1-1- مقدمه: 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
احداث شبکه های آبیاری مدرن به منظور استفاده بهینه از منابع آب استحصال شده، به عنوان یکی از راهکارهای اساسی مقابله با وضعیت بحرانی آب، همواره مورد توجه بوده و است. در این راستا تاکنون نزدیک به 2 میلیون هکتار از اراضی تحت کشت آبی به شبکه های مدرن آبیاری و زهکشی مجهز گردیده است. با این وجود هنوز از نظر کمی، توان بالقوة زیادی در افزایش سطح زیر شبکه های مدرن آبیاری و زهکشـــی وجود دارد و با انجام این مهم حجم زیادی از منابع آب و خاک کشور در چرخه تولیــــد قرار می گیرد. از طرفی بررسی های انجام شده در خصوص عملکرد و وضعیت بهره برداری این شبکه ها نشان داده اند که اغلب این شبکه ها در مراحل مختلف بهره برداری دچار مسائل و مشکلاتی هستند که در اثر این مشکلات اهداف اولیه آنها مورد مخاطره قرار گرفته است. نتایج مطالعات و تحقیقات انجام شده در این خصوص نشان داده اند که عوامل مربوط به شرایط ژئوتکنیکی بستر این گونه سازه ها بیشتر از سایر موارد نمود داشته و عدم توجه به آنها نه تنها باعث تخریب سازه ها و شیـب کنـاری کانال ها در سالهای اول بهره برداری گردیده، بلــکه امر اصلاح و بازسازی را نیز، مشــکل و غیــر اقتصادی می نماید. نتیجه تحقیقات نشان داده است که طراحی ضعیف، عملیات نامناسب ساخت، کیفیت پایین مواد تشکیل دهنده، عملکرد و نگهداری ضعیف، شرایط بهره برداری، مسائل فرهنگی و اجتماعی و سر انجام عدم توجه به ویژگی های ژئوتکنیکی خاک بستر کانال از مهمترین دلایل تخریب کانال ها می باشند. عدم توجه به پارامتر های ژئوتکنیکی خاک بستر و همچنین توجه نکردن به پارامترهای پایداری شیب کناری سازه های انتقال آب همواره عواقب سنگینی را در پی داشته است، به عنوان مثال احداث کانال برروی خاک های مسئله دار بویژه خاک های متورم شونده، بدون در نظر گرفتن شرایط ژئوتکنیکی، منجر به تخریب شیب کناری کانال و در نتیجه آسیب دیدگی پوشش بتنی می شود. اجرای عملی مقطع طراحی شدۀ کانال در میدان، یک وظیفه چالش برانگیز می باشد، چراکه پایداری شیب کناری باید تضمین گردد. پایداری شیب کناری کانال به شدت وابسته به شرایط محلی خاک، مشخصات هندسی مقطع و شرایط بهره برداری از کانال می باشد. در بسیاری از مواقع، شیب کناری با در نظر گرفتن زاویه شیب آزاد خاک انتخاب می شود. این در صورتی است که در انتخاب شیب مناسب و پایدار کانال لازم است نقش عوامل متعدد یاد شده یعنی، هندسه مقطع و شرایط بهره برداری مورد توجه قرار گیرد.
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]:
F=(مقاوم گشتاورهای مجموع )/(مخرب گشتاورهای مجموع ) (1-2)
حداقل ضریب اطمینان برای خاک های که فاقد چسبندگی هستند 1/7 و برای بقیه خاک ها 1/5 در نظر گرفته می شود.
2-2- انواع گسیختگی:
انواع مهم گسیختگی خاک در شیب ها عبارتست از:
الف) لغزش های چرخشی ب) لغزش های انتقالی ج) لغزش های مرکب
الف) در لغزش های چرخشی، سطح گسیختگی ممکن است دایره ای یا غیر دایره ای باشد. بطور کلی لغزش های دایره ای در خاک های همگن و غیر دایره ای در خاک های غیر همگن رخ می دهد.
شکل (2-2)- الف: لغزش چرخشی دایره ای [1] ب: لغزش چرخشی غیر دایره ای[1]
ب) لغزش های انتقالی معمولاً در شرایطی پیش می آیند که شکل سطح گسیختگی تحت تأثیر لایة زیرین، که در عمق کمی از سطح شیبدار قرار گرفته است و مقاومت آن به مقدار قابل ملاحظه ای با لایة رویی تفاوت دارد، قرار گرفته باشد. در این حالت سطح گسیختگی، کم و بیش یک سطح مستوی موازی شیب می باشد.
شکل (2-3): لغزش انتقالی [1]
ج) لغزش های مرکب نیز در شرایطی پیش می آیند که شکل سطح گسیختگی تحت تاثیر لایه زیرین، که در عمق زیادی از سطح شیبدار قرار گرفته است و مقاومت آن به مقدار قابل ملاحظه ای با لایه رویی تفاوت دارد، قرار گرفته باشد. در این حالت سطح گسیختگی، شامل قسمت انحناء دار و مستوی می باشد.
