بخشی از مقاله
چکیده
تحلیل و بررسی رفتار دیوارهای حائل در برابر زلزله، به دلایلی همچون رفتار پیچیده خاک خصوصاً در اثر بارهای دینامیکی ناشی از زلزله،عدم کفایت آنالیزهای شبه استاتیکی و لزوم انجام آنالیزهای دینامیکی از مسائلی است که مهندسان ژئوتکنیک با آن مواجه هستند. خصوصیات خاک مانند جنس آن و نیز تغییرات عمق لایه از عوامل مؤثر بر رفتار لرزه ای دیوار حائل می باشد.
بنابراین به نظر می رسد بررسی رفتار دیوار حائل بدون لحاظ کردن اثر خاک منجر به نتایج واقعی نخواهد شد. در این تحقیق به کمک روش المان های محدود به عنوان یکی از مناسب ترین و بهترین تکنیک های عددی در حل مسائل مهندسی و با بهره گیری از نرم افزار plaxis رفتار دیوار حائل با توجه به خاک ناهمگن پشت آن تحت اثر بارهای دینامیکی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. شتاب نگاشت مورد استفاده در این تحقیق مربوط به زلزله های طبس،سن فرناندو و ویکتوریا می باشد.نتایج نشان می دهد که با افزایش ضخامت لایه خاک ضعیف تغییر مکان تاج دیوار به علت ضعیف عمل کردن خاک پشت افزایش می یابد.
مقدمه
هدف از احداث دیوارهای حائل،معمولاً تامین پایداری در برابر نیروهای جانبی ناشی از زمین طبیعی یا خاکریز می باشد در شروع قرن بیستم گسترش دیوارهای انعطاف پذیر که توسط خاک نگه داشته می شوند و دارای تغییرشکل قابل توجه در خود دیوار بودند مسائل جدیدی را در بحث اندرکنش خاک و سازه مطرح نمود.
تحلیل و بررسی رفتار دیوارهای حائل در برابر زلزله، به دلایلی همچون رفتار پیچیده خاک خصوصاً در اثر بارهای دینامیکی ناشی از زلزله،عدم کفایت آنالیزهای شبه استاتیکی و لزوم انجام آنالیزهای دینامیکی از مسائلی است که مهندسان ژئوتکنیک با آن مواجه هستند.
در شرایط دینامیکی رفتار دیوارهای حائل به مشخصات هندسی و مکانیکی خاک و دیوار،اثرات اندرکنش خاک و دیوار و همچنین طبیعت حرکات ورودی به عنوان عوامل دینامیکی بستگی دارد.خصوصیات خاک مانند جنس آن و نیز تغییرات عمق لایه از عوامل مؤثر بر رفتار لرزه ای دیوار حائل می باشد.بنابراین به نظر می رسد بررسی رفتار دیوار حائل بدون لحاظ کردن اثر خاک منجر به نتایج واقعی نخواهد شد.
همپنین چون در طبیعت اغلب با خاکهای ناهمگ مواجه ایم و خاک همگن و تک لایه عملاً در طبیعت وجود ندارد در نظر گرفتن شرایط خاک ناهمگن ضروری می باشد.
روشهای کلاسیک نظیر مونونوبه- اکابهو روشهای آزمایشگاهی در زمینه ی تحلیل دینامیکی دیوارهای حائل مستقیماً برای تمامی دیوارها قابل کاربرد نبوده و در آنها بسیاری از پارامترهای اساسی خاک و دیوار لحاظ نشده است.
امروزه روشهای عددی نظیر روشهای المان محدود جایگزین مناسبی برای روشهای کلاسیک و آزمایشگاهی به شمار می آیند،و نرم افزارهای موجود در این زمینه قادرند مسائل پیچیده نظیر اندرکنش محیط های مختلف بر هم را در نظر گرفته و مدل ها را به نحوی دقیق تحلیل کنند. >5@ در ادامه به بررسی چند مطالعه عددی انجام شده در این زمینه پرداخته شده است.
نتایج مطالعات علی نخودچی - 1383 - که بر روی دیوار حائل طره ای به کمک روش اجزا محدود و با استفاده از نرم افزار پلکسیس کار کرده است، نشان می دهد با افزایش زاویه اصطکاک داخلی،چسبندگی خاک،میرایی خاک و همچنین مدول یانگ خاک، ماکزیمم تغییر مکان دیوار حائل کاهش می یابد.در حالیکه افزایش وزن مخصوص خاک باعث افزایش پاسخ دینامیکی سیستم خواهد شد و ماکزیمم تغییرمکان دیوار نیز افزایش می یابد.
نتایج مطالعات لانزونی - 2007 - نشان می دهد که افزایش تخلخل خاک باعث کاهش تغییرمکان های جانبی دیوار حائل طره ای،کاهش مقدار فشار کل وارده بر دیوار،و کاهش کمی در مقدار برش و ممان خمشی می شود.در حالیکه حتی اگر افزایش کوچکی در مقدار انعطاف پذیری دیوار ایجاد شود پاسخ ها به طور قابل توجهی کاهش می یابد و تغییرمکان دیوار افزایش می یابد.
طالب پور و همکاران - - 1390 نیز به بررسی نوع خاک در تحلیل لرزه ای دیوارهای حائل با توجه به اثر اندرکنش خاک و سازه پرداخته اند. ابتدا رفتار لرزه ای دیوار حائل و خاک اطراف آن را با استفاده از نرم افزار آباکوس مورد بررسی قرار داده اند سپس تاثیر جنس خاک اطراف سازه با توجه به اثر اندرکنش خاک و سازه را با استفاده از سه مدل خاک با جنسهای متفاوت مورد بررسی قرار داده و نتایج را مقایسه نموده اند.نتایج نشان می دهد که بیشترین تغییر شکل مربوط به تاج دیوار درلحظات پایانی زلزله می باشد.
با کاهش مدول الاستیسیته،زاویه اصطکاک داخلی خاک،چسبندگی، و به طور کلی نرم تر شدن خاک اطراف دیوار،مقادیر حداکثر تنش و حداکثر تغییر مکان جداره دیوار حائل افزایش می یابد . >4@ نتایج مطالعات طوفان کاکر - 2013 - که به کمک روش المان محدود رفتار دیوار حائل طره ای را تحت بار دینامیکی با در نظر گرفتن اندرکنش بررسی کرده است نشان می دهد با کاهش سختی خاک جابه جایی های دیوار برای تمامی حرکات زمین افزایش می یابد و این نشان دهنده ی اندرکنش خاک و دیوار می باشد.
هم چنین تغییر خصوصیات خاک بر مقدار تنش ها نیز تأثیر به سزایی داشته و با کاهش سختی خاک مقدار تنش ها افزایش می یابد.و هم چنین جابه جایی ها و تنش ها به شدت وابسته به محتوای فرکانسی زلزله می باشد و بیشترین پاسخ های به دست آمده مربوط به کمترین محتوای فرکانسی زلزله می باشد.این اثرات به خصوص در خاک های نرم دیده می شود. منظور از محتوای فرکانسی زلزله نسبت PGA به PGV می باشد.
روش تحقیق
در این تحقیق به کمک روش المان های محدود به عنوان یکی از مناسب ترین و بهترین تکنیک های عددی در حل مسائل مهندسی و با بهره گیری از نرم افزار پلکسیس رفتار دیوار حائل با توجه به خاک ناهمگن پشت آن تحت اثر بارهای دینامیکی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
پس از مدل سازی در محیط نرم افزار و صحت سنجی آن نسبت به بررسی رفتار دینامیکی دیوار تحت شرایط مختلف خاک پرداخته شده است.خاکریز به صورت یک خاک دو لایه شامل لایه سست و متراکم ماسه ای می باشد.دیوار هم از جنس بتنی به ارتفاع 6 متر و ضخامت 30 سانتی متر در نظر گرفته شده است.عملکرد این دیوار در برابر سه رکورد زلزله مورد بررسی قرار گرفته است و تغییرمکان دیوار محاسبه شده است.
فرضیات مسئله هم عبارت است از:
× محیط خاک کاملاً خشک است و اثرات آب زیرزمینی در نظر گرفته نشده است.
× خاک به صورت محیط نیمه بی نهایت در نظر گرفته شده است.
× با توجه به طول زیاد دیوار در مقابل ارتفاع آن،از مدل دوبعدی کرنش صفحه ای استفاده شده است.
× برای خاک مدل الاستوپلاستیک موهر-کولمب به کار رفته و برای دیوار بتنی هم رفتار به صورت الاستیک خطی فرض شده است.
میرایی خاک از نوع میرایی مصالح بوده و از مدل میرایی رایلی استفاده شده است.میرایی خاک هم به طور متوسط 5 درصد در نظر گرفته شده است.
با توجه به اینکه حداکثر تغییرمکان دیوار در بالاترین نقطه آن - تاج دیوار - رخ می دهد تغییرمکان این نقطه به عنوان پاسخ دینامیکی مورد مطالعه قرار گرفته است.
مشخصات خاکریز مطابق با جدول زیر می باشد:
جدول -1 مشخصات خاک برگرفته شده از مطالعات موردی [6] Murthy - 2004 -
هندسه مدل هم مطابق شکل 1 شامل یک لایه ی ضعیف در بالای دیوار تا ارتفاع 3 متری از دیوار - نصف ارتفاع دیوار - و یک لایه متراکم ماسه ای در بخش زیرین دیوار می باشد. محدوده ی مدل به کمک سعی و خطا به منظور به حداقل رساندن اثر ابعاد مدل در نتایج تحلیل به اندازه کافی بزرگ در نظرگرفته شده است تا اثرات شرایط مرزی بر مدل به حداقل برسد.در گوشه های مدل هم از مرزهای جاذب استفاده شده است تا امواج ناشی از زلزله جدب این مرزها شود و به داخل مدل برنگردد که بر آن اثرات نامطلوب بگذارد.
