ajili ya kutua kwa udongo. Harakati mlalo ya ukuta wa diaphragm ilipimwa kwa inclinometer ya CX-3C na bomba la PVC la inclinometer la CXG-6076. Chanzo kinatoa usahihi wa inclinometer kuwa ±0,01 mm/500 mm, urefu wa probe 780 mm, kipenyo cha probe 28 mm na nafasi kati ya magurudumu 500 mm.

Vipimo vya inclinometer vilichukuliwa kwa mkono na kurekodiwa kwa vipindi vya 0,5 m katika kina chote. Kutua kwa udongo kulipimwa mara moja kwa siku kwa kutumia digital level ya Leica DNA03 na staff maalumu ya invar ya 2 m. Chanzo kinatoa usahihi wa digital level kuwa ±0,3 mm/km na wa staff kuwa ±0,02 mm.

Mpaka muhimu wa vipimo hivi vya uwanjani ni huu: uthibitishaji wa modeli uliowasilishwa katika makala unahusu uhamisho wa ukuta chini ya hali za uchimbaji tuli. Hakuna kipimo cha uwanjani cha wakati mmoja cha mitetemo halisi ya kidinamiki inayotokana na trafiki.

Modeli ya namba ya pande tatu ilikuwa kubwa kiasi gani?

Ili kupunguza gharama ya uchanganuzi wa kidinamiki, badala ya kuiga mradi mzima, sehemu ya ndani yenye sifa bainifu na urefu wa longitudinal wa 27 m iliigwa. Ili kupunguza athari za mipaka, upana na kina cha modeli vilichukuliwa kuwa takriban mara tatu ya kina halisi cha uchimbaji.

Vipimo vya modeli ya mwisho ya PLAXIS 3D vimetolewa kuwa 123 m × 27 m × 70 m.

Ni modeli gani ya nyenzo iliyotumiwa kwa udongo?

Modeli ya kitabia ya HSS ilitumika katika tabaka zote za udongo. Sababu ya uchaguzi huu katika utafiti ni uwezo wake wa kuwakilisha kwa uhalisia zaidi ugumu wa mgeuko mdogo wa udongo laini chini ya uchimbaji na usumbufu mdogo wa mzunguko.

Maana za kiutendaji za alama katika Jedwali 1 la chanzo ni kama ifuatavyo: \(e\) huwakilisha uwiano wa nafasi tupu, \(c'\) mshikamano fanisi, \(\varphi'\) pembe fanisi ya msuguano wa ndani, \(E_{50,\mathrm{ref}}\) kigezo cha marejeo cha ugumu katika upakiaji wa triaxial, \(E_{\mathrm{oed,ref}}\) ugumu wa oedometer, \(E_{\mathrm{ur,ref}}\) ugumu wa kupakua–kupakia upya, \(K_0\) uwiano wa mkazo fanisi mlalo/wima katika hali ya utulivu, \(\mu_s\) uwiano wa Poisson, \(\gamma_s\) uzito wa ujazo na \(k_d\) mgawo wa upenyezaji.

Vipengele vya muundo wa kuzuia udongo viliigwa vipi?

Mzigo wa trafiki uliwakilishwaje kihisabati?

Trafiki halisi ya magari ilirahisishwa kuwa jumla ya kipengele kisichobadilika kinachotokana na uzito wa gari na kipengele cha harmoniki kinachotokana na kutokuwa sawa kwa uso wa barabara:

\[ P(t)=P_0+P_d\sin(\omega t+\theta) \tag{1} \]

\(P(t)\) huwakilisha jumla ya mzigo wa trafiki unaobadilika kwa muda, \(P_0\) mzigo usiobadilika unaotokana na uzito wenyewe wa gari, na \(P_d\) kipengele cha ziada cha kidinamiki chenye umbo la wimbi kinachotokana na kutokuwa sawa kwa barabara. Katika uchanganuzi wa kiparametri wa PLAXIS, kiasi hivi vilitumika kama shinikizo la uso kwa kPa.