شکل (2-4): لغزش مرکب [1]
در عمل، روش های که مبتنی بر تعادل محدود می باشند، برای حل مسائل،مورد استفاده قرار می گیرد. به این ترتیب که فرض می شود شکست، در یک سطح گسیختگی فرضی، در آستانه وقوع است. مقاومت برشی لازم برای حفظ شرایط تعادل محدود با مقاومت برشی خاک مقایسه و ضریب اطمینان برای پایداری شیب بدست می آید. از بین سطوح فرضی مختلف، آنکه دارای ضریب اطمینان کمتری است، سطح گسیختگی احتمالی می باشد.

2-3- ضریب اطمینان:
ضریب اطمینان که نشان دهندة میزان پایداری یک تودة خاکی در برابر گسیختگی است، در حالت کلی به صورت زیر تعریف می شود[1]:
F=τ_f/τ_d =(خاک متوسط برشی مقاومت )/(شده بسیج متوسط برشی تنش ) (2-2)
ضریب اطمینان را می توان بر اساس پارامترهای مختلفی انتخاب نمود. در مورد پایداری شیب های خاکی، بر اساس پیشنهاد فلنیوس (1927) ضریب اطمینان عبارت است از نسبت مقاومت برشی موجود به مقاومت برشی لازم برای پایداری[1]:
F=S/τ (3-2)
در فرمول (2-3) داریم[1]:
S=σ tan⁡〖∅+C (4-2〗)
τ=σ tan⁡〖∅_r 〗+C_r (5-2)
C و∅ پارامترهای موجود مقاومت برشی وC_r و∅_r حداقل این موارد به منظور پایداری می باشند.
F=(σ tan⁡〖∅+C〗)/(σ tan⁡〖∅_r+C_r 〗 ) (6-2)

چنانچه 1 > F بدست آید لغزش حتما اتفاق می افتد و برای 1 < F قاعدتاً شیروانی پایدار است، در حالی که 1 = F باشد شیروانی درست در شرایط تعادل حدی است. اگر مشخصه خاصی از خاک یا شیروانی مورد نظر باشد می توان ضریب اطمینان را بر اساس آن تعریف نمود. به عنوان مثال نسبت به چسبندگی F_c، نسبت به ضریب اصطکاک F_∅ و نسبت به ارتفاع بحرانی موجود شیب F_H داریم[1]:
F_c=c_a/c=(موجود چسبندگی)/(لازم چسبندگی) (7-2)
F_∅=tan⁡〖∅_a 〗/tan⁡∅ =(موجود اصطکاک ضریب)/(لازم اصطکاک ضریب) (8-2)
F_H=H_C/H=(بحرانی ارتفاع)/(موجود ارتفاع) (9-2)
مقدار ضریب اطمینان در اکثر سازه های خاکی از 1/25 تا 1/5 در نظر گرفته می شود. از آنجای که ضریب اطمینان محاسبه شده بر مبنای مشخصات هندسی یک مقطع مشخص بدست می آید ولی مشخصات هندسی و فیزیکی مقاطع مختلف در امتداد یک شیروانی باید با احتساب متوسط مقادیر ضریب اطمینان چند مقطع بدست آیـــــد. به عنـــــوان مثال اگر F_1،F_2،F_3 ، ضریب اطمیـــنان در سه مقطع به مساحتهایA_1،A_2،A_3 ، باشد، مقدار متوسط ضریب اطمینان این شیروانی ها عبارت است از[1]:
F=(F_1 A_1+F_2 A_2+F_3 A_3)/(∑▒Aᵢ) (10-2)
با فرض همگن بودن خاک در هر مقطع به جای وزن بخش لغزنده مقدار سطح آن به کار برده شده است.
2-4- انواع لغزش سطوح شیبدار:
در کل لغزش شیروانی در یکی از حالات زیر رخ می دهد:
الف) وقتی لغزش طوری رخ دهد که سطح لغزش، شیروانی را در پای شیب یا بالای آن قطع کند، به آن لغزش دامنه می گویند. دایرة لغزش اگر از پای شیروانی عبور کند، دایرة پای شیروانی، شکل (2-5) و اگر از بالای آن عبور کند، دایرة دامنه نامیده می شود، شکل (2-6). تحت شرایط خاصی ممکن است مانند شکل (2-7)، لغزش کم عمق دامنه بوجود آید.
شکل (2-5): لغزش دامنه با دایرة پای شیروانی [1]
شکل (2-6): لغزش دامنه [1]
شکل (2-7): لغزش کم عمق دامنه [1]
ب) وقتی لغزش طــــوری رخ دهد که سطح لغزش، شیــــروانی را در پایین دست پای شیــــــب قطع کند، به آن لغزش عمیق می گویند. دایرة لغزش در این حالت، دایرة عمیق نامیده می شود. مرکز دایرة عمیق در روی خط قائمی قرار دارد که از وسط دامنة شیروانی عبور می کند.
