بخشی از مقاله
چکیده
امروزه موضوع پایداری شیروانیها در علوم ژئوتکنیک از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. در واقع مبحث ژئوتکنیک و شاخههای آن همواره در تمامی گرایش های مهندسی عمران دخیل میباشد و این امر اهمیت موضوع را دو چندان میکند. بر این اساس تحقیقی مبنی بر تحلیل پایداری شیروانیها در منطقه روستایی درون کلا از توابع شهرستان بابل واقع در استان مازندران صورت گرفته است. هدف از این تحقیق بررسی وضعیت عمومی دامنه و تحلیل پایداری آن در دراز مدت میباشد.در این مطالعه با استفاده از نرم افزار مهندسی - SLOPE W - GEOstudio، پایداری شیروانی خاکی تپه مورد نظر بررسی گردیده و این نتیجه بدست آمده است که در وضعیت توپوگرافی موجود، چنانچه دامنه مطالعاتی بر اثر بارندگی اشباع گردد، تحت رفتار لرزهای مقادیر ضریب اطمینان آن به زیر 1/5 خواهد رسید. همچنین بررسی پایداری بعد از خاکبرداری نشان میدهد که مقادیر ضریب اطمینان با انجام خاکبرداری، در حاشیه مناسبی از اطمینان واقع میگردد.
کلمات کلیدی :پایداری شیروانیها، لغزش، گسیختگی، ضریب اطمینان
مقدمه
تحلیل پایداری شیب شیروانیهای خاکی جزء قدیمیترین مسائل مکانیک خاک بوده و در طول سده اخیر روشهای متعددی در این زمینه ارائه گردیده است. از مهمترین مسائل در این زمینه یکی تعیین میزان پایداری شیب شیروانی میباشد که با پارامتر ضریب اطمینان پایداری در مقابل گسیختگی سنجیده میشود و دیگری تحلیل تغییر شکل یافتگی در شیروانیهای خاکی می باشد. تحقیق حاضر گامی است در جهت یافتن این گونه روشها تا بتوان در مورد مساله پایداری شیروانیها با اطمینان بیشتری قضاوت نمود. چناچه علت شکست و منشا ناپایداری در تحلیل پایداری شیروانیها فاکتورهای ژئو تکنیکی باشد در آن صورت اجرای روشهای هیدرولیکی - سازهای، صفحات مستغرق - تاثیری در جلوگیری از فرسایش خاک نداشته و عوامل ژئوتکنیکی و فشار منفذی در اثر تغییرات ناگهانی تراز آب با پایین بودن پارامترهای مقاومتی خاک منطقه - و - c باعث شکست تودهای شیروانیها میشود.
دلایل مختلفی در شکست تودهای دخالت دارند: نوع جنس خاک، هندسه شیب، جریان آب سطحی و زیر زمینی، نفوذ پذیری خاک، سربار و ترکهای برشی و تنشی، نیروی زلزله، نحوه توزیع فشار آب حفرهایی و جزئیات لایهبندی و وجود گسلها عواملی هستند که در میزان نامعینی تاثیر دارند. در این خصوص، در سال 1393 تحقیقی تحت عنوان آنالیز پایداری شیروانی سد خاکی در شرایط مختلف بهرهبرداری به روش اجزاء محدود و مقایسه با نتایج حاصل از روش تعادل حدی توسط آقایان جعفری و اسماعیلی صورت گرفته که مشاهده شد که مقادیر ضریب اطمینان در روشهای تعادل حدی از مقادیر حاصله از روش اجزاء محدود بیشتر میباشد که میتواند به علت عدم امکان در نظر گرفتن شرایط تنش واقعی توده خاک در حالت تعادل حدی باشد و علیرغم اختلاف بین مقادیر ضریب اطمینان در روش های تعادل حدی با روش اجزاء محدود، تفاوت این مقادیر خیلی زیاد نبوده و در حد قابل قبول قرار دارند بنابراین با وجود ضعف عمده روشهای تعادل حدی در اعمال شرایط واقعی تنش، استفاده از این روشها برای تحلیل پایداری شیروانیها با دقت خوبی قابل قبول میباشد که حاکی از غلبه نرم افزار Geo slope بر ضعف عمده روشهای تعادل حدی است و با توجه به بررسی ضریب اطمینان در حالتهای مختلف و به خصوص تخلیه سریع مخزن سد، درهیچ یک از شرایط آبگیری، نشت دائم و تخلیه سریع مخزن پایداری سد به خطر نمیافتند.
در سال 1391 تحقیقی تحت عنوان بررسی پایداری شیروانی خاکی توسط شمع توسط آقای شرفی و همکار انجام گرفته که نتیجه آن به این صورت بوده که در حالت کلی در شیروانی دو لایه در حالتی که لایه زیرین متراکمتر و از لحاظ پارامترهای مقاومتی بالاتر باشد موقعیت بهینه شمعها پنجه و قله شیروانی است. در شیروانی دو لایه با لایه لغزشی خاک چسبنده مکان بهینه شمع وسط شیروانی است. همچنین در شیروانی دو لایه با لایه لغزشی خاک دانه ای مکان بهینه شمع در پنجه شیروانی است. تفاوت در این دو حالت را میتوان موثر از خصوصیات خاک لغزشی دانست. در حالت کلی افزایش طول دفن شمع در شیروانی سبب کاهش جابجایی و به تبع آن، پتانسیل لغزشی شیروانی خواهد شد. در شیروانی دولایه با لایه لغزشی چسبنده شمعها هنگامی اثر بهینه خواهند داشت که از ظرفیت باربری نوک شمع با اتکا بر لایه پایدار زیرین استفاده شود زیرا در این نوع خاک ظرفیت باربری جداره شمع کم می باشد. درشیروانی دو لایه با لایه لغزشی دانهای به دلیل بالا بودن ضریب اصطکاک خاک و استفاده از ظرفیت باربری جداره شمعها و ظرفیت باربری انتهای شمعها با افزایش طول شمعها، جابجاییها بطور چشمگیری کاهش مییابند.
در سال 1393 تحقیقی تحت عنوان ارزیابی و مقایسه روش های تعادل حدی آنالیز پایداری شیروانی های خاکی توسط. آقای مهدوی و همکاران انجام گرفته است مشاهده شده که در تحلیل و تعیین ضرایب اطمینان پایداری شیروانیهای خاکی، به علت حساسیت و لزوم توجه بیشتر به دلیل ساخت انواع سازهها بر روی آنها توصیه میشود که از روشهایی مانند روش مورگنسترن - پرایس یا اسپنسر که هر دو تعادل گشتاور و نیروها را ارضا کرده و اثر تمامی نیروهای وارد بر قطعهها اهم از نیروهای افقی - برشی - و قائم را در نظر میگیرند استفاده شود تا ضرایب اطمینان بدست آمده در شرایط واقعی نیز بتوانند به راحتی پاسخگوی نیاز پایداری شیروانی خاکی باشند. همچنین در روش های مورگنسترن - پرایس یا اسپنسر به دلیل در نظرگرفتن اثر همزمان تمامی نیروها،معمولاً ضرایب اطمینان پایین-تری را نتیجه داده و دارای درصد خطای کمتری نسبت به سایر روشها هستند.
لازم به ذکر است که مقدار ضریب اطمینان بدست آمده بر اساس روشهای جانبو و بیشاپ که تنها یکی از تعادلهای نیرو و گشتاور را ارضاء میکنند، حدود % 15 با جوابهای بدست آمده از روشهای مورگنسترن - پرایس و اسپنسر اختلاف دارند و روش ساده شدهی جانبو کهعموماً برای سطوح غیر دایرهای استفاده میگردد، ضریب اطمینان را کمتر از مقدار واقعی برآورد می-کند که مقدار آن در مقایسه با روشهای دقیقتر حدود % 30 می باشدضمناً. مقدار ضریب اطمینان بدست آمده از روش ساده شدهی بیشاپ برای سطوح لغزش دایرهای میتواند کمتر از % 5 با روشهای دقیقتر اختلاف داشته باشد. در سال 1392 تحقیقی تحت عنوان بررسی پایداری شیروانی تحت اثر شیب دامنه با نگرش بر وقوع زمین لغزش توسط آقای شکیبا و همکاران صورت پذیرفته که در تحلیل های انجام شده مشاهده گردید در دامنه با شیب تندتر - بیش از 32درصد - تحت اثر عوامل ناشی از ساخت جاده پایداری شیروانی کاهش مییابد، همچنین با استفاده از انتخاب نوع عملیات حفاظتی به منظور افزایش ضریب پایداری، مشخص گردید که اجرای پلکانی شیب باعث افزایش نیروهای مقاوم در رابطه ضریب پایداری شده بطوری که طبق نتایج حاصله پایداری دامنه تا حدود 32 درصد افزایش یافت .در سال 1392 تحقیقی تحت عنوان بررسی پایداری شیروانیهای سدهای خاکی در حین ساخت و بهرهبرداری توسط آقای عموزاده و همکاران صورت پذیرفته است که در آن علت اصلی لغزش بخشی از یک توده خاکی شیبدار، نیروی وزن خاک و یا نیروی حاصل از مواد انباشته شده بر آن، یا وزن بناها و تأسیساتی که در سطح بالای آن قرار گرفته عنوان شده است. تغییرات آب زیر زمینی و فشار آب منفذی نیز نقش مهمی در تخریب شیروانیها دارد،
