ارزیابی پایداری، آب زیر زمینی، رسوب گذاری

نسبت پواسون
زاویه اصطکاک داخلی
(Degree)
چسبندگی
(KN/m^2)
مدول الاستیسیته
(KN/m^2)
وزن مخصوص
(KN/m^3)
مدل رفتاری
نوع خاک
0/3
20
5
1000
15
Mohr-C
SOIL-1
0/3
25
10
2000
18
Mohr-C
SOIL-2 در این مثال برای مدلسازی رفتار خاک ها از مدل رفتاری موهر-کلمب استفاده شده است. برای مرحله مشبندی کل مدل که به عنوان آخرین بخش ورودی نرم افزار است از حالت Fine استفاده شده است. پس از رسم کامل هندسه مدل، تخصیص اطلاعات و مشبندی، نوبت به بخش Initial Condition می رسد که در این بخش باید تنش اولیه محیط و شکل هندسی اولیه قبل از تغییرات مشخص شود. با توجه به وجــود سطح آب زیر زمینی در این مثال پس از رسم سطح آب با مختصات (3و40)-(3و30)-(8و15)-(11و0) باید از گزینه Generate by Pheratic Level استفـــــاده شود. در قسمت بعد و حالت تنش، بدلیــــل غیر افقی بودن سطح خاکریز از گزینه Gravity Loading یا بارگذاری ثقلی استفاده می شود. در شکل (4-12)، هندسه مدل ساخته شده توسط طراحان نرم افزار با سطح آب زیرزمینی موجود ارائه شده است. شکل (4-12): هندسه مدل ساخته شده توسط طراحان نرم افزار [14] حال برای بررسی صحّت سنجی نرم افزار با توجه به اطلاعات ذکر شده در مثال بالا که توسط طراحان نرم افزار ارائه شده، اقدام به مدلسازی مجدد می شود، تا با مقایسه ضریب اطمینان های حاصله برای یک شرایط ثابت، در صورت دستیابی به اختلاف کمتر از 5% صحّت نتایج نرم افزار برای مدلسازی های اصلی تأیید شود. شکل (4-13) هندسه مدل ساخته شده برای بررسی بحث صحّت سنجی را نشان می دهد. شکل (4-13): هندسه مدل ساخته شده برای بررسی بحث صحّت سنجی پس از بررسی ضریب اطمینان های بدست آمده از مدل اول که توسط طراحان نرم افزار و مدل دوم که برای مقایسه نتایج، مدلسازی گردید، این نتیجه حاصل شد که SF مدل اول عدد 416/1 و SF مدل دوم 421/1 می باشد که اختلافی کمتر از 5% را شاهد هستیم. بنابراین بحث صحّت سنجی اثبات می گردد.
5-1- مقدمه:
هدف از تحقیق حاضر، بررسی و تحلیـــل پایــــداری شیب خاکــریز کانال در دو حالت ساخت و بهره برداری می باشد. برای این کار، نیاز به معرفی یکسری از پارامترهای که ممکن است نقش تعیین کننده ای در امر تحلیل پایداری داشته باشند، وجود دارد. از جمله پارامترهای تعیین کننده می توان به نوع و جنس خاک، خواص پوشش و پارامترهای اصلی طراحی کانال در شرایط ساخت و بهره برداری اشاره نمود. پس از معرفی و بررسی پارامترها، مراحل انجام پژوهش و نحوه مدلسازی شرح داده می شود. 5-2- بررسی پارامترها:
از جمله پارامتر های مورد بررسی در این تحقیق می توان به موارد زیر اشاره نمود:
5-2-1- نوع خاک:
برای مدل کردن خاکریز دو نوع خاک متفاوت مورد استفاده قرار می گیرد. هر کدام از این خاک ها بسته به نوع و شرایط رفتار متفاوتی از خود نشان می دهند، که این امر برای بالا بردن دقت مدلسازی امری ضروری است. در ادامه به ذکر نام و مشخصات دو نوع خاک که در این پژوهش مورد استفاده قرار گرفته اند اشاره می شود. جدول (5-1): مشخصات خاک های مورد بررسی
نوع خاک
وزن مخصوص غیر اشباع
γ_unsat
(KN/m^3)
وزن مخصوص اشباع
γ_sat
(KN/m^3)
مدول الاستیسیته
E
(KN/m^2)
چسبندگی
C
(KN/m^2)
زاویه اصطکاک داخلی

