بخشی از مقاله
چکیده
امروزه یکی از مسائل مهم در پروژه های عمرانی، پایدارسازی شیب های خاکی و همچنین نگهداری و حفاظت از دیوارهای گودبرداری می باشد. یکی از روش های مورد کاربرد در این زمینه میخ کوبی خاک می باشد که با استفاده از المان های کششی تغییر مکان سازه ها را محدود می نماید. عملکرد شیروانی های میخ کوبی شده توسط پایداری و تغییر شکل آن ها بیان می شود.
تغییر شکل های شیروانی های خاکی می تواند به سازه های مجاور، خیابان های اطراف و تاسیسات آسیب برساند. از جمله پارامترهایی که در پایداری و تغییر شکل جداره های گود تاثیر می گذارد عبارتند از لایه بندی و ترتیب و زاویه قرارگیری لایه های خاک اطراف گود. در تحقیق حاضر، خاک اطراف گود از مصالح ریزدانه و چسبنده رسی انتخاب گردیده و تاثیر ترتیب قرارگیری لایه ها بر روی پایداری و نشست ها و تغییر مکان های افقی جداره و لبه گود براساس تحلیل شبه استاتیکی جهت بررسی انجام گرفته است.
.1مقدمه
همه ساله زمین لغزش هایی در نقاطی از جهان اتفاق می افتد که از آن جمله می توان به زمین لغزش های به وقوع پیوسته اخیر در ایتالیا، پاکستان، مکزیک و ...
اشاره نمود که خسارت های قابل توجهی را به وجود آورد. با وجود فعالیت های کاهش دهنده ریسک ناپایداری که قبل از ساخت پروژه ها برنامه ریزی و طراحی می شود، باز هم عدم قطعیت ها به خصوص مرتبط با شناخت خاک وجود دارد. بنابراین اهمیت آنالیز پایداری شیروانی های موجود آشکار می شود.
در طی دهه های گذشته، تجربه رفتار شیروانی ها و اغلب گسیختگی آن ها، منجر به موارد زیر شده است:
الف-افزایش درک ما درباره شناسایی ضرورت ها و محدودیت های آزمایش های آزمایشگاهی و درجا برای ارزیابی مقاومت های خاک
ب-توسعه انواع موثرتر و جدید ابزارگذاری برای مشاهده رفتار شیروانی ها
ج-درک اصول مکانیک خاک که رفتار خاک را به پایداری شیروانی مرتبط می کند
د-پروسه های تحلیلی اصلاح شده که با بررسی گسترده مکانیک آنالیز های پایداری شیب تکمیل شده است
ه- مقایسه جزئیات با رفتار صحرایی و استفاده از کامپیوترها برای انجام آنالیزهای کلی و دقیق
روش میخ کوبی یکی از بهترین روش های پایدارسازی جداره های قائم و نزدیک به قائم می باشد. در این روش تسلیح خاک با استفاده از میلگردهای فولادی نزدیک هم، در داخل یک شیب به صورت مرحله ای و از بالا به پائین انجام میگیرد
در این تحقیق مهاربندی توسط میخ کوبی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. عملکرد شیروانی های میخکوبی شده توسط پایداری و تغییر شکل آنها بیان می شود. تغییر شکل های شیروانی ها میتواند به سازه های مجاور، تاسیسات و خیابان های اطراف آسیب برساند. شدت و مقدار این آسیب به بزرگی و الگوی توزیع تغییر شکل ها و تنش های خاک در محدوده شیروانی ها ارتباط دارد. پارامترهای مختلفی در مورد میخ کوبی مورد مطالعه قرار گرفته است از جمله زاویه میخ کوبی، طول و قطر میخ ها، شرایط آب زیرزمینی و ...
ولی تحقیقی روی لایه های مختلف خاک و چگونگی ترتیب قرار گیری آن ها با جنس متفاوت صورت نگرفته بود. در این تحقیق خاک پشت گود، ریزدانه و به صورت لایه لایه فرض شده و تاثیر لایه بندی های مختلف بر روی ضرائب اطمینان پایداری گود و تغییر شکل های دیواره و لبه گود در حالت تحلیل شبه استاتیکی مورد بررسی قرار گرفته است.
-2 صحت سنجی
در این قسمت از مطالعه به منظور کالیبراسیون نرم افزار به مورد مطالعه و مدل سازی محققین پیشین در زمینه پایدار سازی دیواره های گود پرداخته شده است. در تحقیقی که توسط بهادران و حاجیان نیا[4] انجام گرفته است تاثیر فاصله سربار با لبه گود مهار شده با سیستم نیلینگ بررسی گردیده است. از آنجایی که خاک مورد مطالعه در هر دو تحقیق دارای چسبندگی میباشد میتوان به مقایسه دو نرم افزار به منظور صحت سنجی نرم افزار موجود پرداخت. نتایج این صحت سنجی تطابق قابل قبولی را بین دو نرم افزار نشان میدهد. این نتایج در جدول - - 1 و شکل - 1 - قابل مشاهده است:
جدول - : - 1 مقایسه نتایج صحت سنجی نرم افزارهای مورد استفاده با تحقیق های گذشته
شکل -1 مقایسه نتایج نرم افزارهای مورد استفاده با نتایج تحقیق های گذشته
-3 مدل سازی
دیوارهای میخ کوب میتوانند به عنوان سازه های دائمی و یا موقت استفاده گردند. یک سازه با عمر بهره برداری 18 ماهه و یا کمتر به عنوان موقت و یک سازه با عمر بهره برداری بیشتر به عنوان سیستم دائمی شناسائی میگردد. برای شرایط موقت از تحلیل استاتیکی و برای حالت دائم که موضوع این تحقیق می باشد از تحلیل شبه استاتیکی استفاده میشود. در تحلیل شبه استاتیکی برای این تحقیق از ضرایب شتاب جانبی افقی و قائم 0.25 استفاده شده است. از آنجایی که ضریب 0.25 برای پهنه های لرزه خیزی با خطر نسبی متوسط بکار میرود و شهر ارومیه نیز در پهنه مذکور قرار گرفته است ضریب فوق به عنوان نسبت شتاب مبنای طرح در نظر گرفته میشود. شتاب جانبی قائم به سمت پائین در نظر گرفته میشود تا نشست گود تشدید گردیده و به سمت بحرانی شدن میل نماید.
