وبلاگ

1-2- اهمیت و ضرورت تحقیق:

با توجه به محدودیت منابع آب کشور، هر اقدامی در خصوص استفاده بهینه از منابع آب موجود و جلوگیری از هدر رفت آن امری ضروری و اجتناب ناپذیر است. طراحی شیب مناسب و پایدار با توجه به نوع و خواص خاک و در مرحله بعد تثبیت بدنه کانال های انتقال آب با پوشش بتنی غیر مسلح یکی از راهکارهای اصولی در کاهش نشت آب و افزایش راندمان انتقال آب می باشند. این نوع از کانال ها به علت تکنولوژی اجرایی نسبتاً ساده از مرسوم ترین گزینه ها جهت انتقال آب، برای مصارف گوناگون می باشند. گرچه از نظر هندسی مقطع عرضی کانالهای انتقال آب را می توان به شکلهای متفاوت نظیر؛ مستطیلی،  دایره ای، سهمی و ذوزنقه ای اجرا نمود، لیکن به لحاظ مسائل فنی و اجرائی در پروژه های عمرانی معمولاً از مقطع ذوزنقه ای استفاده می شود. همچنین تعیین شکل و ابعاد هندسی کانال ها اغلب بر اساس مسائل هیدرولیکی صورت گرفته و به پارامترهای ژئوتکنیکی بستر توجه چندانی صورت نمی گیرد. در حالیکه احداث کانال بر روی خاک های مسئله دار، بدون توجه به مسائل ژئوتکنیکی منجر به آسیب دیدگی شیب خاکریز و پوشش بتنی کانال ها شده و خسارات جبران ناپذیری را بدنبال خواهد داشت. مطالعات و  بررسی های انجام شده در این خصوص نشان می دهند اغلب تخریب های صورت گرفته در اینگونه   سازه ها به دلیل عدم توجه کافی به مسائل و شرایط ژئوتکنیکی بستر است، رحیمی و عباسی (2008). لذا، بررسی مسائل ژئوتکنیکی مربوط به نوع خاک، جنس خاک، زاویه اصطکاک داخلی خاک، میزان تراکم خاک و نحوة خاکبرداری و خاکریزی، تعداد لایه های خاکریز، شیب خاکریز، ابعاد و مقطع کانال، سطح آب در کانال، سرعت تغییر سطح آب در کانال و از همه مهمتر ضریب ایمنی پایداری شیب جانبی به منظور کاهش آسیب های وارده بر کانال ها از اهمیت خاصی برخوردار است. شرایط مناسب ژئوتکنیکی بسترکانال ها و توجه به طراحی مناسب شیب جانبی خاکریز تا حدود زیادی تضمین کنندة افزایش عمر  بهره برداری اینگونه کانال ها می باشد. یکی از پدیده های رایج و اجتناب ناپذیر در شرایط  بهره برداری کانال ها، پدیده ی کاهش سریع سطح آب می باشد. نیروی زیر فشـــار وارد بر کف کانال در حالت کاهش سریع سطح آب و یا اعمـــــال نیروی وزن آب در حالت پر باعث ایجاد تغییر شکل های خمشی در پوشش می شود. حالت کاهش سریع، که بصورت یک سطح آب نسبتاً بالا در زمان سیلاب نمایان شده و در زمان کوتاهی هم از بین می رود، یکی از شدیدترین شرایط بارگذاری است که می تواند به خاکریز کانال های انتقال آب وارد شود. طی این شرایط، فشار آب حفره ای موجود در خاک دیواره های کانال زمان کافی برای محو شدن ندارد، بنابراین منجر به افزایش لنگرهای خمشی و شکستگی های کم عمق و یا عمیق در شیب خواهد شد. بار آبی موجود در کانال ها یکی از عوامل مقاوم در برابر لغزش شیب می باشد، کاهش سریع ارتفاع آب و در نتیجة آن کاهش بار آبی باعث بالا رفتن فشار آب حفره ای در خاک اشباع زیرین شده که این امر باعث کاهش مقاومت برشی خاک و وقوع شکست در شیب می شود. علی رغم مطالعات صورت گرفته روی این مسأله بدلیل پیچیدگی های رفتاری خاک و مسائل اندر کنشی، همچنان ابهاماتی در خصوص تحلیل این سازها وجود دارد. با عنایت به موارد عنوان شده، اهمیت مطالعه و تحقیق بر روی این موضوع بیش از پیش نمایان می شود.  

