بخشی از مقاله
چکیده
دیوارهای حائل را بر اساس مصالح و کاربری میتوان به دوقسم اصلی تقسیم بندی کرد دیوارهای حائل صلب و دیوارهای حائل انعطاف پذیر که در این پژوهش پایداری دیوارهای حائل انعطاف پذیر و از نوع دیوار حائل خاک مسلح مورد ارزیابی قرار گرفته اند.
در مهندسی عمران با پارامترهای عدم قطعیت فراوانی روبرو هستیم و به طور خاص در بحث های ژئوتکنیکی بحث عدم قطعیت پارامترها به دلیل نا شناس بودن رفتار خاک خیلی بیشتر به چشم میخورد. روشهای سنتی ارزیابی پایداری دیوارهای خاک مسلح که معمولا بر پایه قضاوتهای تجربی مانند مفهوم ضریب اطمینان، عدم قطعیتها را به صورت یک ضریب ثابت در نظر میگیرند اما تلاشها برای کمی کردن عدم قطعیتها ، موجب پیدایش روش های احتمالاتی گردیده و موجب گردیده است تا تحلیل های قابلیت اطمینان که برمبنای روشهای توسعه یافتهای برای غلبه بر این مشکل میباشندتوسعه یابند.
در دیوارهای حائل خاک مسلح عموما دو نوع پایداری داخلی و خارجی مورد بررسی قرار می گیرد. پایداری خارجی شامل سه نوع مد خرابی و پایداری داخلی شامل دو نوع مد خرابی می باشد چون پایداری خارجی غالب تر است در این پژوهش سه مد خرابی پایداری خارجی شامل واژگونی , لغزش و ظرفیت باربری مورد بررسی قرار گرفته است.
هدف اصلی در این تحقیق ارزیابی قابلیت اطمینان این سه مود خرابی با توجه به روش های تحلیل مرتبه اول قابلیت اطمینان - FORM - در دیوارهای خاک مسلح می باشد . اعتبار سنجی با استفاده از روش شبیه سازی مونت کارلو - - MCS انجام شده و سپس حساسیت شاخص قابلیت اطمینان نسبت به پارامتر های تصادفی مورد بررسی قرار گرفته شده است بعلاوه تاثیر همبستگی بین پارامترهای خاک بر میزان شاخص قابلیت اطمینان دیوارهای خاک مسلح مورد بررسی قرارگرفته شده است.
-1 مقدمه
با به کار بردن لایه های افقی مسلح کننده و کوبیدن خاک به شکل لایه لایه، دیوار خاک مسلح به وجود می آید که می تواند نقش دیوار نگهبان را ایفا کند. دیوارهای خاک مسلح در مقایسه با دیو ارهای حائل بتنی، رفتار بسیار شکل پذیرتری در برابر زلزله از خود نشان داده اند و عملکرد لرزه ای مطلوبی دارند.
تحلیل سازههای ژئوتکنیکی بر اساس قابلیت اطمینان، موضوعی استکه اخیراً مورد توجه محققین قرار گرفته است. دلیل این رویکرد نیز وجود پارامترهای غیر قطعی یا همان عدم قطعیتها در مسائل ژئوتکنیکی میباشد. چون وجود عدم قطعیتها منجر به طراحیهای غیر مطمئن میگردند. طراحی مبتنی بر تحلیل قابلیت اطمینان یعنی تلاش برای کمی کردن عدم قطعیتهای ذاتی یک مسئله مهندسی و چگونگی برخورد با آنها، پس تحلیل غیرقطعی شامل روشهایی می باشد که اثر عدم قطعیت ها را در پارامترهای ورودی در نظر می گیرند و با توجه به میزان عدم قطعیت ها پاسخ را تعیین می کنند. در پایداری دیوارهای خاک مسلح ضرایب اطمینان مختلفی تأثیرگذار هستند که اگر آنها را دست بالا بگیریم منجر به غیر اقتصادی بودن پروژه می شوند بعلاوه اگر این مقادیر را دست پایین بگیریم باعث ایجاد یک طرح غیر مطمئن می گردد لذا طراحی مبتنی بر قابلیت اطمینان میتواند خاصی از طراحی باشد که برخی از محدودیتهای ضریب اطمینان را تحت پوشش قرار دهد.
در طراحیها باید تعادل بین ایمنی و هزینه ساخت مدنظر گرفته شود. فقط در صورتی میتوان طراحی دقیق داشت که پیشبینی دقیقی از عملکرد آن داشته باشیم اما از آنجا که در واقعیت چنین دقت پیشبینی قابل دسترسی نیست، در نتیجه باید یک حاشیه امنیت درنظر گرفته شود. این حاشیه اطمینان اغلب در قالب افزایش ضریب اطمینان لحاظ میگردد. افزایش ضریب اطمینان به معنای طراحی محافظه کارانهتر و هزینههای بیشتر میباشد.
از اینروضریب اطمینان نمیتواند معیار ایدهآلی برای پروژههایی بادرجه اهمیت بالا تلقی گردید. چون ضریب اطمینان بصورت یک عدد ثابت بیان میشود و هیچگونه عدم قطعیتهای موجود در خاک در آن لحاظ نمیگردند. ممکن است آنالیزی با ضریب اطمینان بیشتر احتمال خرابی بیشتری نسبت به آنالیز با ضریب اطمینان کمتر داشته باشد. بنابراین مطالعه پارامتریک این موضوع از اهمیت بسزایی برخوردار است و پیدا کردن راهی با صرفه اقتصادی برای بررسی پایداری دیوارهای خاک مسلح مد نظر محققین و مهندسین می باشد.لذا، هدف از انجام این پژوهش، بررسی پارامتریک پایداری دیوارهای خاک مسلح با درنظرگرفتن عدم قطعیت های موجود در خاک می باشد.
