)=d_1 (2-3)

می دانیم که فشار منفذی به سادگی محصول سر فشار ( H_p ) و واحد وزن آب است. فشار منفذی در نقطه A در شکل (3-1)، به سادگی و بطورمحافظه کارآنه، (d_2) به عنوان فاصله عمودی بین نقطه و سطح شیب درست در بالای نقطه محاسبه شده است. از یک آزمایش از شبکه جریان در شکل (3-1) می توان مشاهده کرد که این تقریب در نقاط نزدیک به سطح شیب و در نزدیکی پای شیب خیلی بد نیست، اما در اعماق شیب، مانند نقطه A ، تقریب می تواند کاملا محافظه کارآنه باشد. در این مثال خاص، ارزش تقریبی حدود پنجاه درصد بیشتر از فشار واقعی منفذی است. تقریب محافظه کارآنه تر است هنگامی که به کانال های زهکشی با دامنه های خاکی جانبی می رسد، برخلاف سدهای خاکی، به این دلیل که شیب کلی کانال ممکن نیست به طور کامل در طول زمان که در طی آن سطح آب در کانال در مرحله سیلاب است اشباع شود. در نتیجه، اگر فرض شود که شیب به طور کامل اشباع شده، سپس زیاد برآوردکردن فشارهای منفذی در عمق شیب می تواند برای سطوح گسیخته عمیق عوامل ایمن بسیارنگهدارنده ایجاد کند. همواره باید آن حدی را که منطقه اشباع احتمالا در طول دوره آب گرفتگی شیب کانال پیشروی می کند در نظر گرفته شود. تعدادی از عواملی که بر محل منطقه اشباع در شیب جانبی کانال به عنوان یک نتیجه از جاری شدن سیل تاثیر خواهند گذاشت، عبارتند از: (1) نفوذ پذیری مواد در شیب، (2) محل سطح آب زیرزمینی در شیب قبل از آبگیری، (3) درجه اولیه اشباع در مناطق غیر اشباع، و (4) مدت زمانی که سطح آب در کانال در مرحله سیل باقی می ماند.
این محققین به منظور بررسی اثر کاهش سریع سطح آب، یک شیب خاکی با ارتفاع 20 فوت با شیب جانبی 3/5 افقی به 1 عمودی در نظر گرفتند. حداکثر ارتفاع آب در کانال در زمان سیلاب 15 فوت و سطح آب زیر زمینـــــی 2 فوت پایین تر از کف کانال می باشد. درجه اشباع اولیــــه 80% و برای خاک سه ضریب نفوذپذیری (〖〖10〗^(-8)،10〗^(-6)،〖10〗^(-3) ) در نظر گرفته شد، شکل های ( 3-2 ) ، ( 3-3 ) و ( 3-4 ). سپس پیشرفت منطقه اشباع را به عنوان تابعی از زمان مورد بررسی قرار می دهند. با توجه به اینکه در یک شیب واقعی تقریباً انتظار نمی رود، اما نفوذپذیری را در سرتاسر شیب یکسان فرض کردند. یکی از عوامل مهم در این مسئله این است که ترک های ایجاد شده به احتمال زیاد بر روی شیب توسعه می یابند، بویژه در خاک های رسی با پلاستیسیته بالا، که بطور قابل ملاحظه ای پیشروی منطقه اشباع را تحت تأثیر قرار خواهد داد. این ترک ها معمولاً تا عمق چند فوتی گسترش خواهند یافت.

شکل ( 3-2 ): موقعیت منطقه اشباع به عنوان یک تابع از زمان، با سطح آب در کانال در مرحله سیل، نفوذپذیری خاک〖 10〗^(-3)فوت در دقیقه [3]

شکل ( 3-3 ): موقعیت منطقه اشباع به عنوان یک تابع از زمان، با سطح آب در کانال در مرحله سیل، نفوذپذیری خاک 〖10〗^(-6)فوت در دقیقه [3]

شکل ( 3-4 ): موقعیت منطقه اشباع به عنوان یک تابع از زمان، با سطح آب در کانال در مرحله سیل، نفوذپذیری خاک 〖10〗^(-8)فوت در دقیقه [3]

سرانجام بعد از بررسی های صورت گرفته به این نتیجه رسیدند که، یک رویکرد برای مقابله با این عامل این است که، منطقه اشباع را به سمت شیب، به مقداری که متناسب با عمق تخمینی ترک خوردگی است، جا به جا کنند. از آنجا که فشار منفذی از ضرب وزن واحد حجم آب در عمق نقطه مورد نظر زیر سطح شیب مشخص می شود. تنش عمودی کل در همان نقطه به عنوان محصول وزن واحد حجم اشباع خاک و عمق نقطه زیر سطح شیب محاسبه می شود. بنابراین نرخ فشار منفذی برای مقدار تقریبی کاهش سریع ارتفاع آب به سادگی نسبت وزن واحد حجم آب به وزن واحد حجم خاک اشباع می باشد. در نتیجه نسبت فشار منفذی برای مقدار تقریبی کاهش سریع ارتفاع آب به طور کلی در حدود 0/5 می شود، زیرا وزن واحد حجم خاک اشباع شده به طور معمول حدود 2 برابر وزن واحد حجم آب است. شکل (3-5) چگونگی تعریف هندسه یک شیب خاکی را برای تجزیه و تحلیل کاهش ارتفاع سریع آب نشان می دهد. بنابراین این نتیجه حاصل شد که، در هنگام طراحی شیب های جانبی کانال برای مقاومت در برابر بارگذاری کاهش سریع ارتفاع آب، در خاک های سفت باید عملکرد دراز مدت شیب ها را مورد بررسی قرار داد. وقوع مکرر و چرخه ای کاهش سریع ارتفاع آب در دراز مدت، کاهش مقاومت خاک و ناپایداری شیب را به دنبال خواهد داشت. ساده ترین راه برای بررسی تغییرات در پارامترهای مقاومت خاک از طریق تجزیه و تحلیل تنش مؤثر می باشد، چرا که در این روش اجازه زایل شدن جداگانه فشار منفذی داده می شود.

مطلب مرتبط :   منابع پایان نامه دربارهخوشه‌بندی، ارتباط با مشتری، فناوری اطلاعات

شکل ( 3-5 ): استفاده از نسبت فشار منفذی و سطح پیزومتری برای تحلیل پایداری شیب در کاهش سریع ارتفاع آب[3]

