بخشی از مقاله
چکیده - استفاده از شمعهای مقاوم یکی از روشهای پایدارسازی تودههای خاکی در آستانه ناپایداری است. اثر پایدارکنندگی شمع در شیروانی، در نتیجهی مقاومت برشی شمع مقاوم میباشد. یکی از مزایای شمعها این است که می توانند از جنس مصالح ارزان و با تکنیک هایی نظیر اجرای ستونهای شنی اجرا شوند. با توجه به کوهستانی بودن بخش بزرگی از کشور ایران و احتمال وقوع زمین لغزش ها در مناطق کوهستانی از یک طرف، و در دسترس بودن مصالح و تکنیک اجرای ستون های شنی از طرف دیگر، مطالعه استفاده از این روش برای پایدارسازی شیب انجام شده است. توصیه می شود به منظور مدلسازی، ستون های شنی به صورت نواحی با قطرهای نظیر این المان ها مدل شوند و مدلسازی با تعریف توده خاک با مشخصات مقاومتی معادلسازی شده، منجر به نتایج غیر محافظه کارانه می گردد. بررسی های پارامتریک عددی در خصوص تأثیر زاویه شیب و زاویه اصطکاک داخلی مصالح بر میزان تقویت مورد نیاز برای رسیدن به ضرایب اطمینان یکسان، نشان دهنده لزوم افزایش حدود 16درصدی در میزان تقویت به ازای هر 5 درجه افزایش زاویه شیب و افزایش حدود 18درصدی میزان تقویت به ازای هر 5 درجه کاهش زاویه اصطکاک داخلی مصالح شیب می باشد.
کلید واژه- تحلیل عددی، ستون شنی، شمع مقاوم، ناپایداری شیب
-1 مقدمه
ناپایداری شیروانی های طبیعی و مصنوعی به اشکال مختلفی دیده می شود که برای طبقه بندی آنها روش های گوناگونی بر اساس سازوکار یا هندسهی لغزش و یا ساختارهای زمین شناسی پیشنهاد شده است. با این وجود، ناپایداری ها و حرکت تودههای سنگ و خاک در گسترهی بزرگی از اندازه، شکل و نوع قرار می گیرند که حتی با وجود سیستم طبقه بندی، باز هم مشخص کردن دقیق ناپایداری در یک دستهی خاص، کار مشکلی می باشد.[1] در کشور ایران به دلیل تنوع زمین شناسی و اقلیمی آن زمین لغزشهای متعدد به وقوع می پیوندد و بروز آنها اثرات اقتصادی و اجتماعی گسترد های را بر اقصی نقاط کشور متحمل می نماید.[2] بطور کلی برای جلوگیری از ناپایداری شیبها و یا طرح یک شیب پایدار میتوان سه روش زیر را در نظر گرفت:
- جابجایی محل طرح
- کاهش نیروهای رانشی زمین - محرک -
- تقویت نیروهای مقاوم در مقابل جابجائی بسته به مقیاس گسیختگی قابل انتظار برای یک شیروانی، از
سه دیدگاه کلی در محافظت از آن میتوان بهره برد که شامل کاهش خطرپذیری، ثابت نگه داشتن میزان خطرپذیری و پرهیز از خطرپذیری میباشد. بسته به هدف و کاربرد، این راهکارها در سه دسته و نه گروه طبقه بندی شده و در جدول - 1 - ارائه شده اند. پس از ارزیابی گسیختگی قابل انتظار در شیروانی و پیش بینی نوع سازوکار آن، بایستی با در نظر گرفتن عواملی نظیر مقرون به صرفه بودن روش و تأمین ایمنی شیروانی، از یک و یا ترکیب مناسبی از راهکارهای ذیل به منظور کنترل و پیشگیری از وقوع گسیختگی استفاده گردد .[1]
جدول :1 راهکارهایی برای جلوگیری از گسیختگی شیروانیها[1]
فلسفه محافظت از نوع راهکار روش حفاظت
شیروانی ثابت نگه داشتن راهکارهای عملیات خاکی: برداشتن و پر کردن کنترلی بخشی از شیروانی
درجه ریسک
بیومهندسی: ایجاد پوشش گیاهی
راهکارهای
کاهش ریسک
پیشگیرانه
دیگر
پرهیز از ریسک
راهکارها
مدیریت آب: زهکش های سطحی و زیر سطحی
حفاظت رویه شیروانی: سنگفرش کردن مهاربندی کردن: میخکوبی، میل مهار - انکر -
سازه های نگهبان: گابیون، دیوار نگهبان بتنی و ...
اقدامات حفاظتی: شبکه محافظ سقوط سنگ و ...
شمع زنی: استفاده از لوله های فلزی، شمع بتنی و ...
