بخشی از مقاله
خلاصه
استفاده از شمعهای مقاوم برای ایجاد ثبات در لغزشهای فعال، به عنوان یک اقدام پیشگیرانه یکی از روشهای مهم و نوآورانه در تقویت شیروانیها است. اثر پایدارکنندگی شمع در شیروانی، در نتیجهی مقاومت برشی شمع مقاوم 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 خود، در برابر تغییرشکل مقاومت نموده و نتیجه ی فرآیند برهمکنشی بین خاک و شمع، عملکرد و رفتار این سازهی مرکب ژئوتکنیکی را کنترل مینماید. یکی از مزایای شمعها این است که می توانند از جنس مصالح ارزان و با تکنیک هایی نظیر اجرای ستون های 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. نتایج مدلسازی هایعددی موید کارآیی مناسب این روش به عنوان تکنیکی ساده و نسبتاً ارزان برای پایدارسازی توده های خاکی در آستانه ناپایداری می باشد. لازم است 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.
کلمات کلیدی: ناپایداری شیب، شمع مقاوم، ستون شنی
1. مقدمه
ناپایداری شیروانیهای طبیعی و مصنوعی به اشکال مختلفی دیده میشود که برای طبقهبندی آنها روشهای گوناگونی بر اساس سازوکار یا هندسهی لغزش و یا ساختارهای زمینشناسی پیشنهاد شده است. با این وجود، ناپایداریها و حرکت تودههای سنگ و خاک در گسترهی بزرگی از اندازه، شکل و نوع قرار میگیرند که حتی با وجود سیستم طبقهبندی، باز هم مشخص کردن دقیق ناپایداری در یک دستهی خاص، کار مشکلی میباشد.[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
1دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی عمران-مکانیک خاک و پی، دانشگاه آزاد اسلامی-واحد سمنان 2استادیار دانشکده مهندسی عمران، گروه مکانیک خاک و پی، دانشگاه آزاد اسلامی-واحد سمنان 3 استادیار دانشکده مهندسی عمران، گروه مکانیک خاک و پی، دانشگاه آزاد اسلامی-واحد سمنان
-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 طبقهبندی شده و در جدول - 1 - ارائه شدهاند. پس از ارزیابی گسیختگی قابل انتظار در شیروانی و پیشبینی 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]
.2 کاربرد شمع در پایدارسازی شیروانیهای خاکی
روش حفاظت عملیات خاکی: برداشتن و پر کردن بخشی از شیروانی بیومهندسی: ایجاد پوشش گیاهی 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
استفاده از شمعهای مقاوم برای ایجاد ثبات در لغزشهای فعال، به عنوان یک اقدام پیشگیرانه یکی از روشهای مهم و نوآورانه در تقویت شیروانیها است، بهنحوی که در بسیاری از شرایط و موقعیتها برای ایجاد ثبات در دامنهها مورد استفاده قرار گرفتهاند 3] و .[4 اثر پایدارکنندگی شمع در شیروانی، در نتیجهی مقاومت مقطع شمع و اتکای آن به خاک مقابل می باشد. در این حالت تودهی خاک در حال حرکت باعث ایجاد تغییرشکلهای 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 برهمکنشی 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
لی و همکاران - 1995 - ، اثر مکان قرارگیری شمع در داخل شیروانی را در سه حالت شیروانی خاکی همگن، شیروانی خاکی دو لایهای ناهمگن که در آن یک لایهی نرم بر روی یک لایهی سخت قرار گرفته، و شیروانی خاکی دو لایهای 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 شمعهای قرار گرفته در پنجه یا تاج نسبت به شمعهای 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 لایه سخت. نتایج بدست آمده در این دو 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 همگن میباشد. در این حالت پیشنهاد شده است که شمعها 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 نتیجهگیریها 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 شمعها به قطر شمعها - 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 تقریباً 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]
