بخشی از مقاله
خلاصه
به منظور تثبیت دیواره گودبرداریهای عمیق از روشهای مختلفی از جمله سیستم میخکوبی، انکراژ، دیوار برلنی، اجرای شمع، دیواره دیافراگمی، دیوار حائل وزنی و خرپا بهره گرفته میشود.در این میان، استفاده از سیستم میخکوبی در محیطهای شهری بواسطه مزایایی همچون عدم اشغال فضای اجرای سازه، امکان گودبرداری با توپوگرافی دلخواه و صرفه اقتصادی رشد زیادی داشته است. عملکرد دیوارههای گودبرداری تثبیت شده با سیستم میخکوبی - دیواره میخکوبی - تا حد زیادی وابسته به شرایط زمینشناسی و ژئوتکنیکی محدوده طرح میباشد. از جمله شرایط ژئوتکنیکی محدوده طرح میتوان به برخورد با محیطهای سنگی درزهدار در محدوده گودبرداری اشاره نمود.
در این مقاله با تکیه بر روش اجزای محدود و مدلسازی عددی همزمان دیواره میخکوبی و سازه مجاور و با در نظر گرفتن اثرات غیرهمسان بودن لایههای سنگ و همچنین کلیه اندرکنشهای محیط سنگی- میخ-سازه، به بررسی عملکرد دیواره میخکوبی در زونهای سنگی درزهدار پرداخته میشود. به منظور بررسی عملکرد، پارامترهایی همچون جابجایی طره دیواره، شکمدادگی دیواره، نشست کلی و نشست نسبی زیر سازه مورد بررسی قرار گرفته است.
بر اساس نتایج، تاثیر زوایای درزه نسبت به دیواره گود، اثر میزان غیرهمسانی مصالح سنگی مجاور گود و تاثیر زاویه اجرای میخ بر عملکرد دیواره میخکوبی قابل ارزیابی میباشد. به عنوان یکی از نتایج مهم میتوان اشاره نمود که جابجایی دیواره گود تابعی از هر دو پارامتر لغزش در سطح تماس درزهها و همچنین ناهمسانی لایهها میباشد. از اینرو با وجود افزایش ضریب اطمینان با تغییر زاویه درزه از حالت "درزه به سمت گود" به حالت "درزه عکس گود"، جابجاییهای دیواره در حالت درزه افقی نسبت به سایر زوایای درزه کمتر میباشد.
1. مقدمه
در سالهای اخیر کاربرد دیوارهای میخکوبی شده به عنوان روشی اقتصادی و جایگزینی مناسب برای دیوارهای حایل سنتی در پایدارسازی گودبرداریها افزایش چشمگیری داشته است. مراحل ساخت یک دیواره میخکوبی شده به خوبی در ادبیات فنی توصیف شده است که شامل نصب میلههای فولادی - میخها - با فواصل مشخص در گمانههای از پیش حفاری شده میباشد که بوسیله دوغاب پوشیده میشوند. به طور مشابه، روش میخکوبی جهت پایدارسازی دیواره گودبرداری در محیطهای سنگی درزهدار یا هوازده بکار میرود. چنین روش پایدارسازی بر اساس منابع به نام دیواره سنگی میخکوبی شده معرفی میگردد .
بر طبق ادبیات فنی، میخکوبی سنگ به نصب المانهای تقویت کننده در یک توده سنگ به منظور ایجاد پایداری داخلی اشاره میکند. مشابه دیواره خاکی میخکوبی شده، المانهای تقویت کننده در محیط سنگی در یک آرایش منظم در طی عملیات گودبرداری نصب میگردند. هر ردیف از المانها پیش از افزایش در عمق گودبرداری نصب میگردند
در هر دو محیط - خاکی و سنگی - ، در طی عملیات گودبرداری، میلههای فولادی در پاسخ به تغییرشکل زمین بصورت مقاوم2 عمل میکنند .[3] از طرف دیگر زمین بمنظور ایجاد ظرفیت کششی، برشی و خمشی در میلههای فولادی بصورت محرک - فعال - 3 عمل میکند. به عبارت دیگر، تشکیل تنش کششی، برشی و خمشی در میلههای فولادی نیازمند بوجود آمدن جابجایی در زمین مجاور گود میباشد. این حرکت منبعی بالقوه برای ایجاد آسیب به ساختمانهای مجاور گود در طول گودبرداری در نواحی شهری است که میتواند منجر به برخی مجادلات حقوقی گردد.
جابجاییهای دیواره خاکی و یا سنگی میخکوبی شده و آسیب به ساختمانهای مجاور تا حد زیادی به عملکرد میخها در محیطهای خاکی/سنگی وابسته میباشد. از طرف دیگر میتوان بمنظور بررسی عملکرد دیواره میخکوبی به بررسی جابجاییهای دیواره در طول گودبرداری پرداخت.
بیشتر پژوهشهای صورت گرفته بر عملکرد دیواره میخکوبی شده در محیطهای خاکی متمرکز شده است. با این حال، این واقعیت که در برخی از نواحی گودبرداری احتمال برخورد با محیطهای سنگی درزهدار یا هوازده وجود دارد همواره پیشروی مهندسین بوده است. با این وجود عملکرد دیواره میخکوبی شده در محیطهای سنگی کمتر مورد توجه محققین قرار گرفته است. در این مقاله بواسطه مشابهتهای دیوار میخکوبی در خاک و سنگ در توالی ساخت، مکانیزم انتقال بار و پاسخ تغییر شکلپذیری و از طرف دیگر با توجه به کثرت مطالعات صورت گرفته در رابطه با عملکرد میخ در محیط-های خاکی، ابتدا به بررسی منابع موجود در زمینه دیوارهای میخکوبی شده در محیطهای خاکی میپردازیم.
