سازه های زیرزمینی جزء لاینفکی از زیر ساخت های جامعه جدید هستند که کاربردهای گسترده ای نظیر مترو، تونل های راه آهن، بزرگراه ها، مخازن ذخیره انرژی و غیره را دارند. ایستگاه های زیرزمینی مترو نوعی از سازه های زیرزمینی می باشند که استفاده از آنها رو به افزایش بوده و اغلب در مناطق کم عمق و سست شهری با بازشدگی بزرگ اجرا می شوند.
در تحلیل های غیر خطی مصالح می توان از مدل های رفتاری برای بررسی خصوصیات مکانیکی مصالح در ناحیه الاستوپلاستیک استفاده نمود. هر مدلی با توجه به اهدافی که برای آن تعیین می گردد می تواند عملکرد مصالح مشخصی را در مسیر تنش های معینی نشان دهد. مدل های الاستوپلاستیک از بخش های زیر تشکیل شده اند.
سطح تسلیم، بدنه اصلی مدل و تفکیک کننده محدوده ارتجاعی از محدوده پلاستیک می باشد. معیارهای تسلیم متنوعی برای فلزات و مصالح ژئوتکنیکی تهیه شده است، اما می توان همه آنها را به دو دسته کلی تقسیم نمود.
در معیارهای اصطکاکی مقاومت برشی تحت تاثیر مسیرهای مختلف تنش، متفاوت است. مدل های موهر کلمب و دراکر پراگر نمونه هایی از معیارهای اصطکاکی هستند که به منظور بیان مقاومت برشی مصالح اصطکاکی مانند مصالح ژئوتکنیکی، بتن، سنگ، آسفالت و غیره مورد استفاده قرار می گیرند در حالی که معیارهای فون میسز و ترسکا در توصیف مصالح غیر اصطکاکی مانند فلزات قابل استفاده اند. در مصالح غیر اصطکاکی مقاومت برشی در تمام مسیر تنش ها ثابت است و به میزان تنش حجمی بستگی ندارد ولی مقاومت برشی مصالح اصطکاکی تابعی از تنش های حجمی خواهد بود.
رفتار الاستوپلاستیک بسیاری از مصالح را می توان به طور قابل قبولی با استفاده از چهار الگوی تسلیم اشاره شده در زیر بررسی نمود، این مدل ها به مدل های کلاسیک معروف شده اند و شامل فون میزز، ترسکا، موهر کلمب و دراکر پراگر هستند.
لیکن برای بسیاری از مصالح مهندسی مانند بتن، سنگ، خاک ها و بتن آسفالتی سطوح تسلیم فوق الذکر که در مدل های بدون کلاهک مورد استفاده قرار می گیرند در برخی از مسیر تنش ها (با تنش جانبی زیاد) جوابگو نبوده و بایست اصلاحاتی بر روی آنها انجام گیرد و یا فرض جدیدی برای مدل تسلیم در نظر گرفته شود.
در سیستم های گودبرداری شهری که با روشهای مختلفی مانند مهارگذاری (انکراژ)، میخ کوبی (نیلینگ)، مهار متقابل (استرات)، سازه نگهبان خرپایی و … پایدارسازی گود انجام می شود، عناصر تسلیح نقش بسیار مهمی در رفتار خاک ایفا کرده و سبب اندرکنش رفتار متقابل خاک و سازه می گردد.
وقتی که ابعاد ناحیه تسلیح شده خاک افزایش می یابد، تنش ها در فصل مشترک خاک و میخ و نیروهای محوری در میخ ها افزایش می یابند. این تنش ها تمایل دارند که توده مستعد لغزش را پایدار سازند. وقتی که نیروی کششی در میخ های میانی و پایینی همزمان با افزایش عمق گودبرداری افزایش می یابد، نیروی کششی در برخی میخ ها ممکن است به علت توزیع مجدد بار کاهش یابد.
اندرکنش خاک – میخ که در پشت دیوار میخکوبی شده به وقوع می پیوندد تا حدودی پیچیده است. بارهای اعمالی به میخ های دیوار در واقع نیروی عکس العمل مربوط به تغییر مکان جانبی دیوار هنگام اجرای مراحل گودبرداری می باشد. نیروی کششی در طول میخ از مقدار صفر در انتهی میخ تا مقدار ماکزیمم Tmax در حدود اواسط طول میخ (عموما در محل تقاطع میخ با سطح گسیختگی توده خاک) افزایش می یابد و سپس تا مقدار T0 در محل اتصال به پوسته بتن پاشی شده دیوار تقلیل می یابد. توزیع نیروی برشی بسیج شده در طول سطح دوغاب و خاک یکنواخت نیست، بلکه با مقدار جبری از علامت مثبت به مقادیر منفی تغییر می یابد.
مقادیر جابه جایی افقی به دست آمده با استفاده از مدل رفتاری موهر – کولمب بیشتر از مدل رفتاری سخت شونده و خاک سخت شونده با کرنش های کوچک می باشد. که با کاهش چسبندگی این مقدار افزایش پیدا می کند. اگر چسبندگی خاک بالا باشد گزینه استفاده از سیستم میخ گذاری وجود خواهد داشت اما برای خاک هایی که کاملا دانه ای هستند می توان به سمت سیستم های ترکیبی نیل و انکر پیش رفت.
نتایج تحقیقات نشان داده اند که مقادیر نیروهای وارد بر عنصر سازه ای بتن پاششی (شاتکریت) که به وسیله مدل رفتاری موهر کولمب محاسبه می گردد بسیار بیشتر از مقادیر واقعی خواهد بود. نتایج به دست آمده از سایر پژوهش ها نشان می دهد که در تحلیل گودبرداری در خاک های نرم و در مواردی که تغییر شکل جانبی دیواره گود عاملی کنترل کننده برای سازه های مجاور باشد استفاده از مدل های رفتاری پیشرفته تر بسیار مطلوب تر از مدل های اولیه بوده و سختی خمشی میل مهارها، تاثیر زیادی در نحوه شکستن پوشش داخلی دیواره گود خواهد داشت.
در مدل رفتاری خاک نرم شونده و سخت شونده تغییر شکل قسمت فوقانی گود بسیار بیشتر از تغییر شکل قسمت تحتانی آن بوده و در واقع تغییر شکل دیواره گود به شکل طره ای و در حال دور شدن از خاک پشت دیوار است. اما مدل موهر کولمب، رفتاری کاملا متفاوت بوده و تغییر شکل قسمت فوقانی کمتر از قسمت تحتانی آن است و دیواره گود در قسمت فوقانی به سمت خاک پشت دیوار حرکت کرده است.
مدل موهر کلمب برای هر دو خاک چسبنده و غیر چسبنده تغییر شکل سطح زمین را در نقاط نزدیک به سطح زمین و در مجاورت دیواره گود را به شکل تورمی پیش بینی می کند. مدل خاک سخت شونده بیشترین تغییر شکل جانبی و مدل موهر کولمب کمترین تغییر شکل جانبی را در قسمت فوقانی دیوار نشان می دهند. با مشاهده نتایج مدل سازی در خاک های ماسه سست و متراکم مشاهده می شود که میزان تورم کف گود در مدل موهر کولمب بیشتر از خاک سخت شونده است. در خاک رس نرم بیشیترین میزان تورم کف گود در مدل خاک سخت شونده کمترین میزان تورم در مدل خاک نرم شونده مشاهده می شود. اما در خاک رس سخت و در فواصل نزدیک به دیواره گود بیشترین و کمترین تورم به ترتیب در مدل های خاک سخت شونده و موهر کولمب مشاهده می شود. با فاصله گرفتن از دیواره، مدل های خاک نرم شونده و سخت شونده به ترتیب بیشترین و کمترین میزان تورم کف گود را نشان می دهد. به طور کلی مدل رفتاری موهر کولمب برای مصالح دانه ای شن و ماسه نتایج قابل قبولی به دست می دهد.
بنابراین مدل رفتاری سخت شونده نتایج واقع گرایانه و واقعی تری نسبت به مدل موهر – کولمب از آنالیز دیواره گود به دست می دهد که این امر خصوصا در مورد جابجایی های دیواره و کف گود مشهود است. بنابراین استفاده از این مدل برای آنالیز عملکرد سازه نگهبان برای انجام مدل سازی ها صحیح به نظر می رسد. منتهی با وجود این امر به علت اینکه پارامترهای مورد نیاز برای مدل رفتاری موهر – کولمب طی آزمایشات معمول و کم هزینه تر به دست آمده و در دسترس می باشد، استفاده از این مدل رفتاری رواج بیشتری در انجام طراحی سازه نگهبان دارد.
منابع:
1) تأثیر مدل رفتاری در تحلیل تغییر شکل دیواره در گودبرداری عمیق (جهانگیر خزائی و همکاران)
2) بررسی تاثیر مدل های رفتاری خاک بر پاسخ سازه زیرزمینی و نشست سطح زمین با استفاده از روش المان محدود (رشید حاجیوند دستگردی و همکاران)
3) تحلیل پاسخ های المان های سازه ای گودبرداری شهری با استفاده از مدل های رفتاری خاک (سجاد مهمی)
4) تأثیر مدل های رفتاری خاک بر روی ارزیابی عددی مسائل ژئوتکنیکی (توبخت وکیلی)
در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
- نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
- انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
- مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
- سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
- خاک مسلح یا ژئوسنتتیک چیست؟ (Geosynthetict)
- سپرکوبی چیست؟ (Sheet Pile)
- دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی چیست؟ (Diaphragm walls – Slurry walls)
- دیوار برلنی یا دیوار سولجر پایل چیست؟ (Berlin wall – Soldier Pile and Lagging System)
- زهکشی و آب بندی در گودبرداری چیست؟ (Drainage- Dewatering & Waterproofing )
- نقشه برداری یا مهندسی نقشه برداری چیست؟ (Surveying)
- پایش گود یا مانیتورینگ چیست؟ (Monitoring)
- بررسی اثر مدل رفتاری مور کولمب اصلاح شده بر رفتار گود های مهار شده
- مدل های رفتاری خاک (Soil constitutive models)
در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :
- تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
- ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ (Micropile & Underpinning)
- پیش بارگذاری چیست؟ (fill surcharge preloading method)
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)
- تراکم دینامیکی یا DC چیست؟ (Dynamic Compaction)
- ستون شنی ارتعاشی یا تراکم ارتعاشی چیست؟ (Vibro Stone Column)
- شمع ساختمان ، طراحی و اجرای شمع بتنی و شمع فلزی (Concrete Pile , Steel Pile)
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
- ژئوفیزیک (Geophysics)
- آزمایش سه محوری خاک (Triaxial Compression Test)
- روانگرایی خاک (Soil Liquefaction)
- روش های مقابله با روانگرایی خاک (Soil Liquefaction Mitigation)
- آزمایش برش مستقیم (Direct Shear Test)
- آزمايش بارگذاری صفحه ای (Plate Loading Test or Plate Bearing Test)
- آزمایش برش مستقیم برجا In Situ Direct Shear) Test)
- پدیده فروچاله چیست؟ (?What is The Phenomenon of Sinkhole)
- نشست غیر یکنواخت (Differential Settlement)
- خاک های رمبنده (Collapsible Soil)
- آزمایش دیلاتومتری (DMT: Dilatometer Test)
- مدل سازی فیزیکی در مهندسی ژئوتکنیک (Physical Modeling in Geotechnical Engineering)
- میکرو مکانیک خاک (Soil micro-mechanics)
- پی های حلقه ای، صندوقه ای و پوسته ای (ring, shell & caisson foundation)
- مشخصه های دینامیکی در خاک ها و مسائل ژئوتکنیکی (Dynamic characteristics of soil)
در زمینه طراحی و مشاوره بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار ETABS
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار AutoCAD
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار ABAQUS
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
- قرارداد مشارکت در ساخت (Construction participation contract)
- نظارت بر اجرای پروژه های عمرانی (Construction Supervision)
- مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- مدیریت پروژه های عمرانی (Project Management)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
- سازه فولادی یا اسکلت فلزی (Steel Structure)
- سازه بتنی یا اسکلت بتنی (Concrete Structures)
مطالب مرتبط :