1-3- فرضیه تحقیق:

یکی از علت های اصلی خرابی کانال ها، عدم طراحی مناسب پایداری شیب می باشد، به این صورت که شیب پایدار در یک خاک با توجه به پارامترهای طراحی کانال و همچنین شرایط ساخت و      بهره برداری ممکن است متفاوت باشد. بنابراین تعیین یک هندسه دقیق در مورد بدنه کانال برای پایداری آن بسیار حائز اهمیت است. لذا در این پروژه فرضیه های زیر مورد بررسی و آزمون قرار گرفتند: الف) هندسه مقطع عرضی کانال در پایداری شیب جانبی آن تأثیر گذار است. ب) شیب پایدار کانال در خاک های مختلف متفاوت می باشد. ج) شرایط بهره برداری در پایداری شیب مؤثر می باشد.

1-4- اهداف تحقیق:

در تحقیق حاضر با بکارگیری دو نوع خاک ریزدانه و درشت دانه و در نظر گرفتن متغیر های پایداری شیب جانبی کانال در دو حالت ساخت و بهره برداری و همچنین تعیین نقش کاهش سریع سطح آب و پارامتر زمان در پایداری شیب، مدلسازی دوبعدی انجام شده و اقدام به ارائه یکسری ضوابط فنی جهت کم کردن اثرات نامطلوب کاهش سریع آب بر پایداری شیب جانبی خاکریز خواهد شد.

2-1- مقدمه:

