بخشی از مقاله
خلاصه
تحلیل پایداری شیروانیهای خاکی پیچیده، جنبهای مهم و چالشبرانگیز در مهندسی ژئوتکنیک است و ظرف 70 سال گذشته مطالعات مهندسی وسیعی برای توسعه روشهای مرسوم تحلیل پایداری شیروانی انجامشده است. هرچند پیشرفتهایی در چند دهه اخیر صورت گرفته است، تحلیل پایداری شیروانی هنوز یک موضوع چالشبرانگیز است.
از طرفی انتخاب یک سیستم مناسب جهت پایداری شیروانیهای خاکی برای مقابله با گسیختگیهای محتمل در آنها امری اجتنابناپذیر است. در این تحقیق با انجام آنالیز عددی بهوسیله نرمافزار آباکوس عملکرد لرزهای دو سیستم بسیار متداول نیلینگ و دیوار حائل در پایداری یک شیروانی خاکی با فرض قائم بودن موردبررسی قرارگرفته است. نتایج این تحقیق نشان میدهد که سیستم نیلینگ با توجه به پارامترهای موردبررسی عملکرد بهتری را در پایداری سیستم از خود نشان میدهد.
1. مقدمه
پایداری شیروانیها از مباحث مهم موردتوجه مهندسین میباشد. یکی از دلایل اهمیت این موضوع خسارات ناشی از لغزش شیروانیهای خاکی است بهطوریکه لغزش یک شیب باعث از بین رفتن جان انسانها و یا بهطور مثال باعث خرابی جبرانناپذیر یک سد خاکی میشود. لذا با توجه به اهمیت شیروانیهای خاکی تأثیر نیروی زلزله در پایداری آن از اهمیت فوقالعادهای برخوردار است. از دیدگاه اقتصاد مهندسی همچنین به دست آوردن ضریب اطمینان و سطح لغزش بهینه باعث کاهش حجم خاکبرداری و یا خاکریزی با تغییر اندک شیب شیروانی در سازههای بزرگ میشود.
وقوع ناپایداری و لغزش در شیروانیهای طبیعی و مصنوعی، ازجمله پدیده هایی است که در ایران و در بسیاری از نقاط جهان بهوفور رخ میدهد. جابجایی و لغزش توده زمین، اعم از خاک و سنگ، اثرات مخرب فراوانی بر راههای ارتباطی و تونلها، خطوط آب و فاضلاب و حتی ساختمانها و ... میگذارد. این لغزش و ناپایداریها موجب تخریب و انسداد شریانها و یا کاهش سطح عملکرد آنها شده و بهطورکلی ایمنی عمومی جادهها را تقلیل داده که درنتیجه هزینههای هنگفت بازرسی، نگهداری، تعمیر و بازسازی را به مسئولین امر تحمیل خواهد نمود
گسیختگی شیروانیها ممکن است در شرایط طبیعی وصرفاً تحت اثر وزن توده ناپایدار رخداده و یا ممکن است در اثر عواملی از قبیل زلزله، بارانهای شدید و طولانی، و یا جریان سیلاب به وقوع بپیوندند. البته در شرایط طبیعی، وجود عواملی دیگر مانند فرسایش بخش هایی از شیروانی براثر جریان آب و یا باد، بالا آمدن تدریجی سطح آب زیرزمینی و یا حتی فعالیتهای انسان شامل اعمال انواع بارگذاری و باربرداری بر روی شیروانی میتواند ناپایداری آنها را تشدید نماید.
به طورکلی برای جلوگیری از ناپایداری شیبها و یا طرح یک شیب پایدار میتوان سه روش زیر را در نظر گرفت:
· جابجایی محل طرح
· کاهش نیروهای رانشی زمین - محرک -
· تقویت نیروهای مقاوم در مقابل جابجایی
مسئله ای حائز اهمیت این است که شیروانیها باید با به شرایط حاکم بر آنها ارزیابیشده و توجه پایداری آنها موردبررسی قرار گیرد. البته باید عنوان نمود که قبل از بررسی و ارزیابی شیروانیها، تعیین علل ناپایداری و یا عوامل ناپایدار کننده از اهمیت ویژهای برخوردار بوده که این کار را میتوان با بررسیهای سطحی و یا حتی زیرسطحی انجام داد.
