آب زیر زمینی، مطالعه موردی، مدل سازی

همچنین یکی از شاخصه‌های مهم در خاک فشار آب حفره‌ای است. فشار آب حفره‌ای به میزان بسیاری بر رفتار خاک مؤثر است. برای اعمال این مسئله سه نوع رفتار زهکشی شده، زهکشی نشده و عدم تأثیر زهکشی، برای مصالح برحسب شرایط قابل تعریف است. برای دو خاک موجود در این پروژه از رفتار زهکشی شده استفاده شده است. شکل (4-2): پنجره اصلی ورودی برنامه[14] شکل (4-3): نظریه اصلی مدل موهر-کلمب کاملاً پلاستیک[14]
5- مرحله پنجم، مش بندی می باشد که به عنوان آخرین بخش اطلاعات ورودی نرم افزار است. نرم‌افزار PLAXIS به شکل کاملاً خودکار مش بندی را انجام می‌دهد. این امکان برای کاربرد وجود دارد که مش بندی بخش خاص را با استفاده از گزینه Refine ریزتر کند. پالایش ابعاد مش به صورت زیر می باشد:
*- Global Coarseness : با این دستور میزان بزرگی کلی مش مدل را می توان تغییر داد.
*- Refine Global : تغییر میزان بزرگی کلی المان ها به اندازه یک پله مثلاً از متوسط به ریز تغییر می کند.
*- Refine cluster: با انتخاب یک فضای بسته محدود مشخص شده یک سطح ریزتر می شود.
*- Refine line : با انتخاب یک خط یا چند خط همزمان با استفاده از Shift می توان اطراف خطوط مورد نظر را ریزتر کرد.
*- Refine around point : با این دستور اطراف یک نقطه یا چند نقطه را می توان مش ریزتر ایجاد کرد.
در این پروژه برای مش بندی از میزان بزرگی Medium استفاده شده است. یک کلاستر کوچتر در اطراف شیب و کف مدل بدلیل آشفتگی و جابجایی بیشتر ایجاد شده که با استفاده از Refine cluster، مش آن قسمت ریزتر شده است. بهتر است ابتدا میزان بزرگی Coarseness، کم شود سپس Refine cluster، بعد پالایش در اطراف خطوط و در نهایت در اطراف نقاط انجام شود. باید اضافه کرد که نرم‌افزار از المان مستطیلی 6 گرهی و مثلثی 15 گرهی استفاده می‌کند. 4-2-1-2- محاسبات:
بعد از تعیین هندسه، تخصیص خواص و مش بندی باید تنش اولیه محیط و شکل هندسی اولیه قبل از تغییرات (عوامل اصلی ایجاد کننده تنش) مشخص شود. این امر نیازمند آن است که نوع محاسبه و نوع بارگذاری تعیین شود. این کارها در بخش محاسباتی برنامه انجام می‌شود. همچنین اگر در مراحلی از پروژه‌، نیروها و یا شرایط اولیه تغییر کند، این تغییرات قابل اعمال است. در پروژه‌های واقعی کارها به شکل مرحله ای انجام می‌شوند. برنامه‌ی PLAXIS این توانائی‌ را دارد که محاسبات را به شکل مرحله‌ای انجام دهد. نمونه‌هائی از این کارهای مرحله‌ای عبارتند از: فعال شدن بار در زمان‌های مختلف با شدت‌های متفاوت، شبیه سازی مراحل ساخت یک پروژه نظیر خاکبرداری و نصب پوشش بتنی، دوره‌های زمانی انجام تحکیم، محاسبه ضریب اطمینان و غیره. ساخت مرحله به مرحله فاکتوری است که کاربر را قادر می‌سازد با فعال و یا غیرفعال کردن یک بخش از مدل و یا یک بار و یا تغییر در تراز آب، ساخت مدل را مطابق شرایط ساخت و بهره‌برداری شبیه سازی کند. این کار باعث می‌شود که تنش ها و جابجایی‌های ایجاد شده به عنوان مثال در اثر ساخت یک سد و یا گود برداری‌های عمیق در کانال ها به واقعیت نزدیکتر باشد. در مسائلی مانند این پروژه که نیاز به گود برداری می باشد دو مد اصلی برای رسیدن به شرایط اولیه مدل وجود دارد:
الف) ایجاد فشار آب اولیه
ب) تعریف شکل هندسی و شرایط تنش مؤثر اولیه الف) ایجاد فشار آب اولیه:
بدلیل محاسبه تنش مؤثر باید ابتدا شرایط فشار منفذی مدل را برآورد کرد. شرایط اولیه فشار منفذی به دو صورت زیر می باشد. بدلیل آنکه در حالت بهره برداری کانال در این پروژه از روش اول استفاده شده است تنها به شرح آن بسنده می شود[14]:
1- تعریف خط تراز آب زیرزمینی (Pheratic Level): فشار منفذی Pore pressure (فشار آب زیر زمینی در لایه های خاک) و فشارهای خارجی آب External Water pressure (فشار آب در کانال ها، پشت سدها و رودخانه ها) را می توان بر اســــاس خط تراز آب معرفــی کرد. در ایـــن پروژه در حالت بهره برداری سطح آب در کانال پر تا 0/8 H در نظر گرفته شده است. چنانچه در این پروژه سطح آب معرفی شده در قسمت 1 بعداً تغییر کند، در بخش محاسباتی تحت عنوان یک مرحله می‌توان تراز جدید را واردکرد و سطح جدید آزاد آب را دوباره به دست آورد.