فِردلند و همکاران (Fredlund and etal’ 2011) مقایسه ای ما بین تنش کل و روش های تنش مؤثر برای انواع خاکریزها را مورد بررسی قرار دادند. اختلاف پتانسیل های ما بین دو روش، برای شیب های عمیق و کم عمق را مورد بررسی قرار دادند[4]. بر اساس نتایج حاصله که شامل بررسی تفاوتهای بین یک تحلیل تنش کل و یک تحلیل تنش مؤثر و معرفی تحلیل تنش مؤثر به عنوان یک تحلیل دقیق تر می باشد، فرصت برای بهیـــنه سازی طراحی ها با استفـــاده از یک تحلیــل تنش مؤثر مورد بررسی قرار داده شد. حالت های کاهش سریع ارتفاع آب معمولاً با در نظر گرفتن تنش کل یا تحلیل تنش مؤثر مورد تحلیل قرار می گیرد. به طور سنتی تحلیل ها با در نظر گرفتن تنش کل به دلیل آنکه اجرای آنها در عمل آسان تر می باشند، مورد استفاده قرار می گیرند. با این حال، مبانی اثر متقابل ما بین ت
نش های مؤثر و فشارهای حفره ای در یک تحلیل با در نظر گرفتن تنش کل نشان داده نمی شوند. تحلیــــل با در نظر گرفتن تنش کل ممکن است منجــر به یک طراحی محافظه کارآنه تری گردد، که ممکن است به میزان زیادی هزینه های ساخت و ساز را افزایش دهد. این بحث روش شناسی مراحل سه گانه دانکن (1990) را برای تحلیل حالت های کاهش سریع آب، با یک تجزیه و تحلیل نشت آب گذرا و پایداری شیب مقایسه می نماید. آیین نامه طراحی مهندسی پایــــداری شیب های خاکی انجمن مهندسیــــن ارتش ایالات متحده (2003)6USACE خاکریزهای خاکی و خاکریزهای سیل بند را به دو گروه تقسیم نموده است:
الف) خاک های با زهکشی آزاد
ب) خاک های با نفوذپذیری پایین
در مورد خاک ها با زهکشی آزاد، روش طراحی که کاربردی است، عبارتست از یک تحلیل تنش مؤثر در جاییکه سطوح فشار حفره ای اولیه و نهایی آب از یک تحلیل حالت پایدار، تعیین می شوند، که در آن شرایط اولیه و نهایی سطح آب با استفاده از دو تحلیل حالت نشت جداگانه تعیین می گردند. برای خاک های با نفوذپذیری پایین، آیین نامه طراحی، یک رویکرد سه مرحله ای را که یک ترکیبی از نتایج مقاومت مؤثر و نتایج مقاومت تحکیم یافته زهکشی نشده، برای برآورد بدترین حالت ممکن استفاده می نماید، که یک طراحی محافظه کارآنه را ارائه می کند. بنابراین می توان از پارامترهای مقاومت برشی خاک در حالت زهکشی نشده، در تحلیل کاهش سریع ارتفاع آب در شیب ها و مخازن سدها استفاده کرد.
اولین نسخه روش سه مرحله ای، روش لوو و کارافیاس (1959) نامیده می شود[11] و بعد از آن روش (1970) USACE [12]، از روی روش اول برگرفته شده است. دانکن و همکارن (1990) هردو این روش ها را بازبینی نموده و یک روش تحلیلی سه گانه را به عنوان جایگزین پیشنهاد نمودند[13] . دانکن و همکاران (1990) دریافتند که روش تنش کل، یک روش آسانی را برای تحلیل شرایط کاهش سریع در یک سد خاکی یا سازه خاکـــریز سیل بند فراهم می نمایــد. با این حال، این امر دارای محدودیـــت های زیر می باشد [13] :
1- زمانی که بیش از اُفت سریع آب واقع می شود در این روش محاسبه نمی شود.
2- در این روش فرض می شود که یک تست آزمایشگاهی تحکیم یافته زهکشی نشده، شرط محدودکننده را در طول تمام سطح لغزش بحرانی نشان می دهد. یک مقدار واحد برای مقاومت برشی زهکشی نشده در طول تمام سطح لغزشی مناسب نیست. (کِرلس و همکاران،2003)
3- تعیین یک مقدار مناسب برای مقاومت برشی زهکشی نشده، تجزیه و تحلیل را می تواند پیچیده تر نماید. (کِرلس و همکاران،2003)
4- مکان سطح لغزشی بحرانی، عمیق فرض می گردد و موقعیت آن طی چرخه کاهش سریع تغییر می نماید.
روش تنش کل دانکن و همکاران (1990) برای طراحی مهندسی خاکریزهای سیل بند مورد استفاده قرار می گیرد[13] . قابل ملاحظه است که، روش دانکن و همکاران در زمانی کشف و طراحی گردید که مهندسین خاک و پی به ابزارهای نرم افزاری مورد نیاز به منظور انجام تحلیل های گذرای نشت آب اشباع و غیراشباع دسترسی نداشتند.
روش مورد استفاده توسط فردلند و همکاران (2011)، برای تحلیل های حال حاضر عبارتست از انجام یک سری از تحلیل هایی که تحلیل کاهش سریع را با استفاده از روش سه گانه دانکن و همکاران (1990) و هم روش تنش مؤثر به انجام می رساند. همچنین به منظور اثبات صحت اجرای روش دانکن و همکاران (1990)، اقدام به ارائه یک مثال می کنند. لازم به ذکر است که تعداد قابل توجهی از متغیرهای ورودی وجود دارند که می توانند نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل را تحت تأثیر قرار دهند. برخی از متغیرها عبارتند از:
1- موقعیت سطح لغزنده (عمیق یا کم عمق)
2- رویکرد شرایط اشباع یا غیر اشباع مقاومت برشی
3- تغییرات در روش محاسبه پایداری شیب (به عنوان مثال اسپنسر، مورگنسترن پرایس، 7GLE و غیره)
4- تغییرات در نشت آب یا تنش تغییر شکل خصوصیت مواد
5- تغییرات در زاویه شیب
6- تغییرات در ناهمگنی مواد

