بخشی از مقاله
چکیده:
با توجه به اهمیت حمل و نقل در دنیای امروز، یکی از مهمترین تحقیقات در این زمینه، پژوهش درباره خطوط ریلی در زیر قطارهای سریعالسیر است. در این مقاله با رجعت به نتایج تحقیقات آزمایشگاهی پیشین، برای اعتبارسنجی شرایط اولیه، در ابتدا یک مدلسازی اجزای محدود در نرمافزار PLAXIS برای خطوط بالاستی ارائه شده و با توجه ویژه به لایه سابگرید منتخب1، گونهای منحصر بهفرد از تثبیت خاک - که استفاده از ژئوگریدهاست - در مدلسازی دخیل و نتایج حاصل از منظر کاهش نشست، با حالت اولیه مقایسه شده است. نتایج حاصل بیانگر کاهش نشست تا 6/5 درصد در صورت استفاده از سه لایه ژئوگرید در لایه سابگرید منتخب در حالت بهینه بوده است.
مقدمه
امروزه با گسترش جوامع بشری و کوچک شدن جهان به مفهوم دهکده جهانی، شکستن بعد مسافت اهمیت ویژهای پیدا کرده است، پس در سالهای اخیر بحث در مورد حمل و نقل و گونههای متفاوت آن بسیار گسترده بوده است. از میان گونههای متفاوت حمل و نقل، ناوگان هوایی با بهرهگیری از مزیت سرعت بالا، کاربردهای بسیاری یافته، اما با محدود بودن ظرفیت این گونه از حمل و نقل و همچنین پیشامدهای ناگوار متعدد، توجه جهانیان به حمل و نقلهای ریلی معطوف شده است. با پیشرفتهای اخیر و رسیدن سرعت قطارها حتی به بیش از 500 کیلومتر در ساعت و امنیت بسیار بالای خطوط ریلی، دور از ذهن نیست که اینگونه از حمل و نقل را گونه پیشرو و برتر سالهای آتی بنامیم. اما حرکت قطارها با سرعتهای بسیار بالا، به توجه ویژه علمی و مهندسی در این زمینه نیاز دارد، زیرا کوچکترین اشتباه در طراحی، شاید فاجعه بار باشد.
از سوی دیگر پروژههای احداث خطوط ریلی کشوری، گاهی بینکشوری و بسیار عظیم هستند، به این مفهوم که وقتی از صدها کیلومتر راهآهن بحث می شود، با یک طراحی دقیق و مهندسی، می توان طرحی اقتصادی و بسیار باصرفه ارائه کرد. در میان تحقیقات بسیار در زمینه خطوط ریلی بحث خاکریزها و بستر راهآهن از اهمیت بسزایی برخوردار است، زیرا روسازی راه آهن اغلب از استانداردهای بینالمللی پیروی می کند و چندان تغییرپذیر نیست، اما زیرسازی و بستر خطوط ریلی است که تفاوت در طراحیها را آشکار میسازد.
در اینجاست که مهندسان ژئوتکنیک بهدنبال طراحیهای هوشمندانه ودر نتیجه افزایش مقاومت، کاهش نشستها و ارائه طراحی اقتصادی هستند. کشور ایران نیز با قرار گرفتن در فلات ایران، بستر بسیار مناسبی برای بهرهگیری هر چه بهتر از خطوط ریلی سریعالسیر است. حال با آگاهی از اهمیت موضوع و نیاز هر چه بیشتر به پژوهش در این زمینه، در مقاله پیشرو برای بررسی رفتار خطوط ریلی از منظر ژئوتکنیک تلاش شده است.
پیشینه پژوهش
خطوط ریلی بهصورت عمده از دو بخش اصلی روسازی و زیرسازی تشکیل شدهاند. خطوط ریلی با روسازی بالاستی2 - که گونه مورد تحقیق در این مقاله است - در قسمت روسازی متشکل از ریل، اسلیپرها، پایبندها و بالاست یا دیگر عناصر جایگزین این موارد هستند. در قسمت زیرسازی که بهطور عمده به دو بخش خاکریزها و خاکبرداریها تقسیم میشوند، خاکریزها اهمیت ویژهای دارند که توجه اصلی این مقاله نیز به بخشی از همین قسمت معطوف شده است.