2- روش محاسبات جریان آب زیر زمینی (Calculation flow of groundwater)
ب) تعریف شکل هندسی و شرایط تنش مؤثر اولیه:
برای ایجاد شرایط اولیه تنش مؤثر در مدل و تعیین هندسه فعال اولیه مدل و غیر فعال کردن تمام بارها و المان های سازه ای و سازه های سطحی که در محاسبات شرایط اولیه حضور ندارند، دو روند کلی وجود دارد که بدلیل استفاده از روش جکی تنها به توضیح آن بسنده می شود[14]:
1- روش جکی (Procedure-K_0) با فرمول (K_0=1-sin⁡∅): برای حالتی است که سطح بالای مدل و لایه بندی ها بصورت افقی باشد. به این معنی است که وزن تمام لایه های خاک بالایی در شرایط اولیه تنش نقش دارند. در این پروژه بدلیل فرض اولیه در مسطح بودن زمین و تأثیر وزن تمام لایه های بالای در محاسبه تنش مؤثر از روش جکی استفاده شده است. 2- روش بارگذاری ثقلی (Gravity Loading) : برای حالتی است که سطح بالای مدل و لایه بندی ها بصورت غیرافقی باشد. در بخش بعد تغییر شکل‌ها با انتخاب مح اسبه پلاستیک یا محاسبه تحکیم یا محاسبه به روز شدن شبکه و یا محاسبه دینامیکی آنالیز می‌شوند. چهار دسته روش تحلیل موجود در این برنامه عبارتند از[14]: *- تحلیل پلاستیک………….….. Plastic Calculation
*- تحلیل تحکیم Consolidation Calculation ……..
*- تحلیل ضریب ایمنی…..…………. C-phi reduction
*- تحلیل دینامیکی….…………… Dynamic Analysis در گام های محاسباتی این پروژه از دو تحلیل پلاستیک برای مراحل تعریف کلی هندسه و تغییرات در آن و تحلیل ضریب ایمنی برای محاسبه عدد ضریب اطمینان استفاده شده است، بنابراین این دو تحلیل به صورت مختصر شرح داده می شوند: الف) تحلیل پلاستیک:
در صورتی که بخواهیم تغییر شکل را در حالت الاستوپلاستیک تحلیل نمائیم، این گزینه انتخاب می‌شود. در این حالت اثر تغییر شکل‌های بزرگ اعمال نمی‌شود و ماتریس سختی براساس هندسه تغییر شکل نیافته‌ی اولیه محاسبه می‌شود البته این آنالیز برای بیشتر کارهای مهندسی کفایت می‌کند. این‌ آنالیز خزش دراز مدت در خاک‌های نرم را محاسبه نمی‌کند. اگر چنانچه بر یک خاک رسی اشباع یک بار سریع اعمال شود و شرایط نیز زهکشی شده باشد در آن صورت میزان تغییر شکل حداکثر از نظر عددی با مقدار حاصل از آنالیز حالت تحکیم برابر خواهد بود اما تاریخچه‌ی زمانی چنین تحلیلی مطابق واقعیت نیست.
*- تحلیل به روز شدن شبکه‌بندی (Updated Mesh):
از این آنالیز زمانی که بخواهیم اثر تغییر شکل‌های بزرگ را اعمال کنیم استفاده می‌شود. باید توجه داشت که از این آنالیز زمانی باید استفاده کنیم که حدس بزنیم تغییر شکل‌ها به اندازه‌ای است که هندسه مدل را عوض کند. در این آنالیز ماتریس سختی براساس فرم جدید شبکه‌بندی دوباره حساب می‌شود. به روز شدن شبکه‌بندی براساس فرمولی که تعریف شده روی تنش‌های هم اثر می‌گذارد که این فرمول متأثر از دوران المان‌هاست. برای اغلب مسائل می‌توان از اثر تغییر شکل‌ها صرفنظر کرد مگر موارد خاصی مطرح باشد مثل آنالیز خاک‌های مسلح، وقوع خرابی کلی در پی‌ها تحت بارهای شدید و مطالعه پروژه‌هایی که در آنها خاک دچار تغییر شکل‌های زیاد شده است. بعد از این آنالیز به علت ساخت برنامه نمی‌توان آنالیز تحکیم را انجام داد. این آنالیز زمان بیشتری نسبت به آنالیز پلاستیک برای تحلیل لازم دارد و بهتر است در موارد خاص از آن استفاده شود. ب) ضریب اطمینان:
ضریب اطمینان معمولاً نسبت سربار لازم برای ایجاد حالت گسیختگی به سربار اعمال شده تعریف می‌شود این تعریف بیشتر برای پی‌ها مناسب است ولی برای خاکریزها و دیوارهای حائل مناسب نیست. برای موارد آخری رایج‌تر آن است که از پارامتر مکانیکی خاک استفاده شود. بدین شکل که عبارتست از نسبت مقاومت برشی بسیج شده به حداقل مقاومت برشی مورد نیاز برای تعادل(در فصل دوم به این بحث پرداخته شده است)، PLAXIS مطابق این تعریف ضریب اطمینان را حساب می‌کند. در شکل ( 4-4 ) پنجره محاسباتی برنامه نشان داده شده است.
