بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله به تحلیل ظرفیت باربری شالوده های سطحی واقع بر روی زمین های سنگی و صخره ایی که تحت بار های لرزه ایی قرار دارند به روش تحلیل محدود میپردازد. برای در نظر گرفتن تأثیرات تنشهای اصلی متوسط بر روی ظرفیت باربری شالودههای سطحی، از معیار مقاومت برشی - Twin - غیر خطی استفاده گردید. برای منظور نمودن تأثیرات بارهای لرزه ایی بر روی ظرفیت باربری شالوده های سطحی از روش شبه دینامیکی کمک گرفته شد.
به منظور ارزیابی ظرفیت باربری شالوده ها در این تحقیق، از هر دو ضرایب شتاب لرزه ای افقی و قائم به همراه اعمال تأثیرات فاکتور تشدید که بر روی - bound - کرانهی بالایی رخ میدهد، استفاده شد. سپس برای استخراج نتایج ظرفیت باربری- بار در مرز بالایی، توابع به کار برده شد. یک دسته از محاسبات عددی انجام گرفت و نشان داد که پارامترهای ضرایب شتاب لرزه ای، فاکتور تشدید و تنشهای اصلی متوسط، تأثیرات قابل توجهی بر روی ظرفیت باربری پی های سطحی می گذارند.
-1 مقدمه
همواره پیش بینی و ارزیابی ظرفیت باربری شالوده های سطحی نواری که بر روی صخره های سنگی قرار دارند، از زمینه های مورد علاقه ی مهندسین عمران بوده است. روش های گوناگونی نیز برای تحلیل ظرفیت باربری چنین شالوده های سطحی نواری ارائه شده است. در میان تمامی روش ها، روش تحلیل کینماتیکی محدود به عنوان روشی کارآمد برای تخمین ظرفیت باربری نهایی به حساب می آید.
سابق بر این، برای تعیین ظرفیت باربری شالوده های سطحی یا تصور میشد که مقاومت سنگ از قوانین و معیارهای شکست موهر-کولومب پیروی می کند که این دیدگاه در کارها و تحقیقات پائولوچی و پکر - 1997 - و دورمیوکس و پکر - 1995 - به چشم می خورد، و یا اینکه از قوانین و معیارهای شکست هوک-براون تبعیت می نماید که نمونه های این رویکرد در پژوهش های سرانو و اولالا - - 1994 ، سعدا و همکارانش 2008 - و - 2011 و یانگ و ین - 2006 - دیده می شود.
البته در هر دوی این نظریه ها، تأثیرات تنش اصلی متوسط بر روی مقاومت سنگ ها در نظر گرفته نشده است. اما نتایج آزمایش های سه محوری واقعی بر روی سنگ ها که توسط موگی 1971 - - ، لو و همکارانش - - 2013 ، ژائو و همکارانش - 1990 - ، میکلیس - 1987 - و دیگران انجام شده است، بیانگر تأثیرات غیر قابل انکار و مهم تنش اصلی متوسط بر روی مقاومت سنگ می باشد. تحت شرایط بارگذاری کرنش صفحه ای، مقادیر بالاتری از مقاومت مشاهده شده است که در نتیجه ی تأثیر تقویت تنش های اصلی است. - Pan, 2012; Cai, 2008; Zhou, 2009; Alan2009; Jiang, 2013 -
همانطور که تنش های اصلی متوسط در حین آزمایش های سه محوری استاندارد افزایش می یابند، این مقاومت به طرز محسوسی از مقدار معادلش فراتر می رود و افزایش می یابد. تا به حال روش ها و نظریه های متنوعی برای مطالعه در زمینه ی تأثیرات تنش های اصلی متوسط بر روی مقاومت مصالح سنگی ارائه شده است. به عنوان مثال یو و همکارانش - 2002 - معیار مقاومت برشی - Twin - غیر خطی را ارائه کرده اند که در آن تأثیرات تنش های اصلی متوسط بر روی مقاومت سنگ در نظر گرفته شده است.