در این مقاله با استفاده از نرم افزارهای مرتبط اثر پارامترهای مختلفی نظیر زاویه اصطکاک داخلی خاکریز و خاک پی، وزن مخصوص خاکریز و خاک پی، ارتفاع شیروانی ، مقاومت مسلح کننده ها ، ارتفاع شیب، بارهای خارجی با فرض اینکه همه این پارامترها به صورت متغیرهای تصادفی بوده و هم چنین میزان همبستگی بین این متغیرهای تصادفی ،بر روی قابلیت اطمینان پایداری دیوارهای خاک مسلح مورد بررسی قرار خواهد گرفت و بعد از بررسی آنالیز حساسیت این پارامترها را انجام خواهیم داد که ببینیم کدام یک از این پارامترها در میزان شاخص قابلیت اطمینان تاثیر بیشتری دارند. از آنجایی که در تحقیقات گذشته عموما برای ارزیابی قابلیت اطمینان از روش های مونت کارلو استفاده می شد و نتایجی که از این روش به دست آمده زمانبر می باشد لذا در این تحقیق تلاش می شود که از روش اولین مرتبه قابلیت اطمینان FORM1 که سریعترمی باشد برای ارزیابی قابلیت اطمینان استفاده می شود
-2 خاک مسلح
خاک مسلح روش نسبتا جدیدی است که نخستین بار توسط هانری ویدال فرانسوی در سال 1963 ابداع شد. FHWA2 از آقای ویدال برای ساخت دیوارها در ایالات متحده در سال 1971 دعوت کرد و اولین دیوار خاک مسلح در ایالات متحده ساخته شد.اکثر طراحان برای مقاصد طراحی به گزارش FHWAکه توسط انجمن بزرگراه های فدرال آمریکا برای دیوارهای خاک مسلح تهیه و تنظیم شده است رجوع مینمایند و در این پژوهش نیز در بحث پایداری دیوارهای خاک مسلح به FHWA و همچنین نشریه 308 مراجعه می کنیم. بدین ترتیب سه مد خرابی پایداری خارجی عبارت است از لغزش , - sliding - واژگونی - overturning - و عدم کفایت باربری بستر - bearing capacity - که در شکل 1 این سه مود نشان داده شده است.
شکل-1 انواع پایداری خارجی - الف :لغزش،ب:واژگونی ،ج: ظرفیت باربری -
: ضریب فشار محرک رانکین - = tan - 45 − 2 : ضریب اصطکاک بین خاک و دیوار و : L طول
ژئوسنتتیک و : وزن مخصوص خاک و : H ارتفاع دیوار : q بار وارده
-3قابلیت اطمینان
روشهای آنالیز قابلیت اطمینان به طور کلی به سه دسته روشهای تحلیلی، روشهای تقریبی و روشهای شبیه سازی تقسیم میشوند .در تعریف متغیرهای تصادفی در روش قابلیت اطمینان از پارامترهایی چون میانگین ، واریانس ، انحراف معیار ، ضریب تغییرات - COV - استفاده می کنیم و برای نشان دادن متغیر های تصادفی از توزیع های مختلفی استفاده می کنیم که در بیشتر متغیرهای ژئوتکنیکی توزیع حالت نرمال یا لوگ نرمال دارد.
1-3 تابع حالت حدی
مفهوم تابع حالت حدی به ما کمک میکند تا در زمینه ی قابلیت اطمینان بتوانیم مفهوم خرابی و سلامتی را بیان کنیم و در حقیقت نشان دهند مرز بین عملکرد مطلوب و نامطلوب شرایط خاصی از سازه می باشد.
انواع تابع حالت حدی را می توان شامل تابع حدی نهایی، تابع حدی خدمت پذیری و تابع حدی خستگی بیان نمود. تابع حالت حدی نهایی را می توان به صورت ساده همانند رابطه زیر بیان نمود .
که R متناظر با تاثیر پارامترهای مقاومت یا ظرفیت و Q متناظر با پارامترهای تاثیر بار است درنظرگرفت و احتمال خرابی را به صورت زیربدست آورد.
2-3 شاخص قابلیت اطمینان
در مسایل قابلیت اطمینان کمی کردن مقدار اعتمادپذیری توسط پارامتر »شاخص قابلیت اطمینانَ« صورت می گیرد.
شاخص اعتمادپذیری در قالب نسبت بین میانگین و انحراف معیارتابع شرایط حدی بیان میشود.
در تحلیل قابلیت اطمینان برای ساده سازی، متغیر های تصادفی را به صورت استاندارد تبدیل میکنیم که به آن متغیر کاهش یافته یا بدون بعد هم می گویند. برای مثال متغیر اصلی R و Q را به صورت زیر نوشته و تابع حالت حدی را بر حسب متغیر های کاهش یافته به صورت زیر بیان می کنیم
طبق تعریفی که Hasofer and Lind در سال 1974میلادی برای شاخص قابلیت اطمینان کردند، این شاخص به صورت کوتاه ترین فاصله از مبدا متغیر های کاهش یافته تا تابع حالت حدی در فضای استانداردنرمال یعنی رابطه - . - = 0 تعریف شده است. همانطور که در شکل 2 مشاهده می شود از هندسه ی شکل مقدار شاخص قابلیت اطمینان را می توان به صورت زیر بدست آورد.
شکل -2 شاخص قابلیت اطمینان در فضای متغیر های کاهش یافته