Chanzo kinafafanua mzigo wa ziada wa kidinamiki kuwa:

\[ P_d=M_0\alpha w_i^2 \]

kwa namna hii. \(M_0\) huwakilisha uzito usiosimamishwa, \(\alpha\) amplitudo ya kawaida ya kutokuwa sawa kwa barabara na \(w_i\) masafa ya pembe yanayohusiana na urefu wa wimbi wa kutokuwa sawa kwa barabara.

Kwa masafa ya mzigo wa trafiki, chanzo pia kinatoa:

\[ \omega=\frac{2\pi v}{L} \]

uhusiano huu. Hapa \(v\) ni kasi ya kusafiri ya gari, \(L\) ni urefu wa wimbi wa kijiometri, na chanzo kinaeleza kuwa kwa kawaida huu huchukuliwa kuwa urefu wa mwili wa gari. \(\theta\) ni awamu ya mwanzo.

Mgawanyo wa msingi wa kifizikia katika mlinganyo ni huu: \(P_0\) huwakilisha shinikizo la msingi lisilobadilika kwa muda, huku \(P_d\sin(\omega t+\theta)\) ikiwakilisha kipengele cha ziada kinachobadilika kwa mzunguko katika mwelekeo chanya na hasi. Matokeo ya baadaye ya utafiti yanaonyesha kuwa chini ya hali zilizotumika, kipengele cha kwanza kinatawala zaidi sana kuliko cha pili.

Trafiki halisi ilirahisishwa kwa kiwango gani katika modeli?

Trafiki halisi ya barabarani inajumuisha vigezo vingi kama kupita kwa magari kwa nasibu, mizigo tofauti ya ekseli, nafasi kati ya magari, tabia ya suspension na jiometri ya uso wa barabara. Badala ya kutatua yote haya, chanzo kilirahisisha mzigo wa trafiki kuwa shinikizo lililounganishwa la tuli + harmoniki.

Kikomo hiki pia kinaelezwa wazi katika matokeo ya utafiti: mbinu haitatui moja kwa moja mizigo ya gurudumu moja linalosonga wala mwingiliano wa gari–lami–udongo. Kwa hiyo, kiasi vya kidinamiki vilivyopatikana si makadirio ya moja kwa moja ya kila gari linapopita katika trafiki halisi.

Eneo la mzigo wa trafiki na hali ya msingi ya utafiti

Mzigo wa trafiki katika modeli ya PLAXIS ulitumika takriban 2 m kutoka ukingo wa shimo la msingi. Eneo la mzigo ni 27 m × 10 m.

Hali ya msingi ya utafiti wa kidinamiki:

• Mzigo tuli wa gari: 30 kPa
• Amplitudo ya mzigo wa kidinamiki: 1 kPa
• Masafa ya mzigo: 2 Hz

Katika uchanganuzi mpana zaidi wa kiparametri, chanzo kilibadilisha mzigo tuli katika 30–80 kPa, amplitudo ya kidinamiki katika 1–6 kPa na masafa katika 2–10 Hz.

Dokezo la masafa ndani ya chanzo: Jedwali la mbinu na hali za utafiti linafafanua masafa kuwa 2, 4, 6, 8 na 10 Hz na sehemu ya matokeo inaweka wigo katika 2–10 Hz. Kinyume chake, kontua zilizoonyeshwa katika maelezo ya Kielelezo 17 na Kielelezo 18 cha chanzo zimewekewa lebo 1 Hz na 6 Hz. Kwa kuwa tofauti hii haijaelezwa katika chanzo, haijageuzwa hapa kuwa thamani moja.

Uchanganuzi wa kidinamiki ulidumu kwa muda gani?

Muda wa jumla wa kila hatua ya hesabu ya kidinamiki uliwekwa kuwa sekunde 3. Sekunde hizi 3 si hatua ya muda ya kihesabu, bali ni muda wote wa awamu ya kidinamiki ambapo mzigo unaosonga huathiri sehemu bainifu ya muundo wa kuzuia udongo.

PLAXIS 3D ilibainisha hatua ya muda ya ujumuishaji wa namba kwa algoriti ya hatua za muda otomatiki. Makala inaeleza wazi kuwa uchanganuzi wa unyeti wa hatua ya muda haukufanywa. Waandishi walitathmini kuwa hatua ya muda ya otomatiki iliyochaguliwa ilitoa utatuzi wa muda wa kutosha kwa wigo wa masafa uliochunguzwa.

Uhuru wa mesh ulikaguliwaje?

Misongamano mitatu ya mesh—mbaya, ya kati na laini—ililinganishwa. Jiometri, nyenzo, hali za mipaka na mizigo ya trafiki ya kidinamiki ziliwekwa sawa. Uhamisho na momenti ya kupinda katika sehemu bainifu ya ukuta wa diaphragm vililinganishwa.

Mesh mbaya ilisababisha mkengeuko unaoonekana, huku tofauti za mwitikio mkuu wa kidinamiki kati ya mesh ya kati na laini zikibaki chini ya %2. Kwa sababu ya uwiano kati ya usahihi wa hesabu na gharama, mesh ya msongamano wa kati ilichaguliwa.

Modeli ya mwisho:

• elementi 52.062
• nodi 88.180

Ni aina gani za elementi zenye ukomo zilizotumiwa?

• Udongo: elementi ya tetrahedral yenye nodi 10
• Viegemeo vya ndani: elementi ya beam yenye nodi 3
• Ukuta wa diaphragm: elementi ya plate yenye nodi 6
• Kiolesura cha udongo–muundo: elementi ya interface yenye nodi 12

Katika nyuso za mgusano wa udongo–muundo, jozi chanya na hasi za interface ziliundwa kiotomatiki na kipengele cha unene wa kidhahania kikachaguliwa kuwa 0,1.

Kwa nini hali za mipaka za tuli na za kidinamiki ni tofauti?

Katika uchanganuzi wa uchimbaji tuli, mipaka ya chini na ya pembeni ya modeli imefungwa, huku uso wa juu wa udongo ukiwa huru. Ili kupunguza kuakisiwa kwa bandia kwa mawimbi ya kidinamiki kutoka mipaka ya modeli, mipaka ilifafanuliwa upya kwa uchanganuzi wa kidinamiki.

Mipaka ya mnato-elastiki ilitumika katika mielekeo ya Xmin na Xmax, na mipaka ya mnato katika mielekeo ya Ymin na Ymax. Vigawo vya kulegeza C1 na C2 katika PLAXIS vilichaguliwa kuwa 1 kwa hali ya mzigo wa trafiki.

Maji ya chini ya ardhi yaliingizwaje katika modeli?

Modeli ilitumia mtiririko wa kupenya wa maji ya chini ya ardhi wa hali thabiti. Katika kila hatua ya uchimbaji, kiwango cha maji ndani ya shimo la msingi kiliwekwa takriban 2 m chini ya uso wa uchimbaji. Kiwango cha maji nje kilichukuliwa kutoka vipimo vya uwanjani na shinikizo la maji ya vinyweleo likahesabiwa kutoka kwenye uga huu wa mtiririko.

Mfuatano wa ujenzi wa hatua 17

1. Kusawazisha mikazo ya awali — S0.
2. Kujenga ukuta wa diaphragm.
3. Kurekebisha viwango vya maji vya ndani/nje hadi −2 m / −3,6 m na kuchimba hadi −1,6 m — S1.
4. Kujenga egemeo la kwanza la saruji iliyoimarishwa.
5. Kutumia mzigo tuli.
6. Kuwasha mzigo wa trafiki wa kidinamiki na mipaka ya mnato.
7. Kurekebisha viwango vya maji hadi −3 m / −9,5 m na kuchimba hadi −7,5 m — S2.
8. Kujenga egemeo la pili la saruji iliyoimarishwa.
9. Kutumia mzigo tuli.
10. Kutumia mzigo wa kidinamiki.
11. Kurekebisha viwango vya maji hadi −4 m / −14 m na kuchimba hadi −12 m — S3.
12. Kujenga egemeo la chuma la safu ya tatu.
13. Kutumia mzigo tuli.
14. Kutumia mzigo wa kidinamiki.
15. Kurekebisha viwango vya maji hadi −5 m / −19 m na kuchimba hadi kiwango cha −16,9 m cha slab ya msingi.
16. Kutumia mzigo tuli.
17. Kutumia michanganyiko tofauti ya mzigo tuli, masafa na amplitudo ya kidinamiki.

Katika maelezo ya mradi, chanzo kinatoa kina cha juu cha uchimbaji kuwa 16,5 m, lakini katika mfuatano wa hesabu za namba kinatumia kiwango cha mwisho cha uchimbaji cha −16,9 m. Kwa kuwa thamani hizi mbili hazijaelezwa na kupatanishwa kwa istilahi moja katika chanzo, zimehifadhiwa kando.

Uthibitishaji wa modeli tuli

Mikunjo ya uhamisho mlalo wa ukuta wa diaphragm katika modeli ya namba ililinganishwa na vipimo halisi vya uwanjani. Chanzo kinaripoti kwamba mikengeuko ya wastani ya uwiano iliyohesabiwa kwa kutumia kipimo kama rejea ilibaki ndani ya %6 na ikaonyesha ulinganifu unaokubalika kwa tabia ya uchimbaji tuli.

Waandishi wanahusisha sehemu ya tofauti na athari zinazowezekana za joto katika sehemu ya juu ya ukuta karibu na Dongle Road Metro Station na shughuli za ujenzi wa mazingira ambazo haziwezi kuwakilishwa kikamilifu katika modeli.

Mpaka wa kisayansi wa uthibitishaji huu ni muhimu: uthibitishaji wa uhamisho tuli hauthibitishi usahihi wa miitikio ya trafiki ya kidinamiki.

Mzigo wa trafiki ulibadilishaje eneo la harakati za udongo?

Kulingana na kontua za namba za chanzo, kadiri kina cha uchimbaji kilivyoongezeka, ukubwa na eneo la athari la uhamisho mlalo wa udongo vilipanuka. Mzigo wa trafiki ulipoongezwa, ikilinganishwa na hali ya uchimbaji bila trafiki, uhamisho mlalo wa udongo unaozunguka uliongezeka kwa takriban %10–15 na eneo la athari likapanuka kwa takriban %15.

Thamani hizi ni za modeli ya namba ya PLAXIS; si uwiano wa athari ya trafiki uliopimwa uwanjani.

Jukumu la kina cha uchimbaji katika athari ya trafiki

Kadiri kina cha uchimbaji kinavyoongezeka, jumla ya mgeuko wa ukuta na momenti ya kupinda huongezeka kwa sababu ya kupunguzwa kwa mzigo kutokana na uchimbaji; hata hivyo, mwitikio wa ziada unaosababishwa na mzigo wa trafiki hauongezeki kwa uwiano huo huo. Kwa hiyo mchango wa uwiano wa mzigo wa trafiki katika tabia yote hupungua.

Utafiti unaweka kina chenye athari ya trafiki, kuanzia kiwango cha juu cha shimo la msingi, katika takriban 0–20 m.

Athari ya mzigo tuli wa gari

Katika uchanganuzi wa mzigo tuli, amplitudo ya kidinamiki iliwekwa 1 kPa na masafa 10 Hz, huku shinikizo tuli la gari likiongezwa kutoka 30 hadi 80 kPa.

Uhusiano si wa mstari; mzigo unapoongezeka, kiwango cha ongezeko la uhamisho na momenti ya kupinda hakifuati mteremko usiobadilika. Aidha, katika matokeo ya chanzo mzigo tuli uliathiri mgeuko wa ukuta zaidi kuliko momenti ya kupinda.

Chanzo kinaripoti mchango wa kundi hili la vigezo katika mwitikio wa kimekanika kuwa takriban katika wigo wa %14,96–20,38.

Athari ya amplitudo ya mzigo wa kidinamiki

Katika uchanganuzi wa amplitudo ya kidinamiki, mzigo tuli wa 30 kPa na masafa ya 10 Hz yaliwekwa thabiti, huku kipengele cha kidinamiki kikibadilishwa kati ya 1–6 kPa.

