موضوع تحقیق حاضر، تحلیل پایداری شیروانی های خاک مسلح تحت بارگذاری استاتیکی و شبه استاتیکی و تعیین مقدار و طول مورد نیاز جوشن جهت مقابله با گسیختگی این شیروانی ها است. با استفاده از روش آنالیز حدی مرز بالا الگوریتمی تدوین شده که با مدل کردن مکانیزم لغزش و بهینه سازی آن، پایداری شیروانی های خاک مسلح را تحلیل می کند. در این تحقیق از بلوک های لایه ای برای تشکیل مکانیزم گسیختگی استفاده شده است. این امر باعث ساده سازی فرمولاسیون و سهولت اعمال شتاب های ناشی از زلزله در حالت سه بعدی می گردد. مکانیزم مذکور از چند بلوک که هر کدام شامل یک لایه جوشن از جنس ژئوسینتتیک می باشد، تشکیل شده است. توزیع جوشن در ارتفاع شیروانی به صورت یکنواخت در نظر گرفته شده است. نتایج بدست آمده در این تحقیق به صورت نمودارهای بدون بعد جهت بررسی تاثیر پارامترهای مختلف در تحلیل پایداری شیروانی های خاک مسلح ارائه شده است.

در این مقاله مدل المان محدود رفتار دیواره های خاک مسلح رسی تحت بار زلزله با مطالعه تاثیر مسلح کننده ها بر کاهش تغییر شکل لرزه ای آنها بررسی شده است. برای این منظور یک دیواره مسلح رسی متشکل از سیستم های مختلف خاک مسلح به صورت بهینه مدل شده و رفتار تنش- کرنش آن تحت تاثیر یک نوع بارگذاری تیپ، معروف و شناخته شده که مبنای مطالعات بسیاری از پژوهشگران بوده (مانند زلزله سن خوزه) بررسی شده است. برای ارزیابی میزان تاثیر مسلح کننده ها در کاهش تغییر شکل دیواره ها مقایسه ای بین دو سیستم مسلح و غیر مسلح در ارتفاع های متفاوت 6، 8، 10، 12 و 14 متری انجام و نتایج تحلیل تنش- کرنش و نمودارهای مناسب برای تفسیر آن ارایه شده اند. بررسی نتایج به روشنی نشان می دهد که سیستم های مسلح کننده، تغییر شکل های تاج و وسط دیواره را که قسمت های بحرانی تحت بار دینامیکی محسوب می شوند کاملا کنترل می کند. در نهایت یه عنوان نتیجه گیری کلی تحقیق حاضر می توان بیان کرد که سیستم مسلح کننده در دیواره های قائم رسی با ارتفاع معمولی تحت بار زلزله می تواند تغییر شکل های افقی را تا 90 درصد کاهش دهد که این مهم در پروژه های حمل و نقل می تواند سر منشا اثرات مثبتی در پایدار سازی شیروانی ها باشد.

دوعامل موثر در تعیین طول مسلح کننده ها در شیروانی های مسلح، یکی تخمین طول تسمه در بخش واقع در محدوده فعال تا محل سطح لغزش و دیگری طول تسمه در بخش واقع شده در خارج از محدوده گسیختگی است. معمولا تعیین سطح لغزش بر اساس روش رانکین می باشد و این در حالی است که تاثیر وجود مسلح کننده ها در تعیین سطح لغزش غیرقابل انکار است و نیاز به بازنگری دارد. به منظور تعیین محل سطح گسیختگی و طراحی طول مسلح کننده ها در شیروانی های خاکی مسلح از روش قطعات افقی با فرضیات اسپنسر استفاده شده است. در این روش توده خاک لغزیده و مسلح کننده به قطعات افقی به موازات مسلح کننده ها تقسیم می شود و نیروهای قطعه ای و بین قطعه ای وارد بر این قطعات تعیین و برای طراحی مورد استفاده قرار می گیرند. اثرات نیروی زلزله به صورت ضرایب شبه استاتیکی افقی و عمودی بر هر قطعه وارد می شوند. در این مقاله از روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک (GA) به منظور تولید سطح لغزش غیر دایره ای شیروانی خاک مسلح با ضریب اطمینان یک استفاده شده است. از مقایسه نتایج حاصل از بهینه سازی الگوریتم ژنتیک با نتایج سایر محققین به وضوح مشاهده می شود که برای شیروانی های با خصوصیات هندسی، بارگذاری و مشخصات ژئوتکنیکی مشابه روش مورد استفاده در این مقاله نتایج بحرانی تری را بدست می آورد بنابراین طراحی طول مسلح کننده ها با روش ارائه شده قابل اطمینان تر است.

