بخشی از مقاله
خلاصه
به منظور مطالعه علل لغزش و بررسی پایداری آن، تعیین پارامترهای مقاومتی توده خاک از اهیمت بسزایی برخوردار است. در این تحقیق به عنوان مطالعه موردی، شیروانی جناح راست سد قلعه چای جهت انجام تحلیل ها انتخاب گردیده است. شواهدی مبنی بر بازفعالی یک زمین لغزش قدیمی بزرگ در جناح راست سد قلعه چای عجبشیر مشاهده گردید.
در انجام تحلیل پایداری باید به این نکته نیز توجه کرد که در بسیاری از شیروانی ها، لایه های خاک بین سطح شیروانی و تراز آب زیرزمینی درحالت نیمه اشباع و با مکش بافتی قرار دارند. هدف از این مقاله، تعیین پارامترهای مقاومتی توده در حال لغزش در حالت غیر اشباع با استفاده از تحلیل برگشتی تغییر مکان های بوجود آمده و مقایسه آن با پارامترهای بدست آمده در حالت اشباع می باشد. نتایج تحلیل برگشتی نشان دهنده تطابق خوب بین تحلیل جابجایی و قرائت های اندازه گیری شده از شبکه میکروژئودزی است.
1. مقدمه
این هرگونه گسیختگی در شیروانیهای خاکی و یا سنگی را میتوان به عنوان یک آزمایش درجای برش در مقیاس واقعی که توسط طبیعت انجام میشود، درنظر گرفت. با علم به مکانیزم گسیختگی و جمع آوری دادههای مورد نیاز برای توده گسیخته شده، خصوصیات ژئومکانیکی را میتوان با استفاده ازروشهای مختلف مانند آزمایشات درجا و یا آزمایشگاهی و یا آنالیز برگشتی، بدست آورد. تحلیل برگشتی فرایند مناسبی برای تعیین مقاومت توده خاک میباشد، چراکه بسیاری از مشکلاتی که در آزمایشات صحرایی و آزمایشگاهی وجود دارد، در آن مطرح نیست. مزایای اصلی تحلیل برگشتی عبارتنداز:
- جلوگیری از مسائل مرتبط با دستخوردگی نمونه به دلیل اینکه مقاوت حاصل از آنالیز برگشتی نشان دهنده وضعیت طبیعی توده میباشند.
- مقادیر مقاومت در سطح لغزشی که به مراتب از سطح لغزش آزمایشات آزمایشگاهی و درجا بزرگتر است.
- تحلیل برگشتی، مقاومت برشی توده خاک را با درنظر گرفتن تاثیر ساختار خاک، ترکها و سطوح گسیختگی موجود اندازهگیری میکند.
- در اغلب موارد زمان درنظر گرفته شده برای لغزش در تحلیل برگشتی بیشتر از تستهای آزمایشگاهی و درجاست.
- مطالعات نشان میدهد که، هنگامیکه شرایط ساده بوده و به طور دقیق مشخص باشند، مقاومت برشی تعیین شده توسط آنالیز برگشتی تطابق مناسبی با مقادیر حاصل شده از آزمایشات بسیار گران قیمت، دارد.[2]
به منظور انجام تحلیل برگشتی، فرایندهای مختلفی توسط محققین مختلف ارائه شده است. یکی از این روشها، روش پیشنهاد شده توسط آقای دولت و همکاران [3] است که تلفیقی از روش کنترل ضریب اطمینان و روش تحلیل جابجایی است که برای تحلیل پایداری زمین لغزش سد قلعه چای ارائه شده است. مراحل تحلیل برگشتی در این تحقیق به صورت گامهای زیر تعریف شده است:
گام-1 در گام نخست محدوده مقاومت برشی در امتداد سطح لغزش تخمین زده میشود. در اغلب تحلیلها، c برابر صفر فرض شده و تنها مقاومت اصطکاکی باقیمانده درنظر گرفته میشود.
