پاورپوینت تحلیل پایداری:

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

تحلیل پایداری:

تحلیل پایداری برای آن دسته از حرکات توده ای انجام می شود که سطح گسیختگی مشخصی دارند و به عبارت دیگر تنها برای زمین لغزش ها به کاربرده می شوند.

اسلاید 2 :

روش راه حل کاملComplete solution method

این روش، روشی دقیق بوده و بر مبنای انالیزهای عددی بنا شده است. این روش تحلیل پایداری با استفاده از نرم افزار های کامپیوتری که بر مبنای روش های که عمدتا عناصر محدود و تفاضل محدود هستند، انجام می شود. از جمله برنامه های کامپیوتری برای تحلیل شیروانی که بر این مبنا کار می کنند می توان به موارد زیر اشاره کرد.
PHASES2,PLAXIX, FLAC-SLOPE, UDEC, ANSYS, FEFLOW, GEOSLOPE

در روش راه حل کامل یا روش های عددی که هم برای خاک و هم برای سنگ بکار می روند، پارامترهای ورودی به نرم افزار عبارتند از

مدول یانگ، نسبت پواسون
دانسیته
معیار گسیختگی که اگر معیار مور-کلمب در نظر گرفته شود چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی و اگر معیار هوک-براون در نظر گرفته شود پارامترهای m و s این معیار مورد نیاز است

اسلاید 3 :

پس از ترسیم هندسه شیروانی، باید فضای آن را به بخش های مثلثی، مربعی و یا ذوزنقه ای تقسیم بندی کرد که به این کار مش بندی می گویند
هرچه تعداد گره ها بیشتر باشد، دقت محاسبات بیشتر و زمان لازم و حجم محاسبات بیشتر خواهد شد
پس از اجرای نرم افزار میزان تنش و کرنش در محل هر گره محاسبه شده و نهایتاً با توجه به اندرکنش تنش و کرنش هاسطح گسیختگی مشخص می شود.

اسلاید 4 :

2- روش تعادل حدی
Limit equilibrium Method
در این روش یک ضریب اطمینان محاسبه می شود.این ضریب اطمینان برای بحرانی ترین ضعیف ترین سطح بیشترین پتانسیل لغزش را دارد محاسبه شده است.
به عنوان مثال در شکل زیر تنها برای ضعیف ترین سطح با ضریب اطمینان 1/141ضریب اطمینان محاسبه می شود و بر مبنای عدد به دست آمده در مورد پایداری یا ناپایداری شیروانی مذکور تصمیم گیری می شود. در واقع دیگر سطوح لغزش فرضیکه با رنگ های زرد و سبز و آبی می باشند ریب اطمینان به مراتب بالاتری خواهند داشت.

اسلاید 5 :

مطابق تعریف، ضریب اطمینان از روابط زیر محاسبه می شود .
در ساده ترین حالت براساس معیار مور-کلمب ضریب اطمینان را می توان از رابطه زیر بدست
در واقع وقتی به خاک تنشی برشی وارد می شود، خاک بخشی از مقاومت برشی خود را که به اندازه تنش مهاجم است بسیج می کند تا با آن مقابله کند. در این حالت ضریب اطمینان بالای 1 بوده و خاک پایدار است. اگر تنش برشی بیشتر شود خاک مجبور است بخش بیشتری از مقاومت برشی خود را بسیج کرده تا نهایتا به جای میرسد که مجبور است همه مقاومت برشی خود را بسیج کند. در این شرایط ضریب اطمینان برابر با 1 و خاک در آستانه لغزش است. اگر باز هم تنش برشی مهاجم اضافه شود خاک دیگر مقاومت برشی نداشته تا بسیج کند در نتیجه تسلیم شده و می لغزد.

اسلاید 6 :

با توجه به معیار مور – کلمب τ= c+ σ𝑛𝑡𝑎𝑛ϕ می توان علاوه بر ضریب اطمینان کلی، دو ضریب اطمینان جزئی شامل ضریب اطمینان چسبندگی و ضریب اطمینان زاویه اصطکاک داخلی نیز تعریف کرد. زمانی که ضریب اطمینان چسبندگی با ضریب اطمینان زاویه اصطکاک داخلی برابر باشد ، مقدار آن با ضریب اطمینان کل برابر است.

زمانی که میزان تنش وارد شده به توده کمتر از مقاومت برشی خاک باشد، عملاً بخشی از مقاومت برشی خاک در مقابل تنش برشی بسیج شده و بخشی باقی می ماند و در نتیجه ضریب اطمینان بزرگتر از 1 خواهد بود چرا که مقاومت برشی بزرگتر از تنش برشی مهاجم است. با افزایش تنش برشی مهاجم، خاک بخش های بسیج نشده را نیز مجبور است بسیج کند. زمانی که تنش برشی مهاجم برابر با مقاومت برشی خاک باشد، خاک تمامی مقاومت برشی خود را بسیج نموده است و FS=1. در این حالت خاک در آستانه لغزش قرار دارد. چنانچه تنش برشی مهاجم باز اضافه گردد خاک دیگر مقاومتی ندارد که بسیج کند و در نتیجه Fs<1 و خاک خواهد لغزید.

اسلاید 7 :

لازم به ذکر است که در بسیج کردن مقاومت برشی، خاک مقاومت چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی را به یک نسبت بسیج کرده و این طور نیست که مثلاً اول تمامی چسبندگی بسیج شود، بعد زاویه اصطکاک داخلی را بسیج کند.
به لحاظ تئوری و برحسب تعادل حدی اگر: FS>1
شیروانی پایدار و اگر
FS<1
شیروانی ناپایدار خواهد بود

با این وجود چون ممکن است در محاسبه تنش های مهاجم ساده سازی صورت گرفته و برخی پارامترها مانند زلزله در نظر گرفته نشده باشد، توصیه می شود که مقداری محافظه کارانه قضاوت شده و به جای در نظر گرفتن عدد حدی 1 برای ضریب اطمینان مرزی برای حالت های پایدار و ناپایدار، این مرز به شرح زیر افزایش یابد
در صورتیکه تنها وزن توده در نظر گرفته شده باشد ضریب اطمینان مرزی برای خاکهای دانه درشت 1/5 و برای خاکهای ریزدانه 1/7 در نظر گرفته شود. در مورد شیروانی های مصنوعی مانند سدهای خاکی بسته به مرحله ساخت و شرایط زلزله عدد مرزی متفاوت است. مثلاً ضریب اطمینان مرزی برای دامنه های سد در مرحله انتهای ساخت سد و بدون آبگیری برابر با 1/25 اگرشتاب زلزله اعمال نشده باشد و برابر با 1 اگر شتاب زلزله در نظر گرفته شده باشد. اگر مخزن نیمه پر بوده و نشت دائمی از بدنه سد وجود داشته باشد ضریب اطمینان مرزی 1/5 برای حالت بدون زلزله و 1/25 با در نظر گرفتن شتاب زلزله پیشنهاد می شود . اگر مخزن پر باشد و نشت دائمی وجود داشته باشد و افت ناگهانی سطح آب دریاچه وجود داشته باشد ضریب اطمینان مرزی FS=1.25بدون زلزله و FS=1 با زلزله در نظر گرفته می شود.

