بخشی از مقاله
خلاصه
امروزه با افزایش نیاز به استفاده مناسب از فضا در مناطق شهري، احداث سازه هاي زیرزمینی امري ضروري می نماید. نکته مهم در احداث سازه هاي زیرزمینی جلوگیري از نشست زمین در حین حفاري است که این نیاز به وسیله سازه هاي نگهبان تامین می گردد. به منظور نگهداري دیواره هاي گودبرداري شده انواع مختلف سازه هاي نگهبان مورد استفاده قرار می گیرد.
چالش اصلی مهندسان در طراحی سازه هاي نگهبان تحلیل دقیق رفتار خاك و سازه و برآورد نشست ها و تغییرشکل ها می باشد. براي این منظور باید پارامترهاي ژئوتکنیکی تاثیر گذار بر روي تغییر شکل ها بدرستی شناسایی و اعمال شوند. در این تحقیق دو نوع سازه نگهبان مهاربندي شده با مهار کششی - Anchoring - و همچنین سازه نگهبان بدون مهار با استفاده از نرم افزار Plaxis2D مدل سازي شده و تاثیر تغییرات پارامترهاي ژئوتکنیکی بر روي تغییرشکل آنها مورد بررسی قرار گرفته است.
در نهایت تاثیر پارامترهاي ژئو تکنیکی بصورت نمودارهاي مقایسه اي ارائه شده است، همچنین ساختار تغییرشکل دیوار گود در حالت مهاربندي شده و بدون مهار ارائه شده است. نتایج نشان می دهد با افزایش یکی از پارامترهاي مقاومتی خاك تاثیر تغییرات سایر پارامترها در تغییر شکل هاي گودبرداري کاهش می یابد.
1. مقدمه
در سالهاي اخیر با توسعه مناطق شهري و نیاز به استفاده مفید از زمین و اراضی شهري و تراکم ساخت وساز، سازههاي زیرزمینی بیش از پیش مورد استفاده قرار میگیرند. در ساخت وسازهاي جدید زمانی که سیستمهاي حمل و نقل عمومی و یا تاسیسات شهري باید در زیر زمین قرار بگیرند و عمق آنها براي استفاده از عملیات تونل زنی کافی نباشد، عملیات حفاري روباز انجام می شود. تمامی این نوع ساخت و سازها مستلزم ایجاد نوعی سیستم حائل بندي پیش از شروع گودبرداري است. دغدغه اصلی در حفاريهاي زیر سطحی حرکت جانبی و نشست زمین است که منجر به آسیب به سازههاي مجاور می شود.
براي محدود کردن حرکت زمین سیستمهاي حائل مختلفی ابداع و مورد استفاده قرار گرفتهاند . تا اواخر دهه 1960 اصولا از دو نوع دیوار در گودها استفاده میشد که عبارتند از:-1 تیر وادار و-2 تخته بندي و سپرکوبی مهاربندي شده. از آن زمان تا کنون از انواع بسیار زیادي از دیوارها و یا مصالح استفاده شده که میتوان در 5 گروه آنها را معرفی کرد:
-1 دیوارهاي مهار بندي شده با استفاده از پشت بندهاي افقی و شمعکها -2 تیرهاي وادار و تخته بندي -3 سپرکوبی مهار شده -4 دیوارهاي شمعی درجا -5 دیوارهاي جداکننده دوغابی.
انتخاب سازه نگهبان مناسب از اهمیت بالایی چه از نظر کاربردي و چه از نظر اقتصادي برخوردار است که به موارد مختلفی از قبیل تراکم خاك، اندازه دانه ها، چسبندگی، تراز آب زیرزمینی، زاویه اصطکاك داخلی، شرایط محیطی و سازههاي مجاور، عمق حفاري مورد نیاز و دوام مورد نیاز بستگی دارد. در طراحی سازه هاي نگهبان چالش اصلی طراحان تخمین صحیح میزان تغییر شکل سازه میباشد. روشهاي تجربی متعددي براي طراحی و پیشبینی تغییر شکلهاي زمین وجود دارد. آنالیز مکانیزم تغییر شکل دیوار به دلیل پیچیدگی سیستم و نیز دشواري مدلسازي آن کار راحتی نمیباشد.
در این تحقیق در جهت ایجاد دید مناسب در طراحی سازه نگهبان، تاثیر پارامترهاي مقاومتی خاك و نیز نحوه اجراي سازه در سازههاي نگهبان داراي مهار و بدون مهار بر روي رفتار و تغییرشکلهاي ناشی از گودبرداري مورد ارزیابی قرار گرفته است. پارامترهاي مورد بررسی شامل ضریب بار جانبی - - k0، زوایه اصطکاك داخلی خاك و عمق مدفون دیوار گود میباشد. مدل سازي توسط نرمافزار Plaxis2D انجام گرفته است.
در نهایت در این تحقیق سعی شده است نحوه صحیح مدلسازي گودبرداري و تاثیر پارامترهاي ذکر شده در رفتار خاك و سازه را ارائه دهد.
2. معرفی نرمافزار Plaxis
Plaxis نرمافزاري المان محدود پیشرفته براي تحلیل تغییر شکلها و پایداري در پروژههاي مهندسی ژئوتکنیک کاربرد دارد. معمولا در مسائل مهم ژئوتکنیک، یک مدل رفتاري پیشرفته براي مدل سازي رفتار غیر خطی و وابسته به زمان خاکها بسته به هدف مورد نظر لازم است. با این نرم افزار می توان خاکبرداري وخاکریزي مرحله اي با شرایط بارگذاري و شرایط مرزي مختلف را با استفاده از المانهاي مثلثی 6 گرهی و 15 گرهی مدل سازي نمود.
اولین ویرایش این نرم افزار به منظور آنالیز سدهاي خاکی احداث شده بر روي خاكهاي نرم در قسمتهاي کم ارتفاع و پست کشور هلند و به سفارش مدیریت منابع آب آن کشور در دانشگاه صنعتی Delft در سال 1987 تهیه و سپس در سال 1993 قابلیتهاي آن گسترش داده شد که توسط موسسه Center for - CUR - ، Civil Engineering Research and codes نیز مورد تایید و پشتیبانی قرار گرفته است.
Plaxis از جمله بسته هاي نرمافزاري است که به منظور آنالیز تغییر شکلها و نیز پایداري سازههاي خاکی با استفاده از روش المانهاي محدود تهیه و به بازار ارائه شده است. با این تفصیل که مسائل مربوط به ژئوتکنیک نیاز به مدلهاي پیشرفتهتري براي مدل سازي رفتار غیر خطی و تابع زمان خاکها دارد، چرا که خاکها تحت شرایط مختلفی نظیر بارگذاري و شرایط هیدرولیکی در محیط خاك، رفتارهاي متفاوتی از خود نشان میدهند به همین منظور این نرم افزار براي تحلیل دقیق تر رفتار خاك از مدلهاي پیشرفته نظیر - S.S.C - - Soft Soil Creep Model - ، Hardening Soil Model و...استفاده میکند.
3. مدلسازي
مشخصات خاك محل گودبرداري به شرح جدول - 1 - میباشد.
جدول -1مشخصات خاك مدل
همچنین مشخصات دیوار گود در جدول شماره 2 ارائه شده است.
جدول -2 مشخصات المان صفحه - - plate در مدلسازي
در تمامی مدلها مشخصات سختی دیوار مانند سختی محوري و سختی خمشی و نیز ضریب پواسون به همراه ضخامت دیوار بدون تغییر باقی میماند ولی پارامترهاي مقاومتی خاك ونیز عمق مدفون دیوار دچار تغییر شده است. در ادمه در جدول شماره 3 متغییرهاي تحقیق و دامنه تغییرات آنها ارائه شده است.
جدول -3متغییرهاي مساله و دامنه تغییرات
.4 نتایج مطالعات قبلی
تحقیقات متعددي در زمینه مدلسازي گودبرداريها و بررسی پارامترهاي تاثیرگذار بر روي رفتار خاك و سازه در گودبرداريها ارائه شده است. از جمله این تحقیقات میتوان به او و همکاران - [1] - 2006 ، او و شیائو - [2] - 1998 و او و همکاران - [3] - 1996 از مدل سازي سه بعدي استفاده کردند تا تاثیر هندسه حفاري را بر نشست سطحی و همچنین تغییر شکلهاي جانبی را مورد بررسی قرار دهند.
صدیق و عالم [4] - 2005 - با استفاده از المان محدود، تاثیر سختی المان مهار و خاکریز پشت دیوار بر رفتار دیوارهاي مهار شده را به طور مجزا بررسی کردند. پوپا و همکاران [5] - 2006 - تاثیر سختی و محل قرار گیري قید فشاري و سختی دیوار را بر نتایج حاصل از تحلیل عددي - المان محدود - و تعادل حدي بررسی کردند. در این مطالعه که بر روي دیوار هاي حائل مهار شده با یک ردیف مهار صورت گرفت از نتایج آزمایش سانتریفیوژ براي کالیبره کردن مدل استفاده گردید.
شوویگر - - 2007 با استفاده از مدلهاي عددي، مطالعات پارامتریک جامعی در زمینه مسائل مربوط به حفاريهاي عمیق و دیوارهاي دیافراگمی انجام داد. در این بررسیها تاثیر عوامل متعددي از قبیل دامنه ابعاد هندسی مدل، انتخاب مدلهاي رفتاري، اصطکاك دیوار و ... بر نتایج حاصل از تحلیل با نرم افزار Plaxis مورد ارزیابی قرار گرفت. به منظور شبیه سازي دقیقتر مدل عددي اولیه بر اساس مقادیر تغییر مکان افقی اندازه گیري شده یک دیوار واقعی در شهر برلین کالیبره گردید. مهمترین نتایج حاصل از این بررسی عبارتند از:
.1 دامنه ابعاد هند سی انتخابی تاثیر ناچیزي بر لنگر خم شی و تغییر مکان افقی دیوار دارد. در حالی که تغییرات همین پارامتر تاثیرقابل توجهی بر ن ش ست خاك پشت دیوار دارد به طوري که دو برابر شدن ابعاد انتخابی مدل سبب کاهش %50 نشست خاك در مجاورت پشت دیوار میشود. این تغییرات با افزایش عمق و فاصله افقی از دیوار کاهش مییابد.
.2 گزینش مدلهاي رفتاري خاك و انتخاب سختی هریک از آنها تاثیر مهمی بر رفتار دیوار دارد. مطالعات انجام شده بر روي 3 مدل انتخابی - مدل خاك سخت شونده و مدل موهر-کولمب با دو سختی متمایز بارگذاري و بار برداري - نشان میدهد که تغییر مکان انتخابی از حاصل موهر-کولمب با سختی بارگذاري بیشترین مقدار و مدل موهر-کولمب با سختی بار برداري کمترین مقدار را دارد.
