بخشی از مقاله
چکیده :
به منظور اطمینان از پایداری شیروانیهای سنگی لازم است بر روی آنها آنالیز پایداری انجام گیرد. روش های مختلفی برای آنالیز پایداری شیروانی ها خصوصا شیبهای سنگی وجود دارد. براساس مطالعات زمینشناسی انجام شده شیروانی مد نظر در لایههای مارنی – گلسنگی و مارنهای سیلتی قرار میگیرد. باتوجه به ارتفاع این شیروانی و روند تدریجی تغییر ماهیت لایهها از مارن به سیلت استون، پارامترهای در نظرگرفته شده پارامترهای معادل است. در تحلیل پایداری کلی شیروانی سنگی از پارامترهای مقاومت برشی براساس معیار شکست هوک – براون استفاده شده است پس از انجام آنالیز پایداری کلی و طراحی سیستم نگهداری، پایداری گوههای سنگی تحلیل شده و کفایت سیستم نگهداری برای پایداری گوههایی که دارای پتانسیل لغزش میباشند مورد بررسی قرارگرفته است و همچنین برای درنظرگرفتن بارگذاری مربوط به زلزله علاوه بر آنالیزهای استاتیکی، آنالیزهای شبه استاتیکی با اعمال شتاب افقی متناظر با سطح طراحی و کاربری آن شیروانی برای رسیدن به ضرایب اطمینان مناسب انجام شده است.
واژه های کلیدی: خروجی تونل، سد صفا، رابر، شیروانی سنگی
مقدمه:
اولین مرحله از ساخت یک سازه اعم از یک تونل به عنوان یک سازه زیرزمینی طراحی است. به طور کلی طراحی، یعنی پیشبینی کلیه مسائل و مشکلاتی که در جریان اجرا یا احداث یک سازه پیش خواهد آمد و در نهایت، ارائه راه حلی برای غلبه بر این مشکلات و تعیین برنامهای که سازه مورد نظر با رعایت جنبههای اقتصادی و ایمنی بتواند خواستههای کاربر را در مدت زمان مورد نظر تامین نماید . - Wittaker et al, 1990 - طراحی یک تونل در نهایت منجر به محاسبه سیستم نگهداری مناسب خواهد شد. طراحی هر سازهای از جمله تونل، نیازمند یک سری اطلاعات مهندسی است. اطلاعات لازم در اطراحی تونل از ساختگاه تونل به دست خواهد آمد. چون در زمین ماهیت اطلاعات برآوردی است، یعنی احتمال خطا وجود دارد.
لذا هر چه اطلاعات دقیقتر باشد، طراحی نیز دقیقتر خواهد بود - . - Wittaker et al, 1990 بنابراین طراحان باید از روشهای مختلف طراحی استفاده کنند که این روشها عبارتند از: روشهای تجربی، روشهای تحلیلی ، روشهای مشاهدهای هریک از این روشها دارای نقاط ضعف و قوتی هستند باید توجه داشت که تمام روشهای آنالیز طراحی فقط تقریبی از مورد واقعی هستند . - Wittaker et al, 1990 - روشهای تجربی: این روشها، پایداری تونلها و معادن را با استفاده از تحلیلهای آماری، ارزیابی میکنند. طبقهبندی مهندسی سنگ، بهترین روشهای تجربی شناخته شده برای ارزیابی فضاهای زیرزمینی در سنگ هستند. درحقیقت در بسیاری از پروژهها، طبقهبندی مهندسی سنگها به عنوان تنها معیار برای طراحی سازههای پیچیده زیرزمینی تلقی می شود - Galli et al, .2004 - بیشتر تونلهایی که هماکنون احداث میشوند از طبقهبندی سنگها برای طراحی استفاده میکنند. مهمترین این طبقهبندی ها عبارتند از:
- طبقهبندی ژئومکانیکی تودهسنگ - RMR - که توسط بینیاوسکی در سال 1973 ارائه گردید.
- شاخص کیفی تودهسنگ - Q - که توسط بارتن و همکاران در سال 1974 ارائه شد، اندیس مقاومت زمینشناسی - GSI - که در سال 1994 توسط هوک ارائه گردید . - Hoek et al, 1995 -
- شاخص تودهسنگ - RMi - که در سال 1996 توسط پالمستروم ارائه شد . - Palmstrom, 1996 -
روش های مشاهدهای: این روشها برمبنای اندازهگیریهای آزمایشگاهی و برجا استوار میباشند . در این روشها تا حدودی از روشهای تجربی کمک گرفته میشود ولی بهطور کلی اساس تحلیل و قضاوت مهندسی در مورد نحوه اجرای سازه و سیستم نگهداری براساس ابزاربندی و رفتارسنجی سازه موردنظر است - دهقان بنادکی، . - 1379 روشهای تحلیلی: در این روشها از تحلیل تنشها و دگرشکلیها در اطراف تونل استفاده میشود. این روشها شامل تکنیکهایی از قبیل جوابهای فرم بسته ، روشهای عددی و مدلسازی فیزیکی است . - Jafari, and Hedayatjo, 2006 - در سالهای اخیر بهمنظور طراحی فضاهای بزرگ مقطع، بیشتر از تحلیل های عددی استفاده شده است . - Jafari, and Hedayatjo, 2006 - در حال حاضر در حل مسائل ژئوتکنیک کاربرد پنج روش عددی زیر بسیار رایج است - اسدالهی، . - 1383
-1 روش المان محدود - 2 - FEM - روش تفاضل محدود - 3 - FDM - روش المان مرزی - 4 - BEM - - روش المان مجزا - 5 - DEM - روش های ترکیبی.
موقعیت جغرافیایی و زمین شناسی محدوده مورد بررسی
محدوده مورد مطالعه در استان کرمان و حدود 30 کیلومتری شمال خاور شهر بافت قرار دارد. مختصات جغرافیایی ساختگاه مورد مطالعه به طول خاوری 58΄ و56 ° و عرض شمالی 15΄ و 29° می باشد. براساس تقسیمات زمین شناسی ساختمانی ایران در زون ساختاری ایران مرکزی قرار گرفته است. در محدوده سد سنگ های مربوط به دوره میوسن به بعد قابل مشاهده است که غالباٌ از سنگهای آذرآواری، آذرین و رسوبی تشکیل شدهاند. سنگ های رسوبی مربوط به دوره میوسن که قسمت وسیعی از محدوده طرح را شامل می شوند با نام سازند قرمز بالایی شناخته می شوند. مجموعه لایههای سنگی این سازند در محدوده ساختگاه سد عمدتاً متشکل از تناوب مارن و گل سنگ به رنگ قهوهای متمایل به قرمز و ماسه سنگ خاکستری رنگ ریزدانه بصورت ممتد بوده که با بین لایههای مارن سیلتی و سیلت و بصورت بین انگشتی - Interfinger - همراه میباشد. ودر نهایت رسوبات کواترنری را داریم که این نهشتهها متعلق به محیط رسوبی خشکی میباشند - رحیم زاده، . - 1373
نتایج و بحث
برای انحراف آب در زمان اجرای بدنه سد تونلی به طول 750 متر با مقطع نعل اسبی به عنوان تونل انحراف در تکیهگاه چپ سد در نظرگرفته شده است. مقطع حفاری تونل در بیشتر طول دارای شعاع حدود 2/8 متر میباشد تنها در
ورودی و خروجی یا در محل تقاطع با شفت آبگیر تخلیه کننده تحتانی و قبل و بعد از اتاق دریچهها شعاع حفاری به 3/25 متر افزایش مییابد. این تونل پس از متراژ 148 به عنوان تخلیه کننده تحتانی در زمان اجرا مورد استفاده قرار میگیرد. باتوجه به نوع توده سنگ ساختگاه پایداری کلی این شیروانیها ابتدا با روش بیشاب - Bishop - و جانبو - Janbu - کنترل شده و براساس نتایج این تحلیلها، شیروانی مد نظرطراحی شده است. پس از انجام آنالیز پایداری کلی و طراحی سیستم نگهداری پایداری گوههای سنگی تحلیل شده و کفایت سیستم نگهداری برای پایداری گوههایی که دارای پتانسیل لغزش میباشند مورد بررسی قرارگرفته است.
در تحلیل پایداری کلی شیروانی سنگی از پارامترهای مقاومت برشی براساس معیار شکست هوک – براون استفاده شده است. براساس مطالعات زمینشناسی انجام شده شیروانی مد نظر در لایههای مارنی – گلسنگی و مارنهای سیلتی قرار میگیرد. باتوجه به ارتفاع این شیروانی و روند تدریجی تغییر ماهیت لایهها از مارن به سیلت استون، پارامتر در نظرگرفته شده پارامترهای معادل است. نحوه محاسبه این پارامترهای معادل بدین صورت است که مقاومت فشاری برای توده سنگ میانگین مقادیر هر کدام با 40 درصد کاهش مقاومت فشاری لایههای مارن سیلتدار انتخاب شده است. بدین ترتیب مقاومت فشاری توده سنگ 2 مگاپاسکال بدست میآید. ثابت mi برای هر دو سنگ معادل 7 بوده است. مقدار GSI بین 30 تا 35 - معادل - 33 درنظرگرفته شده است. در محاسبات تحلیل گوهای نیز پارامترهای مقاومت برشی درزهها باتوجه به نوع سنگ، سطح نرم و پرکنندههای ژیپسی و رسی درزهها معادل جدول - 1 - لحاظ شده است.
برای درنظرگرفتن بارگذاری مربوط به زلزله علاوه بر آنالیزهای استاتیکی، آنالیزهای شبه استاتیکی با اعمال شتاب افقی متناظر با سطح طراحی و کاربری آن شیروانی برای رسیدن به ضرایب اطمینان مناسب انجام شده است. باتوجه به مطالعات لرزهخیزی ساختگاه سد برای شیروانیهای موقت زلزله متناظر با دوره بازگشت 100 سال و برای شیروانیها با کاربری بلندمدت زلزلههای با دوره بازگشت 500 سال - DBL - یا 2000 سال - MDL - مدنظر قرارگرفته است. باتوجه به ماهیت گذرا بودن شتاب حداکثر زلزله و با پذیرفتن برخی تغییر شکلهای برگشت ناپذیر در شیروانیهای سنگی در زمان وقوع زلزله برای تحلیل پایداری کلی 50 درصد شتاب افقی در هر سطح بر شیروانی مذکور اعمال شده است. در تحلیلهای گوهای باتوجه به صلب درنظرگرفتن گوه سنگی 67 درصد این شتابها به گوهها اعمال شده است.