از طرفی، بارهای لرزه ایی تأثیر قابل توجهی بر روی ظرفیت باربری نهایی شالوده های سطحی دارد. روش های گوناگونی برای تحلیل لرزه ای ظرفیت باربری اینگونه شالوده ها ارائه گردیده است. به عنوان مثال، برای تحلیل لرزه ای ظرفیت باربری شالوده های سطحی نزدیک به یک شیب سنگی، از روش شبه دینامیکی بهره برده شده است.
- - Sawada, 1994; Saada, 2011 که در این روش تأثیرات نیروی زلزله به صورت نیروهای استاتیکی قائم و افقی معادل بر روی مرکز جرم شالوده اثر داده شده است. به این ترتیب که شتاب همسانی به هر قسمت شالوده اعمال می شود و به عنوان یک نیروی اینرسی - ماند - دائمی بر روی شالوده، رفتار می کند. گرچه، بارهای لرزه ای در اجرام سنگی با گذشت زمان و تغییر موقعیت، تغییر می کنند. محدودیت اصلی روش شبه دینامیکی آن است که در این روش اغلب ویژگی های مهم زمین لرزه در نظر گرفته نمی شوند. به عنوان مثال نه خصوصیات تناوبی و نوسانی بارهای لرزه ای و نه خصوصیات دینامیکی مصالح موجود در شیب ها، هیچکدام در این روش لحاظ نشده اند. - Sawada, 1994 -
یکی از محاسن روش شبه دینامیکی در نظر گرفتن جا به جایی های قائم و افقی ناشی از زمین لرزه، برش محدود - Finite Shear - و انتشار موج اولیه وابسته به زمان در میان توده های سنگی می باشد و حسن دیگر این روش، ساده سازی معادلات و قابلیت ارائه ی تحلیل های لرزه ای ساده است که این ویژگی برای مهندسین عمرانی که ظرفیت باربری لرزه ای را مطالعه می کنند، می تواند بسیار مفید واقع شود. اخیراً رویکرد شتاب شبه دینامیکی برای تحلیل فشار مقاوم - Passive - خاک پشت دیوار حائل ، که دارای مکانیسم شکست صفحه ای است، هنگامیکه تحت بارهای لرزه ای قرار گیرد، به کار برده شده ولی همچنان در این روش نیروهای میرایی در نظر گرفته نشده است.
- Steedman, 1990; Choudhury, 2005; Basha, 2009 - رویکرد تغییر مکان شبه دینامیکی به وسیله ی ژو و همکارانش - 2014 - برای تحلیل پایداری شیروانی های تحت بارگذاری لرزه ای به کار برده شده است. در این مقاله، رویکرد تغییر مکان شبه دینامیکی به کار برده شده است تا به وسیله ی آن بتوان تخمینی زد از کرانه ی بالایی برای ظرفیت باربری نهایی شالوده های سطحی واقع بر توده های سنگی که تحت برش های مستقیم - Twin - غیر خطی می باشند و این مسئله با در نظر گرفتن تأثیرات تنش های اصلی بر روی مقاومت سنگ ها مورد بررسی قرار گرفته است. تأثیرات بارهای اینرسی - ماند - قائم و افقی، ضرایب شتاب لرزه ای، زمان و فاکتور تشدید - Amplification factor - برای ارزیابی ظرفیت باربری، مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت.
-2 شرح مسئله
-1-2 مدل هندسی ساخت
صفحهی کرنش ظرفیت باربری که در شکل - 1 - نشان داده شده است، بیانگر عرض شالوده ی سطحی - B0 - و وزن مخصوص سنگ همگن - - می باشد. حالت بارگذاری در سیستم شالوده ی مورد مطالعه به صورت Q = q*B0 تعریف می گردد که بیانگر نیرو در واحد عرض شالوده می باشد. Qw نیروی جاذبه ی زمین در واحد طول شالوده، Qh و Qv به ترتیب نیروهای اینرسی افقی و قائم می باشند که از روش تحلیل شبه دینامیکی بدست آمده است. همچنین سربار سطح با q0 و مقدار نهایی q را با qu نمایش می دهیم.
2-2 معیار های برش - Twin - غیر خطی
معیار شکست برشی - Twin - غیر خطی به وسیله ی یو و همکارانش 1985 - و - 2002 به موجب منظور نمودن تأثیرات تنش های اصلی متوسط بر روی مقاومت سنگ، ارائه شده است.