زیرا می تواند موجب کاهش استحکام خاک گردد. ناهمگنی توده خاک - مثلأ وجود لایه های رسی یا وجود عدسی های ماسهای - نیز موجب تسریع گسیختگی میگردد. ناهمگنی لایههای خاک در تحلیل پایداری دامنههای با شیب تند، قابل توجه نیست، در صورتی که برای شیروانیهای کم شیب باید این اثر مورد توجه قرار گیرد. تکانهای حاصل از زلزله، بارهای دینامیکی، نیروهای افقی مؤثر از بخش های مجاور قسمت لغزنده و نیروی افقی حاصل از آب موجود در شکافهای کششی از عوامل دیگری هستند که نقش آنها را نباید در گسیختگی شیروانیها از نظر دور داشت. شکاف-های کششی بر مقدار ضریب اطمینان تأثیر میگذارند. هرچه عمق این شکافها بیشتر باشد از مقدار کلی ضریب اطمینان کاسته میگردد، هرچند این تأثیر اندک باشد. وجود و حرکت آب منفذی داخل خاک از اهمیت ویژهای برخوردار است به طوری که در محاسبات پایداری باید پارامترهای استحکام را بر حسب شرایطی کهعملاٌ وجود دارد به طور مناسب انتخاب نمود. برای تحلیل پایداری زمین لغزش از پارامترهای مقاومتی پسماند استفاده شده است. این فرض به دلیل وقوع حرکات اولیه و ایجاد سطوح گسیختگی اولیه مد نظر قرار گرفته است. همچنین با فرض ناگهانی بودن وقوع لغزش و حرکت سریع دامنه هنگام وقوع گسیختگی و نبود فرصت کافی برای زهکشی مصالح سطح لغزش، از پارامترهای مقاومتی تحکیم یافته زهکش نشده استفاده شده است. این پارامتر با استفاده از آزمایش برش مستقیم با برش تند و قضاوت مهندسی تعیین گردیده و در جدول - 1 - ارائه شده اند.
در محدوده مورد مطالعه یکسری مطالعات ژئوتکنیک و لرزهایی انجام شده که بصورت زیر می باشد.
-1منطقه طرح کوهستانی بوده و بر روی دامنهای واقع شده که هم به سمت غرب و هم به سمت شمال شیب دارد. لایههای سطحی و کم عمق از خاکهای ریزدانه و درشتدانه تشکیل شدهاندکه در آزمایشات طبقهبندی به صورت GM,SM,ML,CH و CL شناسایی شدهاند و ضخامت آنها در گمانههای مختلف متفاوت بوده و از 10 متر تا 16 متر متغیر است. اکثر خاکهای موجود ریزدانه بوده و میان لایههای درشتدانه در لابلای این لایهها مشاهده شدهاند. در زیر لایههای خاکی، به لایههای سنگی ضعیف برخورد شده است. این لایه ها شامل سنگمارن، لایسنگ، ماسه-سنگ و کنگلومرا هستند.
-2 خاک نباتی سطحی به ضخامت 1 تا حداکثر 2 متر مشاهده شده است.
-3 آب زیرزمینی در گمانههای حفاری شده مشاهده نشده است ولی در فصل بارندگی به طور موضعی بالا آمده و حتی در برخی قسمتها سطوح تراوش و لجنی ایجاد میگردد.
-4 نتایج آزمایشات SPT نشان میدهد که تا عمق 10 متری نوسان زیادی در ضربات SPT مشاهده میشود ولی در اعماق بالای 10 متری مقادیر عدد SPTدر آزمایشات انجام شده عمدتاً بیش از 50 ضربه به دست آمده است.
-5 شاخص پلاستسیته خاکهای ریزدانه محل عمدتاً در محدوده 10 تا 30 درصد بوده که در رده با پلاستسیته کم تا متوسط قرار میگیرد.