نسبت پواسون
ʋ
ریزدانهS-1
16/5
18/5
4000
25
10
0/25
درشت دانهS-2
16/5
18/5
9000
10
25
0/25 5-2-2- نوع پوشش:
برای مدلسازی در شرایط بهره برداری برای کانال یک لایه پوشش بتنی با ضخامت 10 سانتی متر با مشخصات زیر در نظر گرفته می شود. جدول (5-2): مشخصات پوشش مورد بررسی
خواص پوشش
خواص بتن
نسبت پواسون
ʋ
ضخامت
D
(m)
وزن واحد سطح
W
(KN/m^2)
سختی نرمال
EA
(KN.m)
سختی خمشی
EI
(KN.m^2/m)
نسبت پواسون
ʋ
وزن واحد حجم
γ
(KN/m^3)
مدول الاستیسیته
E
(KPa)
0/2
0/1
2/4
2×〖10〗^6
1660
0/2
24
2×〖10〗^7 در این تحقیق، برای محاسبه اندرکنش بین پوشش بتنی و خاک در نرم افزار PLAXIS ، از المان فصل مشترک استفاده می شود. برای این منظور مقدار 9/0 R_inter= در نظر گرفته می شود. 5-2-3- هندسه کانال:
کانال های انتقال آب دارای یکسری از پارامترهای طراحی هستند که در صورت تغییر، ممکن است تأثیراتی بر روی پایداری این سازه ها و ضریب ایمنی بگذارند. از مهمترین پارامترهای تأثیر گذار در طراحی هندسه مقطع کانال و همچنین پایداری شیب جانبی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1- عرض کف کانال (B) : از جمله پارامترهای مهم طراحی می باشد چراکه، ممکن است متناسب نبودن عرض کف با دیگر پارامترهای کانال یکی از عوامل برهم زننده پایداری شیب کانال باشد.
2- عمق کانال (H) : ارتفاع تاج کانال از کف کانال را عمق کانال می گویند، که متناسب با شرایط نوع خاک و جنس کانال و دیگر پارامترهای طراحی تعیین می شود. هرچقدر عمق کانال افزایش یابد، متناسب با آن نیروهای محرک در شیب نیز افزایش می یابد.
3- شیب طراحی خاکریز (Z) : به زاویه دیواره های خاکریز با افق شیب خاکریز می گویند. هر چقدر که خاک بستر یا دیواره های خاکریز سست تر باشند باید شیب را ملایمتر انتخاب کرد. طراحی شیب پایدار از مهمترین عوامل ساخت کانال های انتقال آب می باشد. هرچقدر شیب دیواره بیشتر باشد، احتمال لغزش بدنه خاکی کانال ب یشتر می باشد که این امر کاهش ضریب اطمینان و کاهش پایداری را در پی خواهد داشت. با توجه به شکل (5-1)، شیب در نظر گرفته شده برای کانال های انتقال آب همواره مقدار 1 در راستای عمودی بهZ در راستای افقی می باشد. به عبارتی دیگر در کانال های انتقال آب فقط پارامتر Z در راستای افقی تغییر می کند.
4- عرض پیاده رو کانال (L) : در اصطلاح به عرض جاده سرویس معروف می باشد. یکی از پارامترهای است که در صورت انتخاب مقدار اشتباه، ممکن است به افزایش نیروهای محرک باعث شده و کاهش ضریب اطمینان را در پی داشته باشد.
5- نسبت عرض کف به عمق ( B/H ) : از جمله نسبت های مهم در کانال های انتقال آب می باشد. هرگونه افزایش در “نسبت عرض کف28 کانال به عمق” آن باعث افزایش در ممان های اعمالی می شود، که برای نسبت های بزرگتر عرض کف به عمق، دارای مقدار بیشتر می باشد.
6- شیب طولی (S): شیب طولی یا شیب کف کانال معمولاً از شیب طبیعی زمین پیروی می کند. شیب طولی زیاد باعث افزایش سرعت جریان آب در کانال می شود و شیب طولی کم باعث کاهش سرعت جریان و ایجاد رسوب گذاری در کانال های بتنی و خاکی خواهد شد.
7- فاصله با بستر سخت (D): فاصله ای که کف کانال تا بستر سنگی و نفوذناپذیر دارد.
هریک از پارامترهای ذکر شده در صفحه بعد و در شکل (5-1)، ارائه گردیده اند. شکل (5-1): هندسه کانال 5-2-4- شرایط ساخت و بهره برداری:
کانال در دو حالت مورد بررسی قرار می گیرد:
الف) انتهای مرحله ساخت: زمانی است که کانال ساخته شده ولی خالی از آب می باشد. در انتهای ساخت، تنها نیروی اِعمالی، وزن پوشش کانال می باشد. در این مرحله یکبار بدون پوشش، کانال و شیب های کناری مورد تحلیل قرار می گیرند و یکبار هم با اضافه شدن پوشش مراحل تحلیل انجام می شود و در مرحله بعدی در حالت بهره برداری کانال با پوشش بعلاوه یک سطح آب ثابت در نظر گرفته می شود، تا تمایز بین یک کانال با پوشش با یک کانال بدون پوشش و همچنین یک کانال در شرایط با سطح آب ثابت مشخص شود. تمامی پارامترهای طراحی کانال که شامل : عرض کف، عمق کانال، شیب طراحی خاکریز، عرض پیاده رو کانال، فاصله تا بستر سخت و پارامتر بدون بعد B/H مورد ارزیابی قرار گرفته خواهد شد تا مشخص شود تغییر هر کدام چه تأثیری بر روی پایداری و ضریب اطمینان کانال خواهد داشت. در این قسمت با استفاده از، روش المان محدود (FEM) که به وسیله برنامه PLAXIS انجـــــام می شود، مدل ها مورد تحلیل قرار می گیرند. برای رفتــــار مصالح انواع مختلـف خاک از مدل مور کلمب استفـاده می شود. ارزیابی ضریب اطمینان در این نرم افزار، به وسیــله فرض کاهــش c-phi تعریف شده است.
