تحقیق درمورد پایداری شیب

مقدمه و کلیات

تحلیل پایداری شیب در بررسی مشکلات ژئوتکنیکی و زمین شناسی مهندسی مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد که شامل موارد زیر می باشد ولی صرفاً محدود به موارد ذکر شوند نیست:

- ارزیابی پایداری ترانشه های کندو پوشی

- برآورد پایداری کلی دیوارهای حفاظتی، شامل پایداری کلی و ترکیبی (شامل سیستم های دائم و سیستم های شمع زنی موقت)

- برآورد پایداری کلی پی های عمیق و کم عمق برای سازه هایی که بر روی شیب ها یا خاکهای مستعد ناپایداری بنا شده یا می شوند که شامل تعیین نیروهای جانبی واره به پی ها و دیوارها به سبب شیب های مستعد ناپایداری می شود.

- برآورد پایداری زمینهای مستعد لغزش (مکانیزم گسیختگی و تعیین پارامترها و ویژگیهای طراحی بوسیله آنالیز برگشتی)، و طراحی روشهای مقابله با آن جهت بهبود پایداری

- برآورد ناپایداری ناشی از روانگرایی

انواع ناپایداری در شیب ها عبارتند از گسیختگی دایره ای یا چرخشی ، گسیختگی لغزشی ، سطوح لغزش نامنظم ، گسیختگی شیب نامحدود . روش های تحلیل پایداری شیبهای سنگی غیر از توده سنگهای شدیداً خرد شده که می توان آنها را به عنوان خاک در نظر گرفت در قسمت طراحی ترانشه های سنگی مورد بررسی قرار می گیرند. ارزیابی پایداری زمین لغزش ها نیز در قسمت تحلیل زمین لغزش و روشهای کاهش آن بیان می گردد.

2- شناسایی دامنه های ناپایدار  شیب

همانطور که گفتیم گسیختگی های دامنه ای به صورتهای مختلفی ایجاد می شوند. یکی از مهمترین وظایف زمین شناسی مهندسی در پروژه های راه و راه آهن و ابنیه آن تشخیص دامنه ناپایدار است. تشخیص خطر احتمالی وقوع گسیختگی، شناسایی دقیقتر دامنه را همراه خواهد داشت و به این ترتیب می توان روشهای مناسبی برای بهسازی و تثبیت دامنه در نظر گرفت. تصمیم گیری در مورد روش مناسب مقابله با خط گسیختگی مستلزم شناسایی دقیق عوامل زیر است: الف) نوع و شکل گسیختگی (طبقه بندی) ، ب) رابطه بین شرایط زمین شناسی و شکل بالقوه گسیختگی، ج) اهمیت فعالیت دامنه یا مقدار و سرعت حرکت آن د) عناصر پایداری دامنه (عوامل موثر در ناپایداری) هـ) شکل و ویژگی های دامنه گسیخته شده .

به عنوان نمونه ارزیابی تفصیلی چینه شناسی خاک و سنگ در برآورد مناسب پایداری شیب ضروری است و یک پارامتر ورودی مستقیم برای تحلیل پایداری شیب محسوب می گردد. تعیین و شناسایی هرگونه لایه ضعیف حتی بسیار نازک لایه، سطوح صیقلی و غیره بدلیل آنکه می تواند در پایداری شیب تأثیرگذار باشد، از اهمیت بالایی برخوردار است. شناخت طبیعت زمین شناسی واحدهای موجود در منطقه و تاریخچه این واحدها ممکن است از فاکتورهای ضروری در برآورد پایداری شیب ها محسوب گردند.

اینکه پایداری بلندمدت مد نظر است یا پایداری کوتاه مدت و اینکه کدامیک کنترل کننده پایداری شیب می باشد در انتخاب پارامترهای مقاومت برشی خاک و سنگ در تحلیل ها موثر خواهد بود. در تحلیل پایداری کوتاه مدت، پارامترهای مقاومت برشی زهکشی نشده و در تحلیل پایداری بلند مدت پارامترهای مقاومت برشی زهکشی شده می بایست استفاده شود. به منظور ارزیابی پایداری زمین لغزش ها از آنجاییکه خاک در این شرایط تغییر شکل و فرسایش یافته است پارامترهای مقاومت برشی باقیمانده مورد نیاز است. در رس های بشدت بیش تحکیم یافته اگر شیب پس از برش و خاکبرداری در برابر تغییر شکل نسبتاً آزاد یا باربرداری شده باشد، پارامترهای مقاومت برشی باقیمانده در تحلیل پایداری مورد استفاده قرار می گیرد. نحوه تهیه پارامترهای مقاومت برشی در فصل ... آمده است.

ارزیابی دقیق رژیم آبهای زیرزمینی داخل و زیر شیب نیز ضروری است. با توجه به پیچیدگی شرایط زمین شناسی ، چینه شناسی و آبهای زیر زمینی، داده های پینرومتری از نقاط و عمق های مختلف درون و زیر شیب مورد نیاز است. زهکشی احتمالی از سطح شیب می باید مورد ارزیابی قرار گیرد. در بعضی از شرایط تحلیل شبکه آبراهه ها می بایست مورد بررسی قرار گیرد. اگر زهکشی آب از پیشانی شیب خارج شود، فرسایش خاک (soil piping) نیز به عنوان یک مکانیزم ناپایداری شیب بخصوص در ماسه ها و سیلت های فرسایش پذیر می بایست بررسی شود. اگر آبهای زیرزمینی بطور فصلی تغییر کند. سطح آب زیر زمینی در خاک می بایست مورد پایش طولانی مدت قرار گیرد. اگر سطح آب زیر زمینی تحت تأثیر بارش های شدید باشد پایش طولانی مدت آب زیرزمینی باید انجام گیرد.

3- شناسایی صحرایی

4- الزامات طراحی

بمنظور برآورد پایداری شیب از روش های تعادل حدی می بایست استفاده نمود. در مکانیزم های گسیختگی دایره ای و سطوح نامنظم می بایست از روشهای تحلیل پایداری شیب بیشاپ تصحیح شده، جانبو ساده شده، اسپنسو، یا روشهای متداول و پذیرفته شده دیگر استفاده نمود. در مواردی که مدل سازی مکانیزم گسیختگی بوسیله تکنیکهای تعادل حدی به خوبی انجام نمی گیرد یا تحلیل تغییر شکل شیب مورد نیاز است ممکن است روش های تحلیل پایداری پیچیده تری (مانند روشهای تفاضل محدود که در نرم افزای flac بکار گرفته میشود) در کنار روش های تعادل حدی بکار گرفته شوند. از آنجایی که این روش ها نسبت به کیفیت داده های ورودی و جزئیات ساخت مدل، شامل انتخاب مدل ها و خصوصیات و رفتار مصالح، حساس بوده، از روش های تعادل حدی نیز می بایست در این موارد استفاده نمود. اگر اختلاف در نتایج بدست آمده فاحش باشد قضاوت مهندسی بهمراه هرگونه مشاهدات میدانی بمنظور دستیابی به یک طراحی صحیح، مورد استفاده قرار می گیرد.

شناسایی صحرایی چیست

شناسایی دقیق رتفار آتی یک دامنه سنگی یا خاکی، نوع گسیختگی احتمالی و خطر ریسک آن همه و همه نیاز به بررسی های صحرایی و گردآوری اطلاعات لازم دارد. برخی از مهمترین نکاتی که باید زمان گردآوری اطلاعات در مورد دامنه به آن توجه کرد عبارتند از:

الف) مشخصات زمین لغزه هایی که قبلاً در منطقه اتفاق افتاده است

ب) شرایط زمین شناسی شامل: جنس مواد و ساخت های زمین شناسی موجود در دامنه

ج) شکل دامنه طبیعی یا حفاری شده و تأثیر آن بر ناپایداری

د) وضعیت آب سطحی و زیرزمینی و تأثیر آنها بر ناپایداری

هـ) نشانه های سطحی ناپایداری مثل آثار خراش، نقاط نشت آب و ترکهای کششی

و) تعیین میزان فعالیت دامنه موجود

ز) بررسی شرایط آب و هوایی فعلی و برآورد آن در درازمدت و تعیین آثار آنها بر ناپایداری دامنه

ح) فاکتورهای مربوط به مقاومت برشی سنگ یکپارچه، توده سنگ و گسستگی های موجود در دامنه. در موارد لازم برای دستیابی به این گونه اطلاعات می توان از آزمونهای صحرایی و آزمایشگاهی نیز سود جست.

اگر مکانیسم گیسختگی احتمالی شیب نسبتاً کم عمق و موازی با سطح شیب تشخیص داده شود، با یا بدون آثار فشار آب منفذی، تحلیل پایداری شیب نامحدود می بایست انجام گیرد. بطور معمول شیب های با ارتفاع در حدود 5/4 تا 6 متر یا بیشتر باید تحت چنین تحلیل ها و مکانیزم ها گسیختگی ای قرار گیرند. برای شیب های نامحدود متشکل از خاکهای بدون چسبندگی که در بالای سطح ایستایی قرار دارند یا کاملاً زیر آب قرار دارند یا از آب اشباع هستند، فاکتور ایمنی یا ضریب اطمینان در تحلیل های پایداری شیب از فرمول زیر محاسبه می گردد:

که در آن : زاویه اصطکاک داخلی برای خاک

: زاویه شیب نسبت به افق

در شیب نامحدودی که از سطح شیب آب زهکش می شود، ضریب اطمینان پایداری شیب از فرمول زیر بدست می آید:

که در آن = جرم واحد خاک قسمت غیراشباع

و = جرم واحد خاک قسمت اشباع

با در نظرگیری اینکه جرم واحد خاک قسمت غیر اشباع تقریباً یک دوم جرم واحد قسمت اشباع است، زهکشی آب از سطح شیب می تواند باعث کاهش ضریب اطمینان شود که این وضعیت را می بایست بوسیله روشهای زهکشی از بین برد و در غیر اینصورت می بایست شکل هندسی شیب را تغییر داد. وقتی از روشهای شیب نامحدود استفاده می شود، اگر ضریب اطمینان نزدیک یا کمتر از 1 تا 5/1 باشد، فرسایش شدید یا فروریزش یا نشست های کم عمق محتمل است. پوشش گیاهی روی شیب از آنجاییکه چسبندگی خاکهای سطحی را افزایش می دهد می تواند به کاهش این وضعیت کمک و پایداری را بهبود بخشد. باید توجه نمود تحلیل پایداری شیب نامحدود می بایست مانع از بررسی مکانیزم های گسیختگی عمیق تر همانند آنهایی که می بایست بوسیله روشهای بیشاپ تغییر یافته و غیره تحلیل شوند گردد.

در آنالیزهای پایداری شیب ترانشه های دائمی، خاکریزی ها و زمین لغزش ها، حداقل ضریب اطمینان 25/1 مورد نیاز است. ضریب اطمینان بالاتر می بایست در شرایطی که عدم قطعیت بالایی در پارامترهای ورودی آنالیز موجود است مورد استفاده قرار گیرد.

در تحلیل های لرزه ای حداقل ضریب اطمینان 05/1 می بایست در نظر گرفته شود.

احتمال گسیختگی (PF) تشریح

1/0 > در بیشتر موارد غیر قابل قبول

1/0 سازه های موقت با هیچ احتمال تلفات جانی و هزینه تعمیرات کم

02/0 – 01/0 شیب سواحل رودخانه ای

01/0 پی آمدهای کم ناشی از گسیختگی، تعمیرات در صورت وجود زیان کافی، هزینه تعمیرات کمتر از هزینه رفتن به یک احتمال گسیختگی پایین تر

02/0 – 01/0 ترانشه ای بزرگ موجود کنار راه ها

01/0 یا کمتر ترانشه های بزرگ جدید (جهت ساخت)

001/0 بیشتر موارد قابل قبول غیر از زمانی که احتمال تلفات جانی وجود دارد

0001/0 قابل قبول برای تمامی شیب ها

00001/0 پایین بودن بیش از حد لزوم