بخشی از مقاله
چکیده
روش - Anchored Geosynthetic Systems - AGS یکی از روشهای تسلیح شیبهای خاکی مخصوصا شیبهای دانهای در برابر ناپایداری سطحی - فرسایش - و ناپایداری عمیق - لغزش - میباشد. در این روش، با اعمال بارهای سطحی بر شیب و نتیجتاﹰ افزایش مقاومت برشی خاک در سطح لغزش، ضریب پایداری افزایش مییابد. مطالعات قبلی بر روی این سیستم و روشهای طراحی، بر اساس تأثیر بار سطحی، مقاومت کششی مهارها و المانهای ﮊئوسینتتیک بوده است. ولی مشاهده رفتار مدلهای واقعی از چنین سیستمهائی در هنگام ناپایداری تأثیر مثبت مقاومت برشی و خمشی مهارها را نیز در افزایش پایداری نشان داده است. ارزیابی چنین تأثیری در این مطالعه بررسی و ارائه شده است. آنالیز شیب بر اساس روش Modified Bishop ولی با احتساب مقاومت مهارها در مدل انجام شده و در نهایت رابطه کلی ضریب اطمینان شیب تعیین میگردد. ارزیابی این رابطه فقط از طریق حل عددی امکانپذیر است که در این ارتباط نرم افزار مورد نیاز نوشته شده و نتایج بدست آمده برای چند نمونه شیب به صورت نمودار ارائه شدهاند. این نتایج مشخصاﹰ نشان میدهند که اولاﹰ ضریب اطمینان شیب مسلح شده با روش AGS به مقدار زیادی نسبت به حالت بدون تسلیح افزایش مییابد، و ثانیاﹰ تأثیر مقاومت برشی و خمشی میل مهارها در افزایش پایداری شیب عمده نمیباشد ولی این تأثیر قابل ارزیابی بوده و با استفاده از نمودارهای ارائه شده قابل انجام میباشد.
کلید واﮊه ها: : شیروانی، مهار، AGS، مقاومت برشی، پایداری شیب
١- مقدمه
شیب های ساحلی از مواردی هستند که دائم تحت اثر نیروهای ناشی از امواج و تراوش و متعاقبا فرسایش و تخریب قرار دارند. مصالح این مناطق عمدتاﹰ دانه ای و فاقد چسبندگی بوده، و لذا در برابر لغزشهای کم عمق پایداری کافی ندارند. از اینرو این سواحل حتی در مواقع جزر و مد، ممکن است در شرایط فرسایش قرار گیرند. یکی از روشهای بالا بردن مقاومت و پایداری این شیبها، اعمال تنش فشاری بر سطح آنها و افزایش مقاومت برشی در سطح گسیختگی بر اساس روش ] AGS۱[ میباشد. این روش در مواردی که محیط در مقابل روشهای سنتی تسلیح از نظر نمای ظاهری و مسائل محیط زیستی حساس است بهترین کارائی را دارد. سیستم AGS متشکل از شبکه یا پوسته قوسی شکل از جنس مواد ﮊئوسینتتیک میباشد که توسط مهار - میله - های افقی و مایل به سطح شیب متصل میشود. بر اثر نیروی کششی ایجاد شده در مهارها و انتقال این نیروها به پوسته، تنشهای فشاری زیر پوسته به علت انحنای آن ایجاد و سطح شیب تحت فشار قرار میگیرد و پایداری شیب افزایش مییابد - شکل۱ - . امکان ترکیب این روش با روش تسلیح و تثبیت گباهی - Bioengineering - ، از مزایای روش AGS است که کارائی آنرا دو چندان میگرداند.
سیستم AGS برای اولین بار توسط کرنر و رابین ]۲، ۳[ معرفی شد. آنها راهکارهایی را برای طراحی و جزئیات اجرای سیستم AGS ارائه نموده و فواید آنرا بررسی نمودند. همچنین با استفاده از روش قطعات بیشاب در حالت تنش مؤثر و فشار آب حفره ای روابط مربوط به محاسبه ضریب اطمینان ارائه شده است. تأثیر مهارها در افزایش پایداری با افزایش درصدی از مقاومت برشی توده خاک در محل منظور شده است ولی نحوه ارزیابی این درصد مشخص نمیباشد. در سال ۲۹۹۱ مطالعاتی توسط ریسو و حاجی احمد ]۴[ در همین مورد انجام شد و مشخص شد که راندمان AGS تابعی از شکل هندسی پوسته، فاصله و طرز قرارگیری مهارها و همچنین زاویه شیب میباشد. در همان سال ریسو و ایرسیام ]۵[ فواید و معایب سیستم مهارهای مختلف و متصلکننده های پوسته و مهار را ارائه و همچنین روشی برای محاسبه طول مهارها تدوین نمودند. غیاثیان و همکاران ]۶[
در سال ۶۹۹۱ نتایج مطالعات تئوریک و آزمایشگاهی بر روی سیستم AGS را ارائه نموده که در آن اصول طراحی پوسته، مهار، ارزیابی ضریب اطمینان شیب مسلح شده، اثرات تراوش، هندسه سطح شیب و پوسته و دیگر موارد مربوطه بررسی شدهاند. البته لازم به ذکر است که در این مطالعه تأثیر مقاومت برشی و خمشی مهارها در روی سطح گسیختگی بر افزایش پایداری شیب در نظر گرفته نشده است. مطالعات موردی انجام شده توسط ویتان و همکاران ]۷[ نشان داد که تأثیر مثبت مقاومت برشی و خمشی مهارها در افزایش پایداری محسوس میباشد و بهتر است در روابط پایداری منظور گردد. این مقاله خلاصه مطالعه انجام شده در این ارتباط را ارائه مینماید. در مدل بررسی شده برای گوه گسیختگی با قطعهبندی شیب و استفاده از روابط بیشاب اصلاح شده، تعادل نیروها نوشته شده و اثر تراوش، مقاومت برشی، و خمشی مهارها نیز در رابطه ضریب اطمینان اعمال می گردد. ارزیابی ضریب اطمینان از طریق برنامه کامپیوتری نوشته شده انجام میگردد.