Ongezeko hili ni dogo kwa kiwango kinachoonekana kuliko mabadiliko yaliyosababishwa na kubadilisha mzigo tuli. Chanzo kinaeleza hili kwa kuwa shinikizo la kidinamiki la harmoniki ni usumbufu mdogo wa mzunguko unaoongezwa juu ya mzigo tuli wa gari unaotawala.

Athari ya masafa ya mzigo

Katika uchanganuzi wa masafa, mzigo tuli ni 30 kPa na amplitudo ya kidinamiki ni 1 kPa. Chanzo kinaeleza kuwa katika wigo wa masafa uliochunguzwa, mikunjo ya mgeuko mlalo wa ukuta na momenti ya kupinda iko karibu sana, na ni tofauti ndogo tu zinazotokea.

Kwa hiyo, asilimia tofauti za ongezeko la kiasi hazikutolewa kwa masafa. Utafiti hauchukulii masafa kuwa kigezo kikuu kinachodhibiti mwitikio chini ya hali za udongo na muundo zilizochunguzwa.

Ni Mzigo Tuli wa Gari au Athari ya Kidinamiki ya Kutokuwa Sawa kwa Barabara Ipi Inayotawala Zaidi?

Kulingana na utenganishaji wa michango tuli/kidinamiki uliotumiwa na utafiti, mzigo tuli unaotokana na uzito wenyewe wa gari huchangia takriban %80–90 ya athari yote ya kimuundo inayotokana na trafiki, huku kipengele cha ziada cha kidinamiki cha harmoniki kinachotokana na kutokuwa sawa kwa barabara kikibaki katika takriban %10–20; uwiano huu ni matokeo ya namba yanayotumika tu kwa mradi, udongo, modeli ya mzigo na wigo wa masafa uliochunguzwa.

Ufafanuzi wa kihisabati wa uwiano wa mchango tuli na wa kidinamiki

Chanzo kinafafanua uwiano wa mchango tuli kuwa:

\[ C_{\mathrm{static}}= \frac{R_{\mathrm{static}}}{R_{\mathrm{total}}}\times100\% \]

na uwiano wa mchango wa ziada wa kidinamiki kuwa:

\[ C_{\mathrm{dynamic}}= \frac{\Delta R_{\mathrm{dynamic}}}{R_{\mathrm{total}}}\times100\% \]

.

\(R_{\mathrm{total}}\) huwakilisha jumla ya mwitikio wa kimuundo unaotokana na trafiki chini ya mzigo wa trafiki uliounganishwa wa tuli + kidinamiki; \(R_{\mathrm{static}}\) huwakilisha mwitikio wa ziada wa kimuundo unaotokana tu na kipengele tuli cha magari; na \(\Delta R_{\mathrm{dynamic}}\) huwakilisha ongezeko la ziada la mwitikio linalotokana na mzigo wa harmoniki.

Chanzo kinaeleza hasa kuwa \(R_{\mathrm{static}}\) haijumuishi mwitikio wote wa ukuta wa diaphragm unaotokana na uchimbaji. Tofauti hii huzuia thamani ya %80–90 kuenezwa kimakosa kwa tabia yote ya shimo la msingi.

Mpangilio wa umuhimu wa uwiano wa vigezo

Utafiti unafanya aina mbili tofauti za tathmini ya “utawala”, na hizi hazipaswi kuchanganywa.

Kwa upande wa athari ya mchakato wa uchimbaji: kina cha uchimbaji ni kigezo muhimu cha udhibiti, hasa katika tabia ya momenti ya kupinda ya ukuta wa kuzuia udongo, na athari ya uwiano ya mzigo wa trafiki hupungua kadiri kina cha uchimbaji kinavyoongezeka.

Miongoni mwa vigezo vya mzigo wa trafiki vyenyewe: chanzo kinatoa mpangilio wa matokeo kuwa:

mzigo tuli wa gari > amplitudo ya mzigo wa kidinamiki > masafa ya mzigo

.

