بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، رفتار دیوار طرهای با انعطافپذیریهای مختلف که خاک غیر چسبنده را در پشت خود نگه داشته است، به کمک روش المان محدود مورد بررسی قرار میگیرد. از آنجا که اندرکنش خاک دیوار، تأثیر مهمی بر رفتار دیوار انعطافپذیر دارد، لغزش و جداشدگی خاک نسبت به دیوار به کمک المان حد واسط - interface element - و رفتار خمشی دیوار نیز به کمک المان تیر - beam element - مدل شده است. در این تحقیق تأثیر سختیهای مختلف دیوار بر ارتفاع پایداری دیوار و عمق نفوذ آن، لنگر خمشی و توزیع فشار جانبی خاک در طراحی دیوار بررسی میشود. در پایان با مقایسه بین نتایج حاصله و روشهای کلاسیک و آئیننامهای، کارایی مدل ارزیابی شده و نقاط قوت و ضعف روشهای کلاسیک مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد.
کلید واﮊهها: دیوار حائل انعطافپذیر، اندرکنش خاک دیوار، فشار جانبی خاک، خاک غیر چسبنده
١- مقدمه
هدف از احداث دیوارهای نگهبان، معمولاﹰ تأمین پایداری در برابر نیروهای جانبی ناشی از زمین طبیعی یا خاکریز میباشد. هنگامیکه تغییرمکانهای خاک مهم باشد و یا فضای ساخت محدود باشد، دیوارهای طرهای مدفون - با و یا بدون مهار - ممکن است استفاده شوند. طراح دیوار بایستی پایداری این سازهها را با ضریب اطمینان کافی تأمین نماید. انعطافپذیری دیوارهای مدفون در محدوده وسیعی تغییر میکند و این امر تأثیر قابل ملاحظهای بر نحوه توزیع فشار جانبی خاک دارد. با افزایش انعطافپذیری دیوار به خاطر تغییر شکل غیر یکنواخت و غیر خطی دیوار و تغییر شکلهای محیط خاکی مجاور دیوار و به عبارتی اندرکنش خاک دیوار، الگوی توزیع فشار جانبی خاک پیچیدهتر میگردد که طبیعتاﹰ پیشبینی نیروهای وارده به دیوار و برقراری تعادل در سیستم و در نتیجه تخمین ارتفاع پایداری دیوار، لنگر حداکثر و جابجایی دیوار را مشکل میسازد. دیوارهای با انعطافپذیری بیشتر غالباﹰ لنگرهای خمشی کمتری در اجزای سازه خود دارند، اما تغییرشکلهای بزرگتری را - به ویژه در دیوارهای طرهای بدون مهار - تحمل میکنند. طراحی دیوارهای حائل انعطافپذیر غالباﹰ با استفاده از تحلیلهای ساده شده و کلاسیک یا روشهای تجربی انجام میشود، چرا که طبیعت آنها به طور استاتیکی نامعین است و عدم در نظر گرفتن فرضیات ساده کننده در تحلیل دیوارهای انعطافپذیر، به پیچیدهتر شدن روابط منجر میگردد
ﻭ از همه مهمتر مکانیزمی که اتفاق میافتد، کاملاﹰ شناخته شده نیست. بنابراین روشهای تحلیل کلاسیک همانند تئوری گوه گسیختگی کولمب و تئوری مبتنی بر تعادل خمیری رانکین ]١، ٢، ٣[ که بر مبنای رفتار دیوارهای صلب پیریزی شدهاند، برای دیوارهای انعطافپذیر مستقیماﹰ قابل کاربرد نبوده و بایستی تغییراتی در آنها داده شود و متأسفانه کاربرد این روشها میتواند به تخمینهای متفاوتی از پارامترهای عمده طراحی منجر گردد. پیچیدگی اندرکنش خاک سازه علاوه بر انعطافپذیری دیوار، به ساختار خاک، تعداد ردیفهای مهار و نوع سیستم نگهدارنده نیز بستگی دارد. با پیشرفت محاسبات عددی نظیر روشهای تفاضلهای محدود و اجزای متناهی، تحلیلهای عددی جایگزین مناسبی برای تحلیل های کلاسیک به شمار میآیند. با افزایش قابلیتهای این روشها برای مدلسازی اجزا و محیط های مختلف، امکان در نظر گرفتن اندرکنش محیطهای مختلف بر همدیگر وجود دارد و در نتیجه نتایج مطمئنتری نسبت به روشهای کلاسیک انتظار می رود. در حال حاضر، تحلیل ﻭ طراحی دیوارهای حائل به کمک نرمافزارهای کامپیوتری، پیشرفتهای قابل ملاحظهای داشته است و تلاش در زمینه مدلسازی رفتار دیوار و شناسایی مکانیزمهای اندرکنش خاک سازه همچنان ادامه دارد. در این مقاله سعی بر آن است تا مسأله اندرکنش دیوار حائل انعطافپذیر و خاک ماسهای به نحو صحیحی با استفاده از برنامه المان محدود PLAXIS مورد ارزیابی قرار گیرد.