شتاب جانبی افقی نیز به سمت داخل خاک در نظر گرفته میشود و آن به دلیل جلوگیری از فروپاشی دیواره گود لحاظ گردیده است تا بتوان نتایج مقایسه ای تاثیر لایه بندی ها را بر پایداری و تغییر شکل دیواره گود بررسی نمود. برای انجام مراحل تحقیق و مدل سازی از نرم افزار plaxis استفاده شده است.
نمونه مورد مطالعه یک گود برداری به ارتفاع 10 متر بوده که از 4 لایه با جنس متفاوت تشکیل یافته است. جنس لایه زیرین همیشه ثابت بوده ولی جنس سه لایه فوقانی در طول تحقیق تغییر یافته و بررسی لازم برای تاثیر تغییر آنها صورت پذیرفته است. سربار 70 کیلو پاسکال که معادل نیروی یک ساختمان 7 طبقه می باشد بلافاصله از لبه گود شروع شده و به فاصله 20 متری از آن ادامه یافته است. طول میخ های به کار رفته در گود برای پایدار سازی آن 10 متر بوده و جمعا 7 میخ استفاده شده است.
جنس خاک لایه های اطراف گود، رس نرم، رس متوسط، رس سخت و ماسه متوسط می باشد. زاویه قرار گیری میخ ها 30 درجه بوده و قطر آن ها 36میلیمتر می باشد. برای رس های نرم، متوسط، سخت به ترتیب از چسبندگی های 110، 60 و 10 کیلو پاسکال و زوایای اصطکاک 10، 20 و 30 درجه و سختی های 3500 و 8500 و 14000 کیلو پاسکال و اوزان مخصوص 14، 17 و 19 کیلو نیوتن بر متر مکعب استفاده گردیده است. برای مدل سازی رفتار تنش و کرنش در گودبرداری ها، می توان از معیارهای متفاوتی استفاده نمود. انتخاب این معیارها به پارامترهای در دسترس وابسته است.
در این تحقیق از معیارموهر- کلمب استفاده شده است. برای مدل سازی میخ ها می توان از المان ژئوگرید و یا المان صفحه معادل استفاده نمود. بنا به بررسی های صورت گرفته، مدل سازی میخ با استفاده از هر دو روش مذکور، ضریب اطمینان و جابجایی های تقریبا نزدیکی ارائه می نماید. المان صفحه معادل در واقع همان المان تیر میباشد و در هنگام جابجایی جدار، نیروهای خمشی و برشی و محوری داخل میخ موبیلیزه میشوند. این در حالی است که المان ژئوگرید تنها قادر به تحمل نیروی محوری است.
بنابراین در طراحی های پوشش بتن پاشی، صفحه باربری و .... مناسب عمل نمیکند.در نتیجه برای مدل سازی میخ، استفاده از المان صفحه ترجیح داده میشود. برای مدل سازی پوشش شاتکریتی نیز از المان صفحه یا همان تیر استفاده شده و به صورت الاستیک مدل میشود. برای تعیین مدول الاستیسیته نیل، از مدول الاستیسیته معادل بین میخ و ملات استفاده شده است. همچنین برای مدل سازی قطر میخ از قطر معادل آن که عرض المان مربع میباشد استفاده میگردد.
در تحلیل های صورت گرفته از تاثیرات آب زیرزمینی صرف نظر شده است. فازبندی یکی از امکانات نرم افزار plaxis میباشد. با استفاده از این قابلیت می توان تاثیر مراحل اجرائی پروژه را نیز در نظر گرفت. در این تحقیق 6 فاز برای تحلیل در نظر گرفته شده است. که چهار فازاول مربوط به مراحل خاکبرداری و نصب میخ، فاز پنجم مربوط به تحلیل شبه استاتیکی و فاز آخر مربوط به تحلیل پایداری میباشد.
پس از هر مرحله خاکبرداری، میخ در تراز مورد نظر قرار گرفته و پوشش موقت اجرا میشود. پس از رسیدن به تراز خاکبرداری مورد نظر و پایان عمل میخ گذاری پوشش دائمی اجرا می شود. در ناحیه تماسی بین خاک و بتن از یک لایه فرضی برای مدل سازی اندرکنش و رفتارجداگانه بین آنها استفاده میشود. لایه اندرکنش، پارامترهای خاک و بتن را با استفاده از روابط زیر به یکدیگر مرتبط میکند.
درروابط فوق، c چسبندگی، زاویه اصطکاک، int مقدار در محل اندرکنش، soil خاک اطراف و R ضریب اندرکنش میباشد.