Mpangilio huu haumaanishi kuwa “kina cha uchimbaji si muhimu kuliko mzigo tuli wa gari”; kina cha uchimbaji ni kigezo cha hatua ya ujenzi/hali ya kijiometri, huku vile vingine vitatu vikiwa vigezo vya mzigo wa trafiki.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Muhtasari wa muundo wa utafiti

1. Mradi halisi wa shimo la msingi katika udongo laini wa Guangdong na data za udongo za uwanjani zilifafanuliwa.
2. Modeli ya 123 × 27 × 70 m iliundwa katika PLAXIS 3D Advanced CONNECT Edition V22.
3. Tabaka zote za udongo ziliwakilishwa kwa modeli ya HSS.
4. Mtiririko wa kupenya wa maji ya chini ya ardhi uliigwa kulingana na hatua za uchimbaji.
5. Ukuta wa diaphragm na viwango vitatu vya viegemeo vya ndani viliongezwa kwenye modeli.
6. Baada ya ukaguzi wa ukaribianaji wa mesh, mesh ya kati ilichaguliwa.
7. Mfuatano wa hatua 17 wa uchimbaji na uwekaji wa viegemeo ulifafanuliwa.
8. Mzigo wa trafiki ulitumika kama mzigo tuli + mzigo wa harmoniki wa sinusoidali.
9. Kina cha uchimbaji, mzigo tuli, amplitudo na masafa vilibadilishwa kimoja baada ya kingine kwa mbinu ya kigezo cha udhibiti.
10. Katika hali tuli, uhamisho mlalo wa ukuta uliopimwa uwanjani na ulioigwa ulilinganishwa.
11. Katika matokeo ya kiparametri ya kidinamiki, uhamisho wa ukuta na momenti ya kupinda zilichunguzwa.
12. Uwiano wa michango ya vipengele tuli na vya kidinamiki vya trafiki ulitenganishwa.

Matokeo makuu ya namba

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Katika modeli ya shimo la msingi iliyochunguzwa, mizigo ya trafiki huongeza mgeuko na momenti ya kupinda ya ukuta wa kuzuia udongo.
• Athari ya uwiano ya mzigo wa trafiki ni kubwa zaidi katika hatua za uchimbaji wa kina kifupi.
• Kadiri kina cha uchimbaji kinavyoongezeka, upunguzaji wa mzigo kutokana na uchimbaji na mgeuko wa udongo hutawala zaidi tabia ya jumla ya kimekanika.
• Katika modeli, eneo ambako athari ya trafiki inatawala liko hasa katika kina cha 0–20 m kutoka kiwango cha juu cha shimo la msingi.
• Kuongeza mzigo tuli wa gari kuliongeza mgeuko wa ukuta na momenti ya kupinda kwa namna isiyo ya mstari.
• Athari ya amplitudo ya mzigo wa kidinamiki katika wigo wa 1–6 kPa ni ndogo zaidi sana kuliko athari ya mzigo tuli.
• Katika wigo wa masafa uliochunguzwa, athari ya mabadiliko ya masafa kwenye mwitikio wa kimekanika ni ndogo.
• Miongoni mwa vigezo vya trafiki, mzigo tuli wa gari ndio kipengele kinachotawala zaidi.
• Kulingana na utenganishaji wa mchango wa chanzo, kipengele tuli cha trafiki kiko katika %80–90 na kipengele cha ziada cha harmoniki kiko katika %10–20.
• Tofauti ya mwitikio mkuu kati ya mesh ya kati na laini ilibaki chini ya %2.
• Modeli tuli ya uhamisho wa ukuta ilionyesha ulinganifu na vipimo halisi vya uwanjani ndani ya wastani wa %6.

