بخشی از مقاله
خلاصه
به علت کاربرد گسترده و مزایای روش میخکوبی نسبت به دیگر روشهای پایدارسازی و همچنین عدم وجود اطلاعات جامع در مورد رفتار شیب-های تسلیح شده با این روش، لازم است که مطالعاتی در مورد رفتار این شیبها انجام گیرد. به این منظور در این مقاله به انجام مطالعات پارامتری پرداخته شده و تاثیر مشخصات تسلیحکنندهها و هندسه شیب بر رفتار شیب تسلیح شده با مورد توجه قرار دادن ضریب اطمینان پایداری، تغییرشکل افقی دامنه شیب و موقعیت سطوح گسیختگی، بررسی گردیده است.
به منظور شبیهسازی رفتار خاک از مدل رفتاری الاستو-پلاستیک با معیار گسیختگی موهر-کولمب بهره گرفته شده و تسلیحکنندهها که مجموعهای از میلگرد و دوغاب تزریقی اطراف آن است به نحو مناسبی جهت ارائه رفتار واقعی میخها شبیهسازی گردیدهاند. نتایج تحلیلها حاکی از آن است که در میان پارامترهای مورد مطالعه هندسه شیب بیشترین تاثیر را در رفتار شیب تسلیح شده دارد و در این موارد آنچه کنترل کننده رفتار شیب میباشد مود گسیختگی توسعه یافته در شیب بوده و مشخصات تسلیح کنندهها تاثیر کمتری دارند. همچنین نتایج نشان میدهد که در میان مشخصههای تسلیح کنندهها طول تسلیح کننده سهم بیشتری را در کنترل رفتار شیب به خود اختصاص میدهد.
.1 مقدمه
میخکوبی خاک یکی از روشهای تسلیح خاک با استفاده از میلگردهای فولادی قرار گرفته در فواصل مناسب درون توده خاک میباشد که به منظور درگیری بیشتر اطراف آن را دوغاب تزریقی فرا گرفته است. اثرات سودمند میخکوبی خاک ناشی از دو پدیده افزایش مقاومت کششی و مقاومت برشی بوجود آمده به علت اصطکاک موجود در سطح تماس خاک و مسلح کنندهها میباشد
استفاده از این روش از اواخر دهه 1960 متداول گردید [2] و تا امروز در پروژه های مختلفی از این روش بهره گرفته شده است .[,43] همچنین آزمایشات در محل [5] و تحلیلهای عددی مختلفی [6] به منظور بررسی رفتار دیوارهای مسلح شده با میخکوبی انجام گرفته اما با این وجود هنوز تاثیر عوامل مختلف به بر رفتار شیبهای میخکوبی شده به درستی شناخته نشده و انحام مطالعات بیشتر در این زمینه را طلب میکند.
در این مقاله بر خلاف مطالعات پیشین که عمدتا بر ضریب اطمینان پایداری متمرکز شدهاند، ارتباط بین تغییرشکلهای دامنه شیب، ضریب اطمینان و موقعیت سطوح گسیختگی تحت تاثیر عوامل مختلف مورد بحث قرار گرفته است. در ادامه، ابتدا به بررسی صحت عملکرد نرمافزار FLAC مورد استفاده در این مطالعه با مقایسه با محاسبات انجام گرفته توسط محققین دیگر پرداخته شده و سپس بررسی پارامتریکی متغیرهای مختلف مورد توجه قرار گرفته است.
2. بررسی صحت عملکرد نرمافزار
به منظور بررسی کارائی نرمافزار در مدلسازی شیبهای تسلیح شده با استفاده از میخکوبی و اطمینان از صحت محاسبات عددی انجام گرفته به مدلسازی یک شیب در حالت مسلح و غیرمسلح پرداخته شده و نتایج حاصل با نتایج به دست آمده از تحلیلهای عددی انجام گرفته توسط "چنگ" [7] و "وی و چنگ" [8] مقایسه گردیده است. تحلیلهای انجام گرفته توسط "چنگ" در حالت دوبعدی و با روش تعادل حدی1 و تحلیلهای انجام گرفته توسط "وی و چنگ" در حالت سه بعدی و با روش کاهش مقاومت2 انجام شده است. شیب مورد مطالعه در این بخش دارای 6 متر ارتفاع بوده و زاویه دامنه شیب 45 درجه میباشد.
میلگردهائی که به عنوان تسلیح کننده بکار رفتهاند دارای 8 متر طول بوده و در فواصل یک و نیم متری نسبت به یکدیگر در جهت افقی و عمودی همراه با دوغاب تزریقی اطراف درون شیب قرار گرفتهاند. قطر میلگردها 40 میلیمتر و قطر سوراخ حفر شده 100 میلیمتر در نظر گرفته شده و وزن مخصوص خاک 19 کیلونیوتن بر مترمکعب، مدول الاستیسیته 15 مگاپاسکال، چسبندگی 9 کیلونیوتن بر مترمربع، ضریب پواسون 0/42 و زاویه اصطکاک داخلی 18 درجه میباشد. جدول 1، مشخصات تسلیح کنندهها و دوغاب تزریقی را نشان میدهد.
جدول -1 مشخصات تسلیح کنندهها و دوغاب تزریقی
نتایج حاصل از این تحلیل و مطالعات پیشین در جدول 2 ارائه گردیده است. همانطور که ملاحظه میگردد در حالتی که شیب میخکوبی گردیده ضرایب اطمینان پایداری حدود 15 درصد نسبت به حالت غیرمسلح افزایش پیدا کرده که این مورد اهمیت تسلیح را در افزایش پایداری نشان میدهد. همچنین توافق خوبی بین ضریب اطمینان حاصل در این مطالعه و مطالعات پیشین مشاهده میگردد، چنانکه تفاوت در ضریب اطمینان با مطالعه "چنگ" و "وی و چنگ" به ترتیب تنها برابر 1 و 5 درصد میباشد که قابل قبول بوده و میتوان بیان نمود که نرمافزار مورد استفاده کارائی و دقت لازم را در مدلسازی، تحلیل و استفاده در مطالعه حاظر را دارا میباشد. دلیل تفاوت بیشتر در ضریب اطمینان را میتوان به سهبعدی تحلیل شدن شیب در مطالعه "وی و چنگ" نسبت داد.
جدول -2 ضرایب اطمینان بدست آمده در مطالعه حاضر و مطالعات پیشین
.3 مطالعات پارامتریک
در راستای انجام تحلیلهای پارامتریک مدلی به عنوان مدل مبنا با مشخصات هندسی و ژئوتکنیکی مشخص مدلسازی گردیده و سپس تاثیر پارامترهای مختلف با تغییر آنها نسبت به این مدل، بر رفتار شیبهای تسلیح شده مورد بررسی قرار گرفته است. ارتفاع شیب مدل مبنا 5 متر میباشد و میخهایی به طول 5 متر در فواصل افقی و قائم برابر یک متر به عنوان تسلیح کننده در آن بکار رفتهاند. به منظور شبیهسازی رفتار خاک در این مطالعه از مدل الاستو-پلاستیک موهر کولمب بهره گرفته شده که دارای وزن مخصوص 17 کیلونیوتن بر متر مکعب، چسبندگی 5 کیلونیوتن بر متر مربع، مدول الاستیسیته 10 مگاپاسکال، ضریب پواسون 0/3 و زاویه اصطکاک داخلی 20 درجه بوده که مقادیر معمول برای خاک رسی سفت میباشند.
همچنین مقادیر مربوط به میلگردها و دوغاب اطراف آن با توجه به مشخصات میلگردهای AIII ذوبآهن اصفهان و مشخصات معمول دوغاب تزریقی، طبق جدول 3 انتخاب شدهاند. در مدل مبنا ضخامت پوشش فلزی با مدول الاستیسیته 200 گیگاپاسکال برابر 10 سانتیمتر و چگالی آن برابر 7800 کیلوگرم بر مترمکعب درنظر گرفته شده که با استفاده از المانهای تیر در نرمافزار FLAC و با رفتار الاستیک شبیهسازی شده است. به منظور فراهم کردن امکان جدائی و لغزش پوشش شیب نسبت به دامنه شیب المانهای سطح مشترک3 بین رویه و دامنه شیب تعریف گردیده است. سختی نرمال - Kn - و سختی برشی - Ks - برای این المانها برابر 2 مگا نیوتن بر متر و زاویه اصطکاک بین رویه و دامنه شیب 10 درجه فرض گردیده است.
جدول -3 مشخصات تسلیح کنندهها و دوغاب تزریقی در مدل مبنا
شکل 1، مقادیر جابجائی افقی نرمال شده پس از تحلیل را در دامنه شیب مدل مبنا، برای دو حالت مسلح و غیرمسلح نشان میدهد. در این شکل h بیانگر ارتفاع از پای شیب و H معرف ارتفاع کل شیب میباشد. همانگونه که مشاهده میگردد در حالت شیب غیر مسلح مقدار حداکثر جابجائی افقی دامنه شیب برابر 4/74 درصد ارتفاع شیب 23/7 - سانتیمتر - است که در ارتفاع 20 درصدی 1 - متری - نسبت به پای شیب رخ داده است. اما در حالتی که شیب مسلح شده است مقدار حداکثر جابجائی افقی دامنه شیب به 0/21 درصد ارتفاع 1/03 - سانتیمتر - کاهش پیدا کرده که در 10 درصدی ارتفاع 0/5 - متری - از پای شیب اتفاق افتاده است. کاهش بسیار زیاد جابجائی افقی دامنه شیب نشانگر اهمیت زیاد تسلیح کنندهها در پایدارسازی شیب و کنترل تغییرشکلهای شیب خاکی میباشد و لزوم استفاده و تاثیر آنها را در کنترل جابجائیها نشان میدهد.
شکل -1 جابجائی افقی رویه شیب در حالت غیر مسلح و مسلح در مدل مبنا
همچنین تحلیلهای انجام گرفته نشان میدهند که در حالتی که شیب خاکی غیر مسلح میباشد مقدار ضریب اطمینان برابر 1/01 یعنی در حالت حدی پایداری بوده که در این وضعیت منحنی سطح گسیختگی از بالای پای شیب با اختلاف اندکی عبور میکند - شکل B2الف - . استفاده از المانهای تسلیح کننده مقدار ضریب اطمینان پایداری را به 1/32 یعنی به مقدار 30 درصد افزایش داده است. همچنین در این حالت موقعیت سطح گسیختگی تغییر پیدا کرده و از پشت میخها عبور کرده است. در واقع استفاده از تسلیح کنندهها باعث تغییر موقعیت سطح گسیختگی محتمل و افزایش ضریب اطمینان پایداری گردیده است. شکل -2ب، به وضوح موقعیت سطوح گسیختگی در دو حالت را نمایش داده است.
شکل -2 مقایسه سطوح گسیختگی در شیب خاکی مدل مبنا در دو حالت مسلح و غیرمسلح
.3.1 تاثیر طول تسلیح کننده ها
تاثیر طول تسلیح کنندهها با افزایش طول میلگردها به صورت نسبتی از ارتفاع شیب مورد بررسی قرار گرفته است. طول تسلیحکنندهها در این بخش به صورت نسبتی از طول - L/H - برابر 2/0, 1/5, 1/0, 0/8, 0/5 انتخاب شده که به ترتیب معادل طولی برابر 10, 7/5, 5/0, 4/0, 2/5 متر میباشد. همانطور که در شکل 3 مشاهده میگردد با افزایش طول میخها ضریب اطمینان پایداری شیب نیز با یک رابطه خطی افزایش یافته است.