ب) کاهش سریع آب: زمانی است که مدتی از عمر کانال گذشته و کانال مورد هجمه سریع سیلاب، افزایش سریع ارتفاع آب و سپس کاهش سریع آن قرار می گیرد. در این قسمت بدلیل وجود آب و تغییرات شدید در سطح تراز کانال، فاکتور زمان نیز باید مورد بررسی قرار بگیرد چراکه ممکن است تأثیر زیادی بر پایداری و ضریب اطمینان داشته باشد. در این قسمت، روش تعادل حدی (LEM) مطابق با روش مورگنسترن که به وسیله برنامه کامپیوتری GEO-2007 ارائه شده، مورد استفاده قرار گرفته تا سطح لغزش ممکن تعریف شود و ضریب اطمینان شیب کانال در حالت کاهش سریع سطح آب محاسبه شود. سطح شکست فرضی به تعدادی قطعه تقسیم خواهد شد. تعادل هر قطعه بررسی شده و در آخر ضریب اطمینان برای سطح لغزش فرض شده با در نظر گرفتن تعادل کل جرم تعیین شده است. سطح لغزش محتمل و ضریب اطمینان به صورت تکراری تعیین شده‍اند تا سطح لغزش بحرانی و کمتـــــرین ضریب ایمنی به دست آید. 5-3- معرفی پارامترها و مراحل انجام پژوهش:
در این بخش با تغییرات پارامتر های معرفی شده در قسمت (5-2-3)، ضمن ساخت مدلهای مختلف به میزان تأثیر این پارامترها بر روی پایداری سطح شیبدار و ضریب اطمینان پرداخته می شود. بنابراین در این بخش با در نظر گرفتن دو شیب Z=1-1/5 و دو نوع خاک S-1 و S-2 و در نظر گرفتن شرایط ساخت و بهره برداری بصورت مجزا، اقدام به مدلسازی خواهد شد: 5-3-1- ارزیابی پایداری کانال در سه حالتِ:
1- شرایط ساخت شامل کانال بدون پوشش بدون سطح آب
2- شرایط ساخت شامل کانال با پوشش بدون سطح آب
3- شرایط بهره برداری کانال با پوشش و سطح آب ثابت در بخش اول کانالی با ابعاد مشخص و ذکر شده در جداول (5-3) تا (5-7)، بدون وجود پوشش مدل شده و با تغییر پارامترهای هندسی معرفی شده در بخش 5-2-3 ، مورد بررسی قرار می گیرد. در بخش دوم نیز تمام مراحل بخش قبل با این تفاوت که کانال دارای پوشش 10 سانتی متری می باشد مجدداً انجام می شود. در بخش سوم کانال در شرایط بهره بـرداری بوده و سطح آب موجـود در این حالت مســاوی با 0/8H در نظر گرفته می شود. بنابراین با در نظر گرفتن شرایط بحرانی و با توجه به تغییر پارامترهای ذکر شده در جداول (5-3) تا (5-7)، اقدام به مدلسازی می شود. قابل ذکر است که جداول (5-3)-(5-4)- (5-5)-(5-6) و (5-7) در تمامی حالت های سه گانه معرفی شده بالا مورد استفاده قرار می گیرند.
الف) در این بخش با در نظر گرفتن مقداری ثابت برای پارامترهای L، D و H مطابق جدول (5-3)، اقدام به افزایش پارامتر B می شود. جدول (5-3): معرفی اندازه پارامترهای مورد استفاده برای مشخص شدن تأثیر افزایش B
9
6
3
1/5
B(m)
10
10
10
10
L(m)
10
10
10
10
D(m)
6
6
6
6
H(m)
1-1/5
1-1/5
1-1/5
1-1/5
Z
S-1,S-2
S-1,S-2
S-1,S-2
S-1,S-2
SOIL
1/5
1
0/5
0/ 25
B/H
ب) در این بخش با در نظر گرفتن مقداری ثابت برای پارامترهای L و D مطابق جدول (5-4) و (5-5) اقدام به افزایش همزمان پارامتر B و H با نسبت ثابت 0/5 و 1 می شود. جدول (5-4): معرفی اندازه پارامترهای مورد استفاده برای مشخص شدن تأثیر افزایش پارامتر B/H با نسبت 0/5
6
4
3
2
1
B(m)
10
10
10
10
10
L(m)
10-20
10-20
10-20
10-20
10-20
D(m)
12
8
6
4
2
H(m)
1-1/5
1-1/5
1-1/5
1-1/5
1-1/5
Z
S-1,S-2
S-1,S-2
S-1,S-2
S-1,S-2
S-1,S-2
SOIL
0/5
0/5
0/5
0/5
0/5
B/H
جدول (5-5): معرفی اندازه پارامترهای مورد استفاده برای مشخص شدن تأثیر افزایش پارامتر B/H با نسبت]]>

Author: مدیر سایت

پاسخی بگذارید

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