Matokeo ambayo hayajaungwa mkono na utafiti

• Haijaonyeshwa kuwa miitikio ya trafiki ya kidinamiki imethibitishwa uwanjani.
• Thamani ya %80–90 haimaanishi kuwa %80–90 ya mgeuko wote wa shimo la msingi inasababishwa na magari.
• Matokeo hayaonyeshi kuwa asilimia hizo hizo zitatokea katika udongo wote laini au katika aina zote za miundo ya kuzuia udongo.
• Mwingiliano halisi wa gari–lami–udongo haujaigwa moja kwa moja.
• Mwendo halisi wa magurudumu mahususi na mtiririko wa trafiki wa nasibu haujaigwa moja kwa moja.
• Tabia za masafa yaliyo nje ya 2–10 Hz iliyochunguzwa haziwezi kutolewa moja kwa moja kutoka utafiti huu.
• Uchanganuzi huru wa unyeti wa hatua ya muda haukufanywa kwa awamu ya kidinamiki.
• Hakuna mgawo wa usanifu wa ulimwengu wote ulioundwa kutoka mradi mmoja na wasifu mmoja wa udongo.
• Tabia halisi ya udongo ya kujikusanya chini ya mzigo wa trafiki wa mzunguko wa muda mrefu haijathibitishwa kwa data za uwanjani.

Vikwazo vikuu

Waandishi wanaeleza kuwa matokeo yanatumika tu kwa wasifu wa udongo uliochunguzwa, jiometri ya muundo wa kuzuia udongo, hali za mzigo wa trafiki na modeli sawia ya mzigo wa harmoniki iliyotumika.

Modeli ya trafiki inategemea mbinu iliyorahisishwa ya shinikizo la harmoniki badala ya mizigo halisi ya magurudumu yanayosonga na haitatui moja kwa moja mwingiliano wa gari–barabara–udongo.

Mawazo ya modeli ya HSS chini ya mzigo wa mzunguko huenda yasijumuishe tabia yote ya muda mrefu ya udongo laini halisi.

Utafiti unategemea mradi mmoja tu wa uhandisi na wasifu mmoja wa udongo.

Kikomo muhimu zaidi cha uthibitishaji ni kutokuwepo kwa vipimo vya kidinamiki vya uwanjani. Katika utafiti wa baadaye, inapendekezwa kupima mitetemo halisi ya trafiki uwanjani na kutumia modeli za kina zaidi za mzigo wa magari yanayosonga.

Ni nini kinachohitajika unapotekeleza katika mradi au nchi tofauti?

Badala ya kuhamisha matokeo haya moja kwa moja kwenye shimo jingine la msingi, ni lazima ubainishe kando mpangilio wa tabaka za udongo wa eneo husika, ugumu na upenyezaji wa udongo, kiwango cha maji ya chini ya ardhi, jiometri ya uchimbaji, ukuta wa diaphragm na mfumo wa viegemeo, umbali kati ya barabara na shimo, mizigo ya ekseli/uso ya magari mazito, kasi halisi ya trafiki na kutokuwa sawa kwa barabara ya eneo husika. Inapowezekana, uthibitishaji upya kwa vipimo vya kidinamiki vya uwanjani unahitajika.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Utafiti asilia: Dynamic Response Mechanism of Retaining Structures of Soft-Soil Foundation Pits Subjected to Traffic Loads

Waandishi: Wenjie Han; Xingxing Li; Meng Han; Liangliang Wang.

Mpangilio wa waandishi: Wenjie Han, Xingxing Li, Meng Han, Liangliang Wang.

Mchango sawa: Makala ya chanzo haina taarifa ya waandishi wa kwanza wenye nafasi sawa au mchango sawa.

Mwandishi wa mawasiliano: Meng Han.

Taasisi 1: Highway Institute, Henan College of Transportation, Zhengzhou 451460, China.

Taasisi 2: School of Civil and Ocean Engineering, Jiangsu Ocean University, Lianyungang 222005, China.

Taasisi 3: School of Civil Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China.

Taasisi 4: School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China.

Jarida: Buildings.

Mchapishaji: MDPI.

Mwaka / juzuu / toleo / namba ya makala: 2026; 16(20); 4159.

DOI: 10.3390/buildings16204159.

Tarehe ya kuwasilishwa: 8 Septemba 2026.

Tarehe ya marekebisho: 15 Oktoba 2026.

Tarehe ya kukubaliwa: 17 Oktoba 2026.

Tarehe ya kuchapishwa: 21 Oktoba 2026.

Aina ya chanzo: Makala asilia ya utafiti wa uhandisi; uigaji wa namba wa kijiotekniki wa pande tatu unaotegemea kisa na ulinganisho wa uhamisho tuli wa uwanjani.

Hali ya mapitio ya wenzao: Makala iliyochapishwa katika jarida linalopitiwa na wenzao.

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY).

Rekodi rasmi ya uchapishaji: MDPI, Buildings 16(20), 4159; DOI 10.3390/buildings16204159.

Programu kuu: PLAXIS 3D Advanced CONNECT Edition V22.

Modeli ya udongo: Modeli ya kitabia ya HSS katika tabaka zote za udongo ili kuzingatia tabia ya ugumu wa mgeuko mdogo.

Ukubwa wa modeli: 123 m × 27 m × 70 m.

Mesh ya mwisho: elementi 52.062 na nodi 88.180.

Udhibiti wa mesh: Mesh mbaya, ya kati na laini zililinganishwa; tofauti kati ya miitikio mikuu katika mesh ya kati na laini ilipatikana kuwa chini ya %2 na mesh ya kati ikachaguliwa.

Utatuzi wa muda wa kidinamiki: Muda wa awamu ya kidinamiki ni 3 s; hatua ya muda ya ujumuishaji ilichaguliwa kwa algoriti ya hatua za muda otomatiki ya PLAXIS. Uchanganuzi huru wa unyeti wa hatua ya muda haukufanywa.

Modeli ya trafiki: Kuongeza kipengele cha kidinamiki cha harmoniki ya sinusoidali kwenye mzigo tuli wa gari; uwakilishi uliorahisishwa wa trafiki halisi ya nasibu na mwingiliano wa wazi wa gari–lami–udongo.

Masafa ya kiparametri: Mzigo tuli wa gari 30–80 kPa; amplitudo ya kidinamiki 1–6 kPa; masafa ya mzigo 2–10 Hz katika sehemu ya mbinu.

Uthibitishaji wa modeli: Uhamisho mlalo wa ukuta wa diaphragm uliopimwa na kuigwa chini ya uchimbaji tuli ulilinganishwa; tofauti ya wastani ya uwiano iliripotiwa kuwa ndani ya %6. Uthibitishaji huu hauthibitishi moja kwa moja utabiri wa trafiki ya kidinamiki.

Ufadhili: Waandishi waliripoti kuwa utafiti haukupokea ufadhili wa nje.

Upatikanaji wa data: Michango asilia ya utafiti imewasilishwa ndani ya makala; maswali ya ziada yanaweza kuelekezwa kwa mwandishi wa mawasiliano.

Mgongano wa maslahi: Waandishi wametangaza kuwa hakuna mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Uundaji wa dhana Wenjie Han na Meng Han; mbinu Xingxing Li; programu Liangliang Wang; uthibitishaji Wenjie Han na Liangliang Wang; uchanganuzi rasmi Xingxing Li; uchunguzi Wenjie Han; rasilimali na usimamizi wa data Meng Han; rasimu ya kwanza Wenjie Han; mapitio na uhariri Meng Han; uonyeshaji na usimamizi Liangliang Wang; usimamizi wa mradi ulifanywa na Wenjie Han.

Dokezo la kuripoti ndani ya chanzo: Sehemu ya mbinu inatoa masafa ya trafiki kuwa 2, 4, 6, 8 na 10 Hz, huku maelezo ya Kielelezo 17–18 yakiandika 1 Hz na 6 Hz. Aidha, katika maelezo ya msingi ya mradi, kina cha juu cha uchimbaji kimetolewa kuwa 16,5 m, wakati hatua ya mwisho ya uchimbaji wa namba iko katika kiwango cha −16,9 m. Tofauti hizi hazijabadilishwa kimya kimya katika uwasilishaji wa Verianla.

Mpaka wa tafsiri ya kisayansi: Matokeo ya trafiki ya kidinamiki ni matokeo ya modeli ya namba yanayotegemea kisa. Hakuna uthibitishaji wa uwanjani kwa mitetemo halisi ya trafiki ya kidinamiki. Kuhamisha matokeo kwa hali tofauti za udongo, muundo wa kuzuia udongo, trafiki na maji ya chini ya ardhi kunahitaji uthibitishaji wa eneo husika.