مسیریابی و جانمایی مجدد: انتخاب مسیر جدید جاده، تغییر محل پل یا تونل
سخت قرار گرفته، و شیروانی خاکی دو لایه ای ناهمگن که در آن یک لایهی سخت بر روی یک لایهی نرم قرار گرفته باشد، شرح دادند .[5] در یک شیروانی همگن، آنها از واحد بدون بعد و نسبت افزایش ضریب اطمینان به منظور تحقیق بر روی اثر مکان قرارگیری شمع استفاده نمودند و دریافتند که شمع های قرار گرفته در پنجه یا تاج نسبت به شمع های قرار گرفته در بخش میانی شیروانی دارای نسبت افزایش بالاتری میباشند. در شیروانی خاکی چسبنده دو لایهای ناهمگن، دو گونه شرایط شرح داده شد، لایهی نرم بر روی لایهی سخت زیرین؛ لایهی نرم در زیر لایهی سخت. نتایج بدست آمده در ایندو حالت کاملاً متفاوت است. در حالتی که لایهی نرم بر روی لایهی سخت قرار دارد، مکان پیشنهاد شده بین قسمت میانی تا تاج شیروانی میباشد. در حالتی که لایهی سخت بر روی لایهی نرم قرار گرفته است، نتایج، مشابه با حالت قرارگیری شمع در شیروانی
-2 کاربرد شمع در پایدارسازی شیروانیهای خاکی
استفاده از شمع های مقاوم برای ایجاد ثبات در لغزشهای فعال، به عنوان یک اقدام پیشگیرانه یکی از روش های مهم و نوآورانه در تقویت شیروانیها است، به نحوی که در بسیاری از شرایط و موقعیت ها برای ایجاد ثبات در دامنه ها مورد استفاده قرار گرفته اند 3] و .[4 اثر پایدارکنندگی شمع در شیروانی، در نتیجهی مقاومت مقطع شمع و اتکای آن به خاک مقابل میباشد. در این حالت تودهی خاک در حال حرکت باعث ایجاد تغییرشکل های جانبی در شمع شده و شمع نیز با تجهیز کردن نیروهای داخلی و بویژه بسیج مقاومت برشی، در برابر تغییرشکل مقاومت نموده و نتیجهی این فرآیند برهم کنشی بین خاک و شمع، عملکرد و رفتار این سازهی مرکب ژئوتکنیکی را کنترل مینماید. با توجه به اینکه این روش در تحقیق حاضر به عنوان گزینه ای جدید بررسی شده است، در ادامه ابتدا ادبیات فنی مرتبط با این روش شرح داده شده است.
-1-2 ادبیات فنی مرتبط با شیروانیهای مسلح شده با شمع
اثر مکان قرارگیری شمع در داخل شیروانی را در سه حالت شیروانی خاکی همگن، شیروانی خاکی دو لایه ای ناهمگن که در آن یک لایهی نرم بر روی یک لایهی
همگن میباشد. در این حالت پیشنهاد شده است که شمع ها در پنجه یا در نزدیکی تاج شیروانی قرار گیرند.
کای و یوگای - 2000 - ، جهت تعیین بهترین محل قرار گیری شمع در شیروانی، نتایج بدست آمده از طریق استفاده از روش اجزاء محدود - شیوهی کاهش مقاومت برشی - و روش ساده شدهی بیشاپ را مقایسه نمودند و دریافتند که نتیجه گیریها متفاوت میباشند .[6] در تحلیل اجزاء محدود، مکان بهینهی قرارگیری شمع در میانهی شیروانی پیشنهاد شد اما در روش ساده شدهی بیشاپ، بیشترین ضریب اطمینان شیروانی مسلح شده با شمع، در بخش میانهی بالایی شیروانی اتفاق خواهد افتاد.
وی و چنگ - 2009 - به بررسی پایداری شیروانی مسلح شده با شمع با مشخصات هندسی نشان داده شده در شکل - 1 - پرداختند .[7] آنها نشان دادند هنگامی که نسبت فاصلهی مرکز به مرکز شمع ها به قطر شمع ها - S/D - بسیار بزرگ باشد - بزرگتر از - 12، ضریب اطمینان شیروانی مسلح شده با شمع مشابه با حالت شیروانی مسلح نشده بدست میآید.
شکل :1 مدل شیروانی مسلح شده با شمع ارائه شده توسط وی و چنگ [7]
گریفیتس و همکاران - 2010 - ، با استفاده از تحلیل همبسته، به مطالعه بر روی اثر طول شمع بر پایداری شیروانی پرداختند .[8] شکل - 2 - تأثیر طول و مکان قرارگیری شمع بر ضریب اطمینان را نشان میدهد. نتایج نشان داده است که تأثیر طول شمع وابسته به مکان قرارگیری شمع میباشد. چنانچه شمع در پنجه یا تاج شیروانی قرار گیرد، طول شمع تأثیر کمی بر روی ضریب اطمینان دارد و چنانچه شمع در میانهی شیروانی قرار گرفته باشد، تأثیر طول آن بر ضریب اطمینان، بسیار چشمگیر خواهد بود. به عبارت سادهتر میتوان گفت طول بحرانی شمع، که بعد از آن ضریب اطمینان تقرباًی ثابت خواهد، در میانهی شیروانی بیشتر از قسمتهای دیگر بدست آمده است.
شکل :2 تأثیر طول و مکان قرارگیری شمع بر ضریب اطمینان ارائه شده توسط گریفیتس و همکاران [8]
نکته حائز اهمیت در مطالعات قبلی آن است که در تمام مطالعات شمع ها از جنس سازه ای لحاظ شده اند. اما نوآوری منظور شده در تحقیق حاضر، تعریف مشخصات شمع به صورت ستون شنی و فاقد سختی سازه ای می باشد.
-3 مطالعات عددی
در سال 2011 ابوشرار و هان به بررسی تأثیر اجرای ستون های شنی بر پایدارسازی شیروانی خاکی پرداختند.[9] مبنای مدلسازی این محققین بر تعریف محدوده معادل با مشخصات نظیر توده خاک و ستون سنگی - با فرض مصالحی همگن به جای این دو مصالح - بوده است. این فرض در شکل - 3 - نشان داده شده است.
شکل :3 مقطع مدل شیروانی بررسی شده توسط ابوشرار و هان - 2011 - ؛ الف. ستون شنی، ب. تعریف محدوده معادل ناحیه بهسازی شده با ستون های شنی [9]
در شکل - 4 - مدل عددی تعریف شده در نرم افزار PLAXIS 2D ارائه شده است. پارامترهای مقاومتی و رفتاری خاک با استفاده از اطلاعات ارائه شده در مرجع ابوشرار و هان - 2011 - به صورت نشان داده شده در جدول - 2 - در مدل تعریف شده اند.