اسلاید 8 :

تحلیل پایداری
روش تعادل حدی
1- شیروانی سنگی
2- شیروانی خاکی
الف- شیروانی نامحدود
Infinite slope
الف- شیروانی محدود
Finite slope
a- شیروانی نامحدود بدون نشت آب
b- شیروانی نامحدود بهمراه نشت آب
a- گسیختگی صفحه ای
Plain failure
تحلیل به روش کولمان
b - گسیختگی چرخشی
Circular failure
1- روش توده
Mass method
2- روش قطعه
Slice method
خاک چسبنده
τ=C, ϕ =0
خاک دارای
ϕ وC
1-روش تعادل گشتاوری
2-روش m یا تیلور
1-روش دایره اصطکاک
2-روش m یا تیلور
1- روش قطعه معمولی
2- روش بیشاپ اصلاح شده

اسلاید 9 :

برای تحلیل پایداری و تعیین ضریب اطمینان شیروانی های خاکی و سنگی می بایستی اطلاعات زیر در دسترس باشد:
1 . مشخصات مقاومت برشی خاک یا سنگ
2 . وضعیت سطح آب زیرزمینی و مقدار فشار آب منفذی ،سطح آب در ترک های کششی و درزه
های سنگ
3 . یک سطح که در واقع بحرانی ترین سطح است، به عنوان سطح لغزش در نظر گرفته شود.
4 . در نهایت نیروهای مقاوم و محرک بر روی سطح لغزش تحلیل شوند.

اسلاید 10 :

تحلیل پایداری شیروانی های خاکی
1 . شیروانی نامحدود بدون نشت
W بردار وزن بوده که در مرکز ثقل توده اثر کرده و قابل تجزیه بردار به دو مولفه زیر است
𝑁𝑎=𝑊cos β ⇒𝑁𝑎=γH𝑐𝑜𝑠2β
T𝑎=𝑊sin β ⇒ T𝑎=γ𝐻𝑐𝑜𝑠β𝑠𝑖𝑛β
فرضb=1, Z=1 ⇒ W=bcosβ ×H ×Z ×γ
مساحت ذوزنفقه
حجم ذوزنفقه
ضخامت توده که عمود بر صفحه بوده
و برابر واحد در نظر کرفته شده=Z
دانسیته خاک
𝑁𝑎= نیروی ناشی از مولفه عمود بر سطح وزن
T𝑎= نیروی ناشی از مولفه به موازات سطح وزن

اسلاید 11 :

A=b×Z⇒A=1×1
A=1
*نکته: زمانی که ضریب اطمینان بر اساس تنش نوشته می شود می بایستی همه پارامترها از جنس تنش باشد. مولفه های وزن wsinβ و wcosβ ماهیت نیرو داشته لذا آنها باید تقسیم بر سطح لغزش گردند تا تبدیل به تنش شوند.
جهت اثبات معادله فرض شده سطح لغزش واحد باشد که در نهایت باعث می شود شکل تنش و نیرو همانند شود ولی می بایستی در نظر گرفت چون در معادله چسبندگی به تنهایی آمده و در سطح ضریب نشده پس معادله بر اساس تنش بود و عبارات wsinβوwcosβ یکبار در سطح تقسیم شده و عملاً ماهیت تنش دارند و نیرو نیستند

اسلاید 12 :

رابطه نهایی

اسلاید 13 :

در صورتی که 𝑠𝐹 را 1 فرض کرده و معادله بر اساس ارتفاع بازنویسی شود، ارتفاعی که بدست خواهد آمد ارتفاع بحرانی خواهد بود که از رابطه زیر محاسبه خواهد شد:

اسلاید 14 :

2. شیروانی نامحدود همراه با نشت:
چنانچه خاک اشباع باشد به دلیل وجود فشار آب منفذی
معیار مور-کلمب می بایستی براساس تنش موثر نوشته شود:
رابطه ضریب اطمینان برای حالت با نشت به صورت زیر خواهد بود:
وزن واحد حجم حالت اشباع
وزن مخصوص غوطه ور یا مستغرق
وزن واحد حجم آب

اسلاید 16 :

در صورت اشباع شدن شیروانی ناپایدار خواهد شد

اسلاید 17 :

نکته: در مخرج کسر اول cos2 β.tan β برابر است
با cos β.sin β
(cos β/cosβ)=×cos β.sin β
cos2 β.tan β