در علم طراحی برای گریز از پیچیدگی مساله، بسیاری از عوامل دخیل را با فرض های ساده حذف می کنند. ساده سازی روابط طراحی باعث عدم قطعیت شده و اعتبار محاسبات را کاهش می دهد. در این تحقیق سعی بر آن است روابط حاکم بر پایداری شیروانی های خاکی از منظر عدم قطعیت مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد. استفاده از شمع های پایدارکننده می تواند به عنوان یک المان حائل در مقابل لغزش، پایداری شیروانی را افزایش داده و باعث بهبود عملکرد آن در مقابل بارهای وارده شود ولی فاکتور ایمنی تحت عنوان ضریب اطمینان به تنهایی نباید مبنای تصمیمات باشد چرا که بوسیله روش های قطعی مرسوم محاسبه شده و به طور مستقیم قادر به بیان اثر عدم قطعیت ها نیست. لذا جهت ارزیابی و اعمال نقش عدم قطعیت ها نیاز به استفاده از مفاهیم و روش های احتمالاتی می باشد. در این تحقیق پایداری شیب با تحلیل قطعی و روش تعادل حدی در نرم افزارGeoStudio در ماژول Slope/w مورد ارزیابی قرار گرفته است. در گام دوم با کمک روش احتمالاتی مونت کارلو نسبت به تحلیل عدم قطعیت های موجود در مسئله پرداخته شده است. مدل سازی شیروانی مسلح به روش های بیشاب، جانبو و مورگنسترن انجام شده است. روش بیشاب و مورگنسترن رفتار مشابهی و قابل اعتمادتری نسبت به روش جانبو از خود نشان دادند. در انتها نتایج تحلیل های قطعی و روش احتمالاتی مونت کارلو در حالات مختلف مقایسه شده است. این مقایسه با روش مورگنسترن برای بررسی نقش چهار عامل تاثیرگذار در پایداری شیروانی صورت گرفته است. نتایج نشان داد که با افزایش فاصله شمع از بستر و پاشنه شیروانی و همچنین زاویه شیروانی، ضریب اطمینان و شاخص اعتمادپذیری بصورت تصاعدی کاهش می یابد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

شیروانی های خاکی از جمله سازه هایی هستند که در موارد بسیار از جمله راه ها، جاده ها و ابنیه هایی از این قبیل کاربرد فراوانی دارند. این سازه ها در بسیاری از موارد مثل مقاومت کم خاک یا نوع بارگذاری بر روی شیب یا مشخصات هندسی آن همچون شیب بسیار تند یا ارتفاع زیاد نیاز به تسلیح دارند تا پایداری مورد نیاز حاصل شود. یکی از روش های تحلیل رفتار و ارایه الگوی مناسب طراحی و ساخت برای شیروانی ها روش اشمرتمن می باشد.در این روش نحوه تاثیر المان تسلیح در مجاورت سطح لغزش به گونه ای در نظر گرفته شده که مولفه قائم نیروی مسلح کننده باعث افزایش نیروهای قائم بر سطح لغزش و در نتیجه افزایش مقاومت برشی می شود. اما اندر کنش خاک و ژئوتکستایل در هنگام حرکت توده (گوه) لغزش و بیرون کشیده شدن مسلح کننده می تواند باعث کاهش نیروهای مقاوم عمود بر سطح لغزش و در نتیجه ضریب اطمینان شیروانی گردد. به منظور بررسی صحت درستی این مساله تحقیق حاضر با استفاده از نرم افزار ABAQUS که مبتنی بر روش المان محدود می باشد انجام شده است. به عنوان نتیجه دیده می شود که اندرکنش ژئوتکستایل و خاک تاثیر چندانی در کاهش نیروهای مقاوم و ضریب اطمینان حاصل از آن ندارد.

شیروانی های خاکی از جمله سازه هایی هستند که در موارد بسیار از جمله راه ها، جاده ها و ابنیه هایی از این قبیل کاربرد فراوانی دارند. این سازه ها در بسیاری از موارد مثل مقاومت کم خاک یا نوع بارگذاری بر روی شیب یا مشخصات هندسی آن همچون شیب بسیار تند یا ارتفاع زیاد نیاز به تسلیح دارند تا پایداری مورد نیاز حاصل شود. یکی از روش های تحلیل رفتار و ارایه الگوی مناسب طراحی و ساخت برای شیروانی ها روش اشمرتمن می باشد. در این روش، نحوه تاثیر المان تسلیح در مجاورت سطح لغزش به گونه ای در نظر گرفته شده که مولفه قائم نیروی مسلح کننده باعث افزایش نیروهای قائم بر سطح لغزش ودر نتیجه افزایش مقاومت برشی می شود. اما اندر کنش خاک و ژئو تکستایل در هنگام حرکت توده (گوه) لغزش و بیرون کشیده شدن مسلح کننده می تواند باعث کاهش نیروهای مقاوم عمود بر سطح لغزش و در نتیجه ضریب اطمینان شیروانی گردد. به منظور بررسی صحت درستی این مساله تحقیق حاضر با استفاده از نرم افزار ABAQUS که مبتنی بر روش المان محدود می باشد انجام شده است. به عنوان نتیجه دیده می شود که اندر کنش ژئو تکستایل و خاک تاثیر چندانی در کاهش نیروهای مقاوم و ضریب اطمینان حاصل از آن ندارد.