گام -2 با درنظر گرفتن هندسه شیروانی، سطح آب و بارگذاری خارجی در زمان گسیختگی، تحلیل پایداری انجام میشود. نتیجه این تحلیل ضریب اطمینانی است که به پارامترهای آزمایشی در مرحله اول مربوط میشود.
گام-3 مقاومت آزمایشی گام 1 با مقاومت حاصل از روابط 1و2 ذکر شده در بالا جایگزین میشود.
گام-4 نتایج گام 3 توسط آنالیز مجدد لغزش با استفاده از مقاومت محاسبه شده جدید، اصلاح میشود. مقاومت نهایی حاصل از تحلیل برگشتی که منجر به ضریب اطمینان واحد میشود، به عنوان مقاومت در سطح لغزش در نظر گرفته میشود.
گام-5 پارامترهای حاصل شده از مرحله چهارم در تحلیل تغییرشکل و با درنظر گرفتن اثر تغییرات مخزن بکار رفته و نتایج آن با مشاهدات ابزار دقیق مقایسه میشوند.
در تحلیل پایداری شیروانی باید توجه کرد که اغلب لایههای سطحی در بسیاری مناطق در شرایط نیمه اشباع قرار دارد. حتی لایههایکاملاً خشک نیز در برخی فصول سال به دلیل بارندگیهای فصلی به صورت نیمه اشباع در میآیند. این شرایط به ویژه در مورد شیروانیهایی که از خاکهای ریزدانه تشکیل شده است، بحرانی خواهد بود. زیرا با افزایش درجه اشباع در لایههای سطحی، علاوه بر کاهش تنشهای مؤثر، مقاومت برشی خاک نیز به میزان قابل ملاحظهای کاهش مییابد.
به جز در مواردی که درجه اشباع نزدیک به واحد است، هوای حفرهای منافذ به هم پیوسته ای در خاک تشکیل میشود و آب حفرهای در اطراف نقاط تماس دانهها متمرکز میگردد. تحلیل بدون در نظر گرفتن شرایط خاک غیر اشباع ساده است اما میتواند باعث افزایش هزینه در اجرای آن باشد. علاوه بر آن، سازه های خاکی طراحی شده با فرض شرایط خاک کاملاَ خشک ممکن است به دنبال مرطوب شدن بعد از اتمام ساخت با کاهش ضریب اطمینان مواجه شود.
برای مدلسازی مسائل جریان غیر اشباع، از دو تابع زیر استفاده میکنند:
1. تابع هدایت پذیری هیدرولیکی
2. تابع مقدار آب حجمی
مقدار حداکثر فشار آب منفذی منفی به شکل تابع هدایت پذیری هیدرولیکی - نفوذپذیری - بستگی داشته و میزان حداقل آن، وابسته به نرخ نفوذ آب میباشد. ظرفیت خاک برای نگهداری آب تحت تغییرات فشار آب منفذی بوسیله تابع مشخصه آب-خاک - تابع مقدار آب حجمی - نشان داده میشود.>6[ نرم افزار SEEP/W برای بدست آوردن تابع مشخصه آب از 4روش مختلف میتواند استفاده کند. یکی از اینها استفاده از روشی بر مبنای پیشبینی بر پایه اندازه ذرات میباشد؛ روش دیگر استفاده از روش تخمینی توابع نمونه برای هر یک از انواع مصالح که در نرم افزار موجود میباشد. دو مورد دیگر روش معادلات فرم بسته فردلوند و زینگ - 1994 - و روش معادلات فرم بسته ون ژانشتین - 1980 - میباشد.
سد قلعهچای یکی از سدهای استان آذربایجان شرقی بوده که در سال 89 با مشاهده ترکهای کششی در جناحین مخزن سد، مطالعات پایداری شیروانیهای حاشیه مخزن آغاز گردید. با توجه به نبود مطالعات آزمایشگاهی، به منظور تعیین پارامترهای مقاومتی توده، از تحلیل برگشتی استفاده شده است.
در سال 1391 تحقیقاتی توسط آقای دولت و همکاران به منظور بدست آوردن پارامترهای مقاومتی در حالت خاک اشباع و بررسی تاثیر تغییرات آب مخزن بر پایداری زمین لغزش قلعه چای انجام گرفته بود. هدف از انجام این مطالعه تعیین پارامترهای مقاومتی زمینلغزش جناح راست سد قلعهچای در حالت غیر اشباع توسط آنالیز برگشتی و مقایسه آن با حالت اشباع میباشد.
در این تحقیق از روش تحلیل برگشتی پیشنهادی آقای دولت و همکاران به منظور تعیین پارامترهای زمینلغزش استفاده شده است. در ابتدا پارامترهای مقاومتی با استفاده از تحلیل برگشتی با کنترل ضریب اطمینان بدست آمده و سپس جابجاییهای بدست آمده با نتایج ابزار دقیق، مقایسه شده است. در بخشهای بعدی خلاصهای از وضعیت زمینلغزش قلعهچای و خصوصیات آن شرح داده شده، سپس نحوه مدلسازی و نتایج حاصل از تحلیل برگشتی ارائه شده است.
2. وضعیت و خصوصیات زمین لغزش جناح راست سد قلعه چای
سد قلعه چای، سدی خاکی با هسته رسی به طول 420 متر، ارتفاع از بستر روخانه 77 متر - ارتفاع از بستر سنگی 85 متر - و با حجم مخزن حدود 40 میلیون متر مکعب میباشد. محور سد بر شاخه اصلی رودخانه قلعهچای در 2/5 کیلومتری پاییندست روستای ینگجه و به فاصله مستقیم 20 کیلومتری شمال شرقی شهرستان عجب شیر، در استان آذربایجان شرقی قرار دارد - شکل. - 1 یکی از اهداف اصلی اجرای طرح سد قلعهچای عجبشیر، تأمین نیاز مصارف زراعی برای حدود 000،10 هکتار از اراضی پایین دست - توسعه و بهبود - بوده است.
در سال 1389 بعد از پایین رفتن سطح آب مخزن پس از یک دروه آبگیری، شواهد یک زمینلغزش نسبتاً بزرگ در جناج راست مخزن سد مشاهده گردید. به دلیل وجود زمینهای کشاورزی در محدوده توده زمینلغزش، این پدیده از اهیمت و شرایط ویژهای برخوردار است. زمینلغزش قلعه-چای از سمت جنوب دارای 350 متر عرض و از سمت غرب دارای طولی بالغ بر 500 متر میباشد. حجم تقریبی زمینلغزش نزدیک به 2 تا 5 میلیون متر مکعب تخمینزده میشود.
شکل -1 موقعیت جفرافیایی سد قلعهچای و زمینلغزش جناح راست
شکل -2 محورهای تعریف شده در توده و مقاطع آنها؛ الف - لایهبندی مقطع 3 با فرض سطح لغزش A، ب - لایه بندی مقطع 3 با فرض سطح لغزش B، ج - لایه بندی مقطع 4 با فرض سطح لغزش A، د - لایه بندی مقطع 4 با فرض سطح لغزش
به منظور تعیین لایه بندی توده در حال لغزش از مطالعات ژئوفیزیکی با استفاده از تکنیک ژئورادار و حفر گمانه استفاده شده است. با توجه به این بررسیها، دو سطح لغزش احتمالی در توده درنظر گرفته شد. مطالعات ژئوفیزیکی عمق سطح لغزش را در حدود 15 تا 20 متر نشان داد - سطح لغزش - A، در حالیکه حفر گمانهها و مشاهدات کارگاهی حاکی از عمق سطح لغزش بیشتر و در حدود 30 تا 45 متر - سطح لغزش - B است.
با توجه به عدم قطعیتهای موجود، هر دو سطح لغزش برای تحلیل برگشتی مورد استفاده قرار گرفتهاند. با توجه به نصب ابزار دقیق و برداشتهای انجام شده، دو مقطع در امتداد حرکت لغزش انتخاب شده و برای تحلیلها مورد استفاده قرار گرفتهاند. موقعیت این مقاطع و نیز لایه بندی آنها در شکل 2 نشان داده شد.