در پایدارسازی دیواره گود به روش میخکوبی، حرکات زمین ناشی از گودبرداری، تغییرشکل دیواره گودبرداری و نشست زمین حاصل از آن اجتناب-ناپذیر میباشد. در خاکهای نرم مقادیر حداکثر تغییر شکل افقی رویه دیواره میتواند تا 0/5 درصد ارتفاع دیواره افزایش یابد .[4] پروفیل نشست خاک و حالت تغییر شکل دیواره برای شرایط مختلف خاکی توسط محققین مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته است . تخمین جابجایی دیوار گود در منابع مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است
تخمین جابجایی ناشی از گودبرداری زمانی که ساختمانی در مجاورت گود قرار دارد اهمیت بیشتری پیدا میکند. پیشبینی آسیب ساختمان در نتیجه جابجایی ناشی از گودبرداری موضوع دیگری میباشد که اخیرا مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. به منظور مشخص کردن آسیب بوجود آمده در قاب یک سازه طی عملیات گودبرداری از عبارت "سطح خرابی" استفاده میشود که تعریفکننده شرایط حدی برای آسیب وارد شده به سازه بر طبق مقادیر جابجاییهای زمین میباشد.
سطح خرابی بوسیله انجام آزمایشات فیزیکی مقیاس شده 12]و .[13 مشاهدات صحرایی و مطالعات موردی [16-14] و تحلیلهای عددی [20-17] بررسی شده است.عملکرد میخها در محیطهای سنگی درزهدار به دلیل اندرکنش میخ- درزه و دیگر خصوصیات زمینشناسی محیطهای سنگی تا حدی متفاوت از عملکرد آن در محیطهای خاکی میباشد. از دیدگاه مکانیک سنگ، رفتار میخکوبی در محیطهای سنگی بصورت خاص وابسته به رفتار ناپیوستگیهای توده سنگ میباشد
هدف اصلی از این مطالعه، بررسی عملکرد دیوار میخکوبی در محیطهای سنگی درزهدار میباشد. بدین منظور تغییرشکلهای دیواره گود با ایجاد مدل-های اجزای محدود و با در نظر گرفتن اندرکنش بین درزهها و میخها و نیز با در نظر گرفتن ناهمسانگردی سنگ مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است.
2. تاثیر ناپیوستگیها بر رفتار سنگهای درزه دار
در محیطهای سنگی درزهدار، صفحات ناپیوستگی کنترلکننده خصوصیات مقاومتی، تغییرشکلپذیری، شرایط هیدرولیکی و رفتار کلی تودههای سنگی میباشد. این ناپیوستگیها موجب ناهمسانی در توده سنگ میشوند که منجر به اختلاف در مقاومت و تغییر شکلپذیری در جهات مختلف می-شوند. واژه ناپیوستگی با منشا دیاژنتیکی یا تکتونیکی - درزهها و گسلها - به هر صفحه جدایش یا سطح ضعف در یک توده سنگ اطلاق میشود که ممکن است دارای طبقه یا لامیناسیون باشد.
پایداری گودبرداریها در توده سنگ درزهدار بستگی به جهت ناپیوستگیها و مقاومت آنها دارد. جهت نسبی ناپیوستگیها میتواند تعیینکننده شرایط پایداری و یا ناپایداری دیواره گودبرداری باشد - شکل . - 1 در ادبیات فنی به خوبی به اثرات جهت نسبی درزهها و میخ سنگها در بهبود پایداری دیواره گودبرداری پرداخته شده است .[2] شکل 2 تاثیر میخ را در پایدارسازی سنگ درزهدار نشان میدهد. همانطور که در شکل نشان داده شده است، پارامترهای "زاویه میخ" و "زاویه درزه" بر مکانیزم پایداری در محیطهای سنگی درزهدار موثر میباشد.
شکل :1 تاثیر جهت نسبی درزهها بر پایداری دیواره
شکل :2 رفتار میخها در محل درزهها
ناپیوستگی در سنگها منجر به اختلاف در خواص مقاومت و تغییر شکلپذیری در جهات مختلف سنگ درزهدار میگردد که به موجب آن تحت شرایط بارگذاری مختلف پاسخ متفاوتی بوجود میآید. اصطلاح پاسخ "آنیزوتروپی" سنگ درزهدار در مدل FE با تعریف جهات درزه و مدول الاستیسیته متفاوت در مدل تشکیلدهنده سنگ درزهدار مد نظر قرار گرفته است. لازم بذکر است که در این مقاله پاسخ جابجایی دیواره تحت دو پارامتر "زاویه میخ" و "زاویه درزه" مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
3. مدلسازی عددی
هدف اصلی از این مطالعه، ایجاد دید بهتر از عملکرد دیوار میخکوبی در محیطهای سنگی درزهدار میباشد. بدین منظور مدلهای اجزای محدود دوبعدی از دیواره میخکوبی در محیطهای سنگی درزهدار ایجاد گردید. از المانهای تیر - beam - برای مدل کردن قابهای سازه و میخها استفاده شد. به منظور در نظر گرفتن اندرکنش بین درزهها، میخ و سنگ، پی سازه و سنگ، المانهای سطح تماس با استفاده از معیار گسیختگی مور- کولمب بکار گرفته شد. ابعاد مدل، اندازه المانها و تعداد گرهها پس از اجرای چندین آنالیز حساسیت مشخص گردید. ابعاد دیوار میخکوبی در مدل اجزای محدود برای لایهبندی با زاویه شیب 15 درجه در شکل 3 نشان داده شده است.
شکل :3 ابعاد دیوار میخکوبی در مدل اجزای محدود