جسم خاکریز از چند بخش اصلی تشکیل شده است که عبارتند از: بدنه باربر خاکریز، بخش سابگرید و سطح آمادهشده آن و لایه زیربالاست. نوع مصالح قابل استفاده و میزان تراکم مورد نیاز در هر یک از این بخشها متفاوتند. از این میان نقش لایه سابگرید در طراحیها بسیار شایان توجه است. نقش این لایه، به حداقل رساندن مقادیر تنش منتقلشده از لایه زیربالاست به بستر، کنترل تغییر شکل بدنه خاکریز و تحمل ارتعاشات حاصل از عبور قطار سریعالسیر و مقاومت در مقابل عمق نفوذ یخبندان است. این لایه در واقع قسمتی از خاکریز است وضخامت آن - بسته به مقدار سرعت طرح، نوع روسازی، جنس مصالح در دسترس و شرایط آب و هوایی - تفاوت دارد. قسمت سطحی لایه سابگرید را - که از مشخصات بهتری در مقایسه با بخش زیرین آن برخوردار است - لایه سابگرید منتخب مینامند
شاید به جرأت بتوان گفت که یکی از اساسیترین و ضروریترین قدمها برای ارائه یک پژوهش علمی، آشنایی و بررسی تحقیقات و مقالات پیشین مرتبط با آن موضوع است. این کار موجب آگاهی از بسیاری از جوانب مربوط به موضوع میشود، همچنین این امکان رافراهم میکند که نتایج حاصل با پژوهشهای پیشین مقایسه شوند که خود ملاک مناسبی برای صحتسنجی و اعتبار یک تحقیق علمی است. از این میان میتوان به پایاننامه هندری - 2007 - اشاره کرد. در این پایاننامه به روش تحلیلی ارائهشده توسط وینکلر توجه بسزایی شده است و با تحقیقات میدانی بر روی راهآهن ایرلند شمالی با نگرش ویژه به نشست، اثرات تغییر در ارتفاع لایه بالاست و همچنین تقویت لایه سابگرید بررسی شده است
همچنین در مقاله و پایاننامه ارائهشده توسط اِگلی و اوسون - 2012 - رفتار لایه سابگرید منتخب در زیر قطارهای سریعالسیر مورد بررسی قرار گرفتهاست. در این تحقیقات لایه سابگرید با استفاده از درصدهای متفاوت سیمان تقویت و با افزایش مدول الاستیسیته خاک، تأثیر این سابگریدهای تقویتشده بر نشست مطالعه در نتیجه با استفاده از این سابگریدهای تقویتشده با سیمان، امکان استفاده از سابگرید با ارتفاع کمتر و نشست پذیرفتنی به اثبات رسیده است
در مقاله ارائهشده توسط لسود وکوتیچی - 2011 - با بهرهگیری از مدلسازی طولی یک مسیر ریلی، نشست خاک بررسی شد و در نتیجه تأثیرات لایه ساببالاست و اثرات مخرب حذف یا کاهش ارتفاع آن در خطوط بالاستی به اثبات رسید
آلوز کاستا و دیگران - 2014 - در مقالهای با توجه به رسیدن سرعت قطارهای سریعالسیر حتی به بیش از 500 کیلومتر در ساعت، به بررسی نظری فرمولهای مربوط به این حرکت دینامیکی بر بستر پرداختهاند و همچنین مدلی 2/5 بعدی از خاکریزهای خطوط ریلی با لایههای متفاوت ارائه کرده اند
از میان پژوهشهای آزمایشگاهی میتوان به تحقیقات آل شایر - 2008 - اشاره کرد که در آن یک مدل آزمایشگاهی با مقیاس کوچکتر از واقعیت، از یک خط ریلی بالاستی تهیه شد و با جکهای هیدرولیکی قوی تحت بارگذاریهای سیلکی قرار گرفت و نشست و تنش اندازهگیری شد، نویسندگان مقاله برای بهدست آوردن روابطی در زمینه تأثیرات بارهای دینامیکی بر خطوط ریلی بالاستی و تأثیر سرعت و شتاب بر نشست و تنش، تلاش شایان توجهی کردند