شکل (2-8): لغزش عمیق [1]
2-5- روش های محاسبه پایداری شیب ها:
روش های مختلفی برای تحلیل پایداری وجود دارد که در حالت کلی، به دو کلاس اصلی طبقه بندی می شوند:
2-5-1- روش توده: که در آن کل توده خاک واقع در بالای سطح لغزش به صورت یک جسم واحد در نظر گرفته می شود. این روش وقتی مفید است که بتوان خاک شیروانی را همگن فرض کرد که البته وجود یک چنین یکنواختی در طبیعت نادر است. این روش برای تحلیل پایداری شیب بسته به شرایط شامل روش های مختلفی به شرح زیر می باشد:
*- شیروانی در رس همگن با 0 =∅_u (شرایط بدون زهکشی برای خاک های چسبنده)
*- شیروانی در رس با 0 =∅_u و C_u افزاینده با عمق
*- شیروانی در خاک همگن با 0 < ∅_u
در این قسمت به منظور آشنایی فقط جزئیات مربوط به روش شیروانی در رس همگن با 0 =∅_u ارائه می گردد. برای مطالعة بیشتر در مورد جزئیات سایر روش ها به کتاب اصول مهندسی ژئوتکنیک- جلد اول- تألیف براجا.ام.اس [1] رجوع شود.
*- شیروانی در رس همگن با 0 =∅_u (شرایط بدون زهکشی برای خاک های چسبنده):
شکل (2-9)، یک شیروانی را در خاک رس همگن نشان می دهد. حل مسائل در این روش بر حسب تنش کل می باشد. یعنی فرض بر این است که خاک صد در صد اشباع بوده و زهکشی نمی شود. این حالت بخصوص در رابطه با کانال های خاکی انتقال آب و یا سد های خاکی که سطح آب بطور ناگهانی فروکش نماید اتفاق می افتد. زیرا با فروکش کردن ناگهانی سطح آب، آب داخل خاک فرصت زهکشی ندارد و می توان از روش ساده حالت 0=∅_u، ضریب اطمینان در مقابل لغزش را محاسبه نمود.
شکل (2-9): تحلیل پایداری شیروانی در خاک رس همگن [1]
این روش برای خاک های رسی در زمان کوتاهی پس از احداث نیز مورد استفاده قرار می گیرد. سطح شکست در این روش نیز قسمتی از قوس دایرة فرض می شود و در محاسبه تعیین ضریب اطمینان تنها تعادل لنگرها مورد بررسی قرار می گیرد. در این روش با 0=∅_u، پس از رسم سطح لغزش، وزن توده خاک بالای سطح شکست یعنی W محاسبه می گردد. نیروی W از مرکز ثقل توده خاک بالای سطح لغزش عبور می کند.
ضریب اطمینان نسبت به مقاومت برشی[1]:
τ_m=τ_f/F= c_u/F (11-2)
اگر فاصله افقی نیروی W از نقطه O ، مرکز سطح لغزش، برابرd باشد، و طول قوس سطح لغزش، قوس XY، برابر باL باشد، مقدار گشتاورهای مقاومM_r و مخرب M_d برابر است با[1] :
M_r=c_u.L_a.r (12-2)
M_d=W. d (13-2)
در این روابط c ضریب چسبندگی و rشعاع سطح لغزش می باشد. چنانچه زاویه θ =XOY بر حسب رادیان باشد، طول قوس YX برابر است با[1]:
L_a=rθ (14-2)
و در نتیجه ضریب اطمینان سطح لغزش برابر است با[1]:
F=M_r/M_d =(c_u.L_a.r)/(W d)=(c_u r^2 θ)/(W d) (15-2)
لنگر حاصل از نیرو های خارجی نیز در صورت وجود، باید درنظر گرفته شوند در حالتی که در خاک ترک های کششی ایجاد شود طول قوس کوتاه می شود و اگر این ترک از آب پر شود نیرو های فشار آب در جهت عمود بر ترک عمل می کنند. در این گونه مسائل باید شیب را برای سطوح مختلف تحلیل کرد و حداقل ضریب اطمینان را بدست آورد. چنانچه نیرو های دیگری نیز به سطح شیبدار اعمال شود، در محاسبات پایداری این نیروها در نظر گرفته می شود. بطور مثال در شکل (2-10)، گشتاور نیروهای مخرب نسبت به مرکز سطح لغزش، نقطه O ، برابر است با[1]:
شکل (2-10): وضعیت نیروهای محتمل بر روی سطح شیبدار [1]
M_d=W_s d-F_h b+q f-F_v dʹ+k bʹ (16-2)
در این رابطه:
W_s : وزن توده خاک بالای سطح لغزنده
F_h : مولفه افقی نیروی هیدرواستاتیک
F_v : مولفه عمودی نیروی هیدرواستاتیک
q : بار خارجی در بالای سطح لغزش
k : نیروی حاصل از زلزله

فلنیوس (1927) و تیلور (1937)، مسئله فوق را بصورت تحلیلی حل کرده و نمودارهای ارائه نمودند، شکل (2-11). برای استفاده از این نمودارها، چسبندگی