شناخت عوامل ناپایداری شیروانی کمک شایانی به انتخاب راهکارهای جلوگیری از گسیختگی شیروانیها خواهد نمود. باید توجه شود که در ارزیابی علل پایداری شیروانیهای موجود و نیز یافتن بهترین روش جلوگیری از ناپایداری پیشرونده آنها، قبل از انجام محاسبات پیشرونده آنها، قبل از انجام محاسبات تحلیلی و تئوریک، بایستی تحقیق سطحی و در صورت لزوم، زیرسطحی، از محل انجام شود تا علل واقعی ناپایداری، آشکار شود. در این صورت هم تحلیل پایداری به صورت واقعبینانه تری انجام میشود و هم روش های پایدارسازی متناسب با وضعیت زمینشناسی و نیز نوع و مکانیزم ناپایداری انتخاب میشود
در این تحقیق با استفاده از مدلسازی عددی با استفاده از نرمافزار آباکوس و با روش اجزاء محدود مطالعه انجام خواهد گرفت که در آن اثر پارامترهایی زاویه شیب شیروانی، شتاب زلزله و حوزه زلزله بر پایداری شیروانی موردمطالعه قرار خواهد گرفت و با در نظر گرفتن حالات مختلف از پارامترهای ذکرشده، بهینه حالت برای هرکدام از روشهای دیوار حائل یا میخکوبی بهمنظور پایداری شیروانی در نظر گرفته میشود؟ در این تحقیق با مدلسازی عددی استفاده از نرمافزار به بررسی عددی پایداری شیروانی های خاکی به روش نیلینگ - میخکوبی - و دیوار حائل در حالت لرزهای خواهیم پرداخت.
2. مدلسازی
با توجه به اینکه در این تحقیق وضعیت یک شیب خاکی تسلیح شده را در دو حالت تسلیح با دیوار حائل و تسلیح با نیلینگ میبایست بررسی نماییم - در این تحقیق شیب قائم را بررسی مینماییم - لذا هندسه مدل موردنظر به صورت زیر میباشد.
شکل .1 هندسه مدل
در این تحقیق یک شیب 90 درجه را بررسی خواهیم کرد که یک بار توسط سیستم نیلینگ و یک بار توسط دیوار حائل مسلح خواهد شد. در اجرا ابتدا شیب را خاکبرداری کرده و سپس سیستم تسلیح را اجرا میکنند. به همینطور در فرآیند تحلیل نیز از همین الگو پیروی شده است.
در هندسه دیوار حائل المان کانتینیوم دوبعدی استاندارد چهار گره ای خطی - C2D4 - برای خاک و المان تیر دوبعدی دو گره ای - B2D2 - برای دیوارها مشخص میگردد. لازم به ذکر است که ابعاد در نظر گرفتهشده برای المانها در نزدیک گود کوچک و با دور شدن از این ناحیه بزرگ میگردد. - شکل - 2 برای هندسه نیل از همان المان کانتینیوم دوبعدی استاندارد برای خاک و از المان خرپایی دوبعدی دو گره ای - T2D2 - برای نیلهای استفادهشده است. در برنامه Abaqus اولین حرف یا حروفی که در نام یک المان مشاهده میشود بیانگر نام خانواده آن المان است و عدد بعدازآن نشاندهنده درجات آزادی آن میباشد. بهعنوان نمونه برای خاک از المان C2D4 استفاده کردهایم که نشان میدهد که المانهای خاک از خانواده Continum با دو درجه آزادی و چهار گرهی خطی میباشند.
مدل رفتاری انتخابشده برای خاک در این تحقیق مدل موهر-کلمب و مدل رفتاری انتخابشده برای نیل ها و دیوار مدل رفتاری الاستیک میباشد، لذا خواص تعریفشده ی فوق برای محیط خاکی، نیل ها و دیوار بر اساس مدل رفتاری انتخابشده برای آنها میباشد. همچنین با تعریف اندرکنش تأثیر رابطه سیستم های پایداری با پارامترهای مقاومت برشی خاک و سایر پارامترها درنظر گرفتهشده است.
نکته: از اثر آب زیرزمینی در این تحقیق صرفنظر شده است و مدل به صورت زهکشی شده میباشد.
شکل .2 چگونگی مش بندی مدل
جدول.1 مشخصات خاک - Soil -
جدول.2 مشخصات دیوار - Diaphragm Wall -
با توجه به اینکه در این پژوهش مدل ها در حالت لرزهای بررسی خواهند شد و به دنبال آن هستیم تا تأثیر حوزه زلزله را بر پایداری شیب بررسی نماییم، لذا آنها را یکبار تحت شتاب یک زلزله داخلی و یکبار تحت شتاب یک زلزله خارجی موردبررسی قرار خواهیم داد. برای این منظور شتاب زلزله طبس و شتاب زلزله لوما پریتا را برای این پژوهش موردبررسی قرار خواهیم داد. شتابنگاشتهای فوق در نرمافزار سایزموسیگنال اصلاحشده و آنها را به برنامه Abaqus معرفی میکنیم.
شکل .3 اصلاح شتابنگاشتها در برنامه سایزموسیگنا