٢- مدلسازی AGS
٢ - ١ تحلیل پوسته روی شیبهای AGS
عملکرد اصلی AGS در تامین پایداری شیب از طریق ایجاد کشش در پوسته و همچنین مهارها است. در اثر نیروی کششی - T - در پوسته و انحنای هندسی آن - 1/R - ، تنش فشاری در زیر پوسته ایجاد میشود و این تنش متناسب با انحنای پوسته در هر نقطه میباشد . - σ=T/R - وجود شرایط تعادل استاتیکی نیروها در نقطه اتصال مهار به پوسته و همچنیین تعادل خود پوسته ایجاب مینماید که توزیع تنش در زیر پوسته در حالت کلی غیریکنواخت و تابع شکل هندسی - کارگذاری - آن باشد ]۶. [ این بررسیها همچنین نشان میدهند که برای حالت کمان دایرهای با دامنه - بلندی - کم می توان تنش زیر پوسته را با تقریب خوبی یکنواخت فرض کرد. تحلیل نیروهای کششی در پوسته با در نظر گرفتن شرایط تعادل و روابط حاصله در مرجع ]۶[ داده شده و این روابط در مدل بکار رفته در این مطالعه استفاده شدهاند.
٢ - ٢ ضریب اطمینان شیب AGS
ارزیابی ضریب اطمینان شیب AGS بر اساس رابطه بیشاب اصلاح شده است. یعنی اثرات نیروی ثقل، تراوش، فشار پوسته، و مقاومتهای کششی، برشی، و خمشی مهارها در رابطه ضریب اطمینان وارد میگردند. در مورد تراوش و فشار پوسته، اثر هر کدام مستقیماﹰ در قطعات - Slices - بیشاب اصلاح شده وارد ولی دیگر موارد بصورت غیر مستقیم منظور می شوند. با این توضیح که نیروهای تراوش و فشار پوسته در روابط تعادل قطعات شرکت می کنند ولی اثرات مقاومتهای کششی و برشی و خمشی مهارها بعد از تعیین تعادل قطعات به عنوان عوامل افزاینده در ممان مقاوم در صورت کسر ضریب اطمینان آورده میشوند .
٢ - ٣ تحلیل نیروهای تسلیح در سیستم AGS
شیبی که به روش AGS مسلح شده باشد از سه قسمت خاک، مهار، و پوسته تشکیل میشود. اساس کار مدلسازی این قسمت بر نحوه اجرا و عملکرد AGS استوار میباشد. به این ترتیب که در اثر اجرای AGS، شبکههای پوسته تحت کشش قرار میگیرند و به علت انحناﺀ آنها، تنشهای فشاری به سطح شیب وارد می شود. از طرفی در مهارها نیروهای کششی بالابرنده - Pullout - ایجاد می شود. تنشهایی که از طرف خاک به پوسته وارد میشوند به دو صورت مماسی و فشاری هستند. تنش فشاری ناشی از عکس العمل فشار AGS وارده از طرف فابریک و تنش مماسی ناشی از مقاومت اصطکاکی بین خاک و فابریک میباشد. جهت تنش مماسی به علت اینکه شروع نصب پوسته از پایین دست شیب میباشد رو به بالاست. مقدار این تنش - τ - از حاصلضرب تنش قائم σ درtanδ بدست می آید که همان مقاومت برشی خاک در محل تماس پوسته است.
مقدار نیروی بالابرنده ایجادشده در مهارها تابع کشش حداکثر در دو انتهای پوسته بوده و از روابط تعادل در محل اتصال پوسته و مهار محاسبه میشود ]۶. [ این نیرو باید از طریق مقاومت اصطکاکی بین خاک و مهار تحمل گردد. مهارهایی که سطح گسیختگی را قطع می کنند همانند نقش میخها در سیستم تسلیح میخ کوبی - Soil Nailing - از طریق سه مقاومت کششی، برشی، و خمشی خود در افزایش پایداری شیب در برابر لغزش مؤثر می باشند. نکتهای که در اینجا قابل ذکر است اینکه در سیستم AGS برخلاف سیستم های دیگر مثل میخ کوبی یا سپرها، نیروهای کششی در مهارها قبل از حرکت توده خاک بسیج می شوند در صورتیکه در سیستم های فوقالذکر ابتدا باید خاک مقداری تغییر شکل داشته باشد تا در المانهای تسلیح نیرو بسیج گردد. با توجه به مطالب فوق و نقش مسلح کنندگی مهارها در سطح گسیختگی، جهت نیروها در مهارها طبق شکل ٢ به طرف داخل گوه مقاوم خواهد بود. در واقع در شکل ٢-الف، کل سیستم خاک، مهار و پوسته بصورت یکپارچه فرض شده است که مشابه با روش چنی ]۸[ در تحلیل کلی سپرهای مهاربندی