شکل (4-4): پنجره اصلی محاسبات برنامه [14]
4-2-1-3- خروجی:
بخش اصلی خروجی محاسبات المان محدود جابجایی در گره‌ها و میزان تنش در نقاط تنش است. همچنین اگر چنانچه مدل المان محدود دارای عناصر سازه‌ای باشد، نیرو و تغییر شکل در این المان‌ها محاسبه می‌شود. این بخش از دو قسمت تغییر شکل ها و منحنی ها تشکیل شده است که دلیل کاربردی بودن در این پروژه به اختصار شرح داده می شوند.
الف) تغییر شکل ها:
در این قسمت می‌توان با گزینه‌های مناسبی که در برنامه ‌در نظر گرفته شده است، شکل تغییر یافته مدل را به صورت‌های متفاوت در مقیاس دلخواه دید. این مسئله کمک شایانی به کاربر در درک بصری مسئله می‌کند. خروجی‌هایی که قابل دستیابی هستند عبارتند از: تغییر شکل شبکه‌بندی، جابجایی کلی، جابجائی‌های قائم و افقی، میزان افزایش جابجائی کل، میزان افزایش جابجائی افقی و قائم، کرنش کل، میزان افزایش کرنش، تنش‌های مؤثر تنش‌های کل، نقاط پلاستیک مدل، فشار آب حفره‌ای، فشار آب حفره‌ای اضافی، سطح تراز آب و خطوط جریان. علاوه بر این‌ها برای عناصر سازه‌ای نیز خروجی وجود دارد. 4-2-1-4- منحنی ها:
در این بخش می‌توان منحنی‌های مربوط به بار، جابجائی، تنش، کرنش و یا مسیر تنش کرنش نقاط مدل را رسم کرد. نقاطی که باید منحنی‌ مربوط به آنها رسم شود بایستی در قسمت محاسباتی برنامه مشخص گردند. در هر صفحه نمودار حداکثر 10 نمودار قابل رسم است و نیز می توان از مدل‌های دیگر نیز منحنی اضافه کرد. اعداد مربوط به نمودار نیز قابل دسترسی است و به راحتی می‌توان آن را به سایر نرم‌افزارها مثل Excel کپی کرد. 4-2-2- معرفی نرم افزار GEO STUDIO:
آنالیز پایداری سازه های خاکی یکی از پر سابقه ترین آنالیز ها در مهندسی ژئوتکنیک محسوب می شود. پترسون در سال 1916 با آنالیز پایداری و مطالعه موردی در گوتنبرگ نشان داد که، سطح گسیختگی دایره ای بوده وتوده گسیختگی به تکه های زیادی تقسیم شده است. فلنیوس در سال 1936 یک روش ابتدایی را مبتنی بر تعادل حدی برای روش قطعات معرفی کرد که در اواسط 1954 توسط جانبو و بیشاب توسعه یافـت. با توسعه کــامپیوتر در سال 1960 امکان بکــار بردن روشهـای تکرار بر مبنای الگوهای ذکر شده فراهم شد و در نهایت این موضوع منجر به حل شدن معادلات پیچیده ای شد که توسط مُورگنسترن و پرایس در سال 1965 واسپنسر در سال 1967 شد. واضح است که روش توده برای برنامه نویسی و استفاده از روش تکرار مناسب نمی باشد. بنابراین توسعه روش قطعات راه حل مناسبی برای استفاده از روش تکرار و محاسبه پایداری شیب می باشد. نرم افزار GEO-STUDIOبر این اساس توسعه یافته و تاکنون مورد استفاده در اغلب پروژه های اجرایی می باشد. این نرم افزار شامل بخش های زیر می باشد[15] : 1- SEEP/W
2- SLOPE/W
3- SIGMA/W
4- QUAKE/W
5- TEMP/W
6- CTRAN/W
7- AIR/W
8- VADOSE/W در این پروژه برای مدل سازی شرایط کاهش سریع آب و در نظر گرفتن پارمتر زمان و در آخر بدست آوردن ضریب اطمینان تحت شرایط کاهش سریع از دو بخش 1 و 2 نرم افزار استفاده می شود. به همین دلیل، فقط توضیح مختصری در مورد این روش ها ارائه می شود.
1- SEEP/W: یک نرم افزار مناسب برای مدلسازی مسائل تراوش می باشد، که اولین نسخه آن در سال 2000 توسط شرکت GEO-SLOPE، تهیه کننده]]>

Author: مدیر سایت

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *