بخشی از مقاله
چکیده
قرار گرفتن کشور ایران در یک ناحیه لرزه خیز کره زمین از یک سو و لزوم انجام ساخت و سازهای گوناگون در مناطق کوهستانی و در مجاورت شیروانیهای طبیعی از سوی دیگر، توجه به عوامل مؤثر بر پایداری لرزهای شیروانیها را دوچندان میکند. از اینرو در غالب پروژههای عمرانی در جهت تضمین پایدارسازی شیبها و شیروانیها خواهد بود. در این پژوهش مدلسازی اجزاءمحدود به منظور بررسی اثر لایههای سنگ آهک بر پایداری شیروانیهای خاکی توسط نرمافزار Plaxis انجام گرفته است. نتایج نشان میدهد که وجود لایههای سنگ آهک در شیروانی، مانند بستهای کششی عمل کرده و باعث پایدار شدن شیب میگردد و میزان تأثیر لایههای آهکی بر ضریب اطمینان شیب به عواملی مانند تعداد لایه، ارتفاع لایه، جایگاه لایه، فاصله لایهها از یکدیگر و... بستگی دارد.
کلمات کلیدی: نقاط لغزشی، روش پایدارسازی، شیروانی، Plaxis، روش المان محدود
.1 مقدمه
استان مازندران از بخشهای جلگهای و کوهستانی تشکیل یافته که در جنوب، ارتفاع البرز در امتداد غربی-شرقی آن را محدود میکند. بخش وسیعی از منطقه کوهستانی خزر-البرز دارای تشکیلات کرتاسه بوده که متشکل از سنگ مارن و سنگ آهک است. لایه روباره این تشکیلات از نهشتههای برجای رس سیلتی و ماسه ریز دانه تشکیل شده که در هر لحظه در معرض لغزش قرار دارد.[2] در منطقه مورد مطالعه به علت وجود جاده و انجام ساخت و سازهای گوناگون در مناطق کوهستانی، ارزیابی پایداری شیروانی از اهمیت خاصی برخوردار است.
شیروانی به هرگونه از سطوح شیبدار طبیعی یا مصنوعی از زمین اطلاق میگردد و ممکن است بصورت خاکی، سنگی یا ترکیبی از آنها باشد. شیروانیها تحت عواملی از قبیل فعالیتهای تکتونیکی، آب شستگی، تغییرات تراز آب زیرزمینی، تغییر جهت جریان آب، تجهیزات ارتعاشی در پای شیبها، وجود سربار متمرکز یا بارهای ثقلی در بالای شیبها، وجود ترک در شیبها و... ناپایدار شده و نیاز به تثبیت و پایدارسازی خواهد داشت. در شرایط طبیعی زمانیکه نیروهای رانشی بر مجموعه نیروهای بسیج شده جهت تحمل مقاومت برشی در زمین پیشی بگیرند، لغزش رخ میدهد. در اینصورت برای تثبیت میتوان از تعدادی روشهای رایج بهره گرفت که عبارتند از:
. انتقال محل پروژه
. تقلیل نیروهای رانشی - محرک -
. افزایش نیروهای مقاوم در مقابل جابجائی در این مقاله مدلسازی اجزاءمحدود به منظور بررسی اثر لایههای سنگ آهک بر پایداری شیروانیهای خاکی توسط نرمافزار Plaxis انجام گرفته است.
.2 تئوری و پیشینه تحقیق
تحقیقات نشان داده که بطور کلی پنج عامل موثر در ایجاد پایداری و یا ناپایداری زمینهای شیبدار موثر بودهاند. این عوامل عبارتند از : [2]
1.شیب زمین: هر چه شیب زمین زیادتر باشد ناپایداری خاک و امکان لغزش بیشتر است.
2.مشخصههای فیزیکی و مکانیکی خاک: نظر به اینکه نوع خاک منطقه مورد نظر تقرباًی مشابه و یکسان - همگن - میباشد، لذا میتوان بیان نمود که یکی از دلایل مهم لغزش زمین، کم بودن زاویه اصطکاک داخلی خاک و چسبندگی آن میباشد.
3.حرکت آبهای سطحی: جریان آبهای سطحی در خاک موجب کاهش ضریب ایمنی زمین شیبدار در مقابل لغزش میشود.
4.اثر هوازدگی قشرهای خاک: بطور کلی روابط علمی دقیقی جهت تعیین سرعت رسوخ اثرات هوازدگی در دسترس نمیباشد. عوامل زیادی مثل شیب زمین، جهت آن در مقابل آفتاب و انواع گیاهان و غیره، در این مورد مؤثر میباشند. بررسیهای اجمالی نشان میدهد که سرعت رسوخ اثرات هوازدگی در حدود 40 الی 80 سانتیمتر در سال میباشد.
5.اثر لایههای سنگ آهکی: در بعضی از مناطق لغزشی مشاهده شده است که لایههای سنگهای آهکی مانند بست-های کششی عمل کرده و مانع لغزش خاک میشوند.
در سالهای اخیر روشهای گوناگونی جهت تحلیل پایداری شیبها بکار گرفته شد. چنگ و همکاران [6] در سال 2007 به بررسی ضریب ایمنی و سطح شکست بحرانی شیب ها با دو روش تعادل حدی و روش کاهش مقاومت پرداختند و نشان دادند که برای شیب های خاکی همگن و زمانیکه 0 باشد این دو روش نتایج خوبی ارائه میدهند. در ادامه این تحقیقات در سال 2010 ونگژو [7] به محاسبات پایداری شیبهای خاکی به روش کاهش تنش برشی غیرخطی پرداخت.
گلمایی - 1380 - به بررسی زمین شناسی مهندسی و مهندسی ژئوتکنیکی علل رویداد زمین لغزش در ارتفاعات البرز پرداخت. وی وضع قرار گرفتن لایههای خاک با توجه به شیب زمین و شیب لایههای خاک که عامل موثر پایداری ترانشه و خاکریز است مورد مطالعه قرار داد. وجود لایههای سنک آهکی که اغلب در جهت عمود بر شیب زمین قرار گرفتهاند، به عنوان عامل توجیه کننده افزایش ضریب ایمنی در برابر زمین لغزه ذکر گردید. همچنین به هم خوردن جریان زهکشی آب بر اثر عملیات خاکی جهت جاده سازی که موجب ناپایداری و لغزش شیروانی میشود مورد بررسی قرار گرفت. نهاتاًی نسبت تنش برشی به تنش قائم در حالت زهکشی شده و زهکشی نشده به عنوان معیارهای کمی جهت پیشبینی وقوع زمین لغزه ارائه گردید .[2]
طرمه فروشان و نیکخواه در سال 1393 تحلیل دو بعدی پایداری شیروانیهای خاکی با استفاده از روش کاهش مقاومت برشی انجام دادند.[1] قاسم زاده و آستانه - 1394 - به تحلیل حدی شیبهای خاکی توسط روش المان محدود صلب پرداختند.[4] فراهانی منفرد و کرمی در سال 1395 کاربرد روش شبیه سازی مونت کارلو در ارزیابی تحلیل احتمالاتی پایداری شیروانیها را مورد بررسی قرار دادند. با انجام تحقیقات روی کاربرد روش احتمالاتی در پایداری شیب ها، به بررسی مبانی روش شبیه سازی مونت کارلو و نحوه کاربرد آن برای آنالیز احتمالاتی شیب ها پرداختند.[3] موسوی و گردان - 1395 - به بررسی تاثیر تغییرات ابعاد شیروانیهای خاکی بر روی ضریب اطمینان در دو حالت استاتیکی و شبه استاتیکی پرداختند.[5]
.3 مواد و روشها
به منظور بررسی عددی پایداری شیروانی، مقاطع مورد نظر توسط نرمافزار اجزاءمحدودی Plaxis8.5 مدلسازی گردیدند. از آنجائیکه در مسائلی نظیر شیروانیها که بعد سوم در مقایسه با ابعاد دیگر مسئله بزرگ میباشد، میتوان از مدلسازی دوبعدی کرنش صفحهای استفاده نمود. مدلسازی شیروانی خاکی با استفاده از المان Plate ترسیم و از المان 15 گرهی استفاده شده و همچنین در حالت عمومی در کل مدل، مش بندی Fine بکار برده شده است. پس از تعریف شرایط مرزی، باید به المانهای موجود در هندسه خصوصیات مناسب مصالح را تخصیص داد. برای مواد موجود با توجه به نوع رفتاری که برای آنها پیشبینی میشود، مدل رفتاری موهر–کلمب انتخاب و ویژگیهای متناظر با مدل رفتاری به هر ماده تخصیص داده میشود.درخصوص شرایط تنشهای اولیه به دلیل افقی نبودن سطح زمین از روش بارگذاری ثقلی استفاده میشود. در این حالت پیش از انجام تحلیل مسئله مقدار مرزی باید تغییرمکانهای حاصله را به صفر تنظیم نمود. گزینه بارگذاری ثقلی با مصالح الاستیک، محاسبه تنش افقی حاصل از این رویه را به مقدار محدود میکند که نسبت پواسون است.