٢- مشخصات خاک و دیوار
مدل رفتاری که در این پژوهش برای خاک غیر چسبنده در نظر گرفته شده، مدل الاستوپلاستیک مور کولمب میباشد که با پارامترهای مدول یانگ E، ضریب پواسون ν، چسبندگی C، زاویه اصطکاک ϕ و زاویه اتساع ψ قابل تعریف میباشد. رفتار المانهای حد واسط - interface elements - که در واقع عمل مدلسازی اندرکنش خاک سازه را به صورت لغزش و جداشدگی دیوار نسبت به خاک را انجام میدهند، همان رفتار مدل مور کولمب می باشد به این ترتیب که پارامترهای مقاومتی آن، مقادیر کاهش یافته پارامترهای خاک به وسیله یک ضریب کاهش میباشد. در مطالعه حاضر این ضریب کاهش ٦٧/٠ در نظر گرفته شده است. به منظور تکمیل مدلسازی اندرکنش خاک دیوار، هر جا که خاک در مجاورت دیوار قرار گرفته باشد از المان حد واسط استفاده میشود. مقادیر مختلف پارامترهای المانهای خاک و المانهای حد واسط در جدول - ١ - آورده شده است.
در این جدول ϕi و ψi به ترتیب زوایای اصطکاک و اتساع المان حد واسط میباشد که در واقع بیانگر زاویه اصطکاک بین خاک و دیوار میباشد. رفتار دیوار الاستیک فرض میشود که به کمک
المانهای تیر با سه درجه آزادی در هر گره - دو درجه آزادی جابجایی و یک درجه آزادی دورانی - بر اساس تئوری تیر Mindlin مدل میشوند ]٤.[ بنابراین رفتار الاستیک تیرها، با استفاده از صلبیت خمشی EI و سختی محوری EA در واحد عرض در جهت خارج از صفحه و ضریب پواسون ν تعریف میشود. در این تحقیق، چهار نوع دیوار با سختیهای متفاوت که بیانگر رفتار متفاوت آنها میباشند در نظر گرفته شدهاند که شامل دیوارهای صلب، دیافراگم، سپری و دیوار نرم میشوند. مشخصات پارامترهای مختلف دیوار در جدول - ٢ - بیان شده است.
٣- هندسه و نحوه تحلیل مسأله
از آنجا که دیوارها، بنا به فرض طولانی میباشند، تغییر شکل در جهت طولی دیوار قابل صرفنظر میباشد، میتوان مسأله را به صورت کرنش مسطح در نظر گرفت. ابعاد و هندسه مسأله همراه با شرایط مرزی طبق شکل - ١ - فرض میگردد. المانبندی مسأله نیز به کمک ١٠٥٠ المان صورت میگیرد. نحوه تحلیل مسأله به این صورت است که عمق دیوار ثابت در نظر گرفته میشود - L=20 m - و در جلوی دیوار، لایه لایه خاکبرداری صورت میگیرد تا ناپایداری در سیستم - گسیختگی در توده خاک - رخ دهد. در این صورت ارتفاع پایداری دیوار - H - و عمق نفوذ دیوار - D=L-H - به دست میآید.