برای تقویت و تثبیت لایه های خاک ریز باید از روش های تثبیت مناسب استفاده کرد. هدف این پژوهش ارزیابی اثر خاکستر مازاد مقطوعات در بهبود ویژگی های خاک است. برای این کار، 15 نمونه خاک از شیروانی خاک ریزی به صورت تصادفی انتخاب و با توجه به طرح اختلاط سه، شش، نه و 12 درصد وزنی با خاکستر مازاد مقطوعات ترکیب شد. برای بررسی اثر افزودن مواد تثبیت کننده بر خاک، آزمایش های حدود اتربرگ، نسبت باربری کالیفرنیا و رطوبت و هم چنین اسیدیته، هدایت الکتریکی، فسفر، نیتروژن، ماده آلی، کربن و بر روی نمونه های خاک تیمار شده و شاهد انجام شد. مقایسه کلی داده های تیمارها و شاهد برای صفات اندازه گیری شده با استفاده از آزمون آنالیز واریانس یک-طرفه (ANOVA) انجام و میانگین تیمارها با استفاده از آزمون توکی در سطح احتمال پنج درصد مقایسه شدند. نتایج حاصل از آزمایش ها نشان دادکهافزودن خاکستر مازاد مقطوعات به خاک، حد خمیری و نسبت باربری کالیفرنیا را افزایش و حد روانی و شاخص خمیری را کاهش داده است. نتایج حاصل از آنالیز واریانس یک طرفه نشان داد اختلاف میانگین در مقدار رطوبت، اسیدیته و نیتروژن معنی دار نبود (05/0P>)، این در حالی است که هدایت الکتریکی، فسفر، پتاسیم، ماده آلی و کربن تفاوت های معنی داری را نشان دادند.

شیروانی­های خاکی با توجه به شرایط هندسی، پارامترهای مصالح و بارهای وارده ممکن است نیاز به پایدارسازی داشته باشند. مسلح نمودن با ژئوسنتتیک ها یکی از راهکارها جهت پایدارسازی شیروانی های خاکی، بخصوص تحت سربار، می باشد. امروزه، استفاده از ژئوسل به عنوان یک مسلح کننده ژئوسنتتیک سه بعدی گسترش زیادی پیدا نموده است. در این تحقیق، با استفاده از مدل های آزمایشگاهی کوچک­مقیاس، به بررسی نقش ژئوسل در ارزیابی رفتار پی نواری واقع بر شیروانی خاکی با زاویه شیب 70 درجه پرداخته شده است. نتایج نشان داد که به منظور افزایش ظرفیت باربری پی واقع بر شیروانی خاکی با شیب زیاد، به تعداد مشخصی ژئوسل نیاز بوده و در صورت استفاده از سه لایه ژئوسل یا بیشتر، ظرفیت باربری پی افزایش می یابد. ظرفیت باربری برای سه لایه و چهار لایه ژئوسل به ترتیب 6/3 و 9/4 برابر حالت غیرمسلح است. ژئوسل، با توجه به رفتار غشایی، باعث انتقال بار به لایه های زیرین خاک شده و در صورت کم بودن تعداد لایه های مسلح کننده، شیروانی تحت باری تقریباً مشابه حالت غیرمسلح گسیخته می شود. استفاده از ژئوسل موجب افزایش سختی شیروانی خاکی شده و دوران پی واقع بر شیروانی و جابجایی افقی تاج شیروانی نسبت به حالت غیر­مسلح کاهش می یابد. همچنین، استفاده از تعداد لایه کافی ژئوسل موجب می گردد که شیروانی قابلیت جذب انرژی بیشتری را داشته و جابجایی های بیشتری را قبل از گسیختگی تحمل نماید. افزایش فاصله بین ژئوسل ها از 75 به 100 میلی‏متر موجب کاهش کارایی مجموعه شیروانی مسلح شده است به‏طوری که ظرفیت باربری در حدود 35 درصد نسبت به ژئوسل با فواصل کمتر، کاهش داشته است. همچنین، سختی شیروانی مسلح با افزایش فاصله بین مسلح کننده ها کاهش یافت. ظرفیت باربری پی با عمق کارگذاری 100 میلی‏متر، 3/1 برابر ظرفیت باربری پی واقع بر بالای شیروانی مسلح می باشد.