در صورتی که سطح زمین بصورت شیبدار، تحت زاویه ای با افق قرار گرفته باشد، تشکیل یک سطح شیبدار را می دهد که ممکن است به یکی از سه حالت شیب های طبیعی زمین، شیب های که به وسیله خاکبرداری ها بوجود می آیند و شیب های که توسط خاکریزها بوجود می آیند باشد. در خیلی از حالات لازم می شود ایمنی یک شیب طبیعی یا مصنوعی، که ممکن است در اثر گودبرداری یا خاکریزی ایجاد شده باشد توسط مهندسین کنترل گردد. در این کنترل می باید تنش های برشی ایجاد شده در امتداد بحرانی ترین و محتمل ترین سطح لغزشی محاسبه شده و با مقاومت برشی خاک مقایسه گردد. به چنین فرایندی تحلیل پایداری شیب اطلاق می گردد. شکل (2-1): لغزش شیروانی خاک[1]   همانطور که در شکل (2-1) نشان داده شده است، در این شیب خاکی یکی از مولفه های وزن تمایل به حرکت دادن توده خاک به سمت پایین دارد. وقتی این مولفه به قدر کافی بزرگ باشد لغزش شیب خاک رخ می دهد. از دیدگاه ایستایی، لغزش وقتی رخ می دهد که نیروهای رانش ناشی از مولفه وزن، بر نیروهای مقاوم ناشی از مقاومت برشی خاک در سطح لغزش غلبه نمایند. لغزش سطح شیبدار مخصوصاً اگر بالای سطح آن ساختمان و یا تأسیساتی بنا شده باشد و یا لغزش شیب ها در سدهای خاکی و سازه های انتقال آب از جمله کانال های آب، خسارت جبران ناپذیری را بوجود می آورد. به همین دلیل این سطوح باید طوری طراحی شوند که با رعایت کامل اصول از نقطه نظر اقتصادی، دارای ضریب اطمینان کافی و مطمئن و همچنین پایدار باشد. در این سطوح نیرو های ثقلی و تراوش، عامل اصلی برهم زننده پایداری شیب ها، اعم از طبیعی یا غیر آن می باشد. به طور کلی، می توان علت اصلی شکست سطوح شیبدار را بیشتر شدن تنش برشی از مقاومت برشی در سطح شکست دانست و بنابراین محاسبات پایداری سطوح شیبدار، در حقیقت مقایسه نیروهایی که باعث گسیختگی می شوند با نیروهای که از گسیختگی جلوگیری می کنند در سطح شکست می باشد. نیروهای که در محاسبات مربوط به پایداری سطوح شیبدار در نظر گرفته می شوند، عبارتند از: الف) نیروهای مخرب: به مجموع نیروهای که باعث لغزش سطوح شیبدار می شوند، نیروهای مخرب می گویند. یکی از مهمترین این نیروها، وزن توده خاک بالای سطح شکست می باشد. ممکن است ترکیبی از چند عامل باعث لغزش شود. برخی از این عوامل عبارتند از: *- افزایش بار خارجی روی سطح شیبدار نظیر ساختمان، آب و…. *- افزایش وزن واحد حجم خاک در اثر ازدیاد درصد رطوبت *- خاکبرداری در قسمتی از سطح شیبدار *- ایجاد تونلی توسط زه آب *- ضربه نظیر انفجار و یا زلزله   ب) نیروهای مقاوم: به مجموع نیروهایی که از لغزش سطوح شیبدار جلوگیری می کنند، نیروهای مقاوم می گویند. که مهمترین عامل آن مقاومت برشی خاک در سطح شکست می باشد. کاهش مقاومت برشی در این سطح، باعث لغزش سطح شیبدار می شود. برخی از عوامل که باعث کاهش مقاومت برشی خاک    می شوند، عبارتند از: *- تورم رس به علت ازدیاد درصد رطوبت *- فشار آب منفذی *- ترک های ایجاد شده در اثر خیس و خشک شدن متناوب خاک *- انتقال و پیشرفت گسیختگی در مورد خاک های حساس     *- از بین رفتن عناصر چسباننده ذرات خاک *- از بین رفتن فشار منفذی منفی یافتن سطح لغزش واقعی یکی از مشکلات اساسی در محاسبه پایداری سطوح شیبدار می باشد، زیرا تحقیقات مکانیک خاک هنوز موفق به تعیین دقیق شکل سطوح لغزش و نوع توزیع تنش های داخلی در این سطوح نگردیده است. در امر طراحی یک سطح لغزش، به عنوان اولین آزمون، در نظر گرفته می شود. شکل این سطح بستگی به نوع لغزش خاک دارد. با در نظر گرفتن شرایط تعادل بین نیروهای مخرب و مقاوم، مقدار ضریب اطمینان سطح منظور شده را در مقابل لغزش محاسبه        می کنند. برای یک سطح شیبدار معمولاً چندین سطح لغزش اختیار کرده و برای همه آنها ضریب اطمینان را محاسبه می کنند. سطحی که کمترین ضریب اطمینان را دارد، به عنوان سطح لغزش واقعی مورد بررسی قرار می گیرد. مقدار ضریب اطمینان هر سطح لغزش را به این ترتیب تعیین می کنند که، ابتدا کلیه نیروهای مخرب و مقاوم را روی سطح فوق مشخص کرده و سپس، گشتاور این نیروها را نسبت به مرکز سطح لغزش محاسبه می کنند. با در دست داشتن گشتاور نیروها، از رابطه زیر ضریب اطمینان بدست می آید[1]: حداقل ضریب اطمینان برای خاک های که فاقد چسبندگی هستند 1/7 و برای بقیه خاک ها 1/5 در نظر گرفته می شود. تعداد صفحه : 204 قیمت : 14700تومان