مطلب مرتبط :   پایان نامه با کلید واژگانروایی، روشهای، عناوین

دو نرم افزارSVSLOPE و SVFLUX برای تحلیل روش سه گانه دانکن و تحلیل پایداری شیب و تراوش ترکیبی تنش مؤثر مورد استفاده قرار می گیرند. باید توجه داشت که تحلیل های حاضر برروی شرایط شکست وضعیت محدود تمرکز داشته است و تغییر شکل ها را در نظر نمی گیرد. مثال سد پیلارکیتوس از مقاله اصلی دانکن و همکاران (1990)، به منظور ارائه مقایسه هایی در اینجا آورده شده است[13] . سد پیلارکیتوس یک سدخاکی خاکریزی متراکم همگن می باشد. خرابی شیب بعد از اینکه سطح آب از ارتفاع 692 به ارتفاع 657 بین 7 اکتبر و 19 نووامبر رسید، اتفاق افتاد.

شکل (3-6 ): موقعیت سطح شیب بحرانی برای سد پیلارکیتوس (روش انجمن مهندسین ارتش ایالات متحده) [4]

مقایسه مقادیر محاسبه شده با نرم افزار با مقادیر منتشر شده توسط دانکلن منطقی است. مقایسه های بیشتر با دیگر بسته های نرم افزاری تجاری منجر به تفاوت هایی ما بین (1– 3)% برای روش هایی به عنوان مثال بی شاپ و اسپنسر خواهد بود که برای این نوع از مقایسه منطقی خواهد بود.

جدول ( 3-1 ): مقایسه محاسبات نرم افزاری FOS با دانکن و همکارن (1990) برای سد پیلارکیتوس[4]
Lowe-karafiath
Corps 2

1/05
0/82
Duncan et al.(1990)
0/967
0/844
SVSLOPE
-7/9%
2/9%
Difference
سد پیلارکیتوس را که با روش دانکن مورد تحلیل قرار گرفت، با روش تنش مؤثر نیز مورد تحلیل قرار می دهند. تحلیل تنش مؤثر نیاز به تعریف خصوصیات هیدرولیکی مواد دارد، در صورتی که هیچ یک از خصوصیات اصلی هیدرولیکی موجود نمی باشد. از این رو برای خاک موجود در سد اقدام به معرف
ی یک ماده شنی سیلتی شد. آب از یک ارتفاع 692 فوت به ارتفاع 657 فوت با یک نرخ 1/7 فوتی در هر روز کاهش سریع داشته. بنابراین پایداری شیب بر اساس فشارهای حفره ای آب در مراحل زمانی مشخص مورد بررسی قرار می گیرد. از شکل ( 3-7 ) می توان فهمید که یک رابطه منطقی ما بین ضریب اطمینان نهایی محاسبه شده از روش تنش مؤثر ( 1/03 ) و روش سه گانه دانکن ( 1/05 ) وجود دارد.

شکل ( 3-7 ): طرح ضریب ایمنی در برابر زمان برای مثالِ سد پیلارکیتوس (روش اسپنسر)[4]

نتیجه گرفته شده از تجزیه و تحلیل ها، نشان می دهد که تفاوت هایی ما بین یک تحلیل تنش کل و یک تنش مؤثر وجود دارد. تفاوت اصلی با در نظر گرفتن فشارهای آب حفره ای گذرا در تحلیل

Comments (0):

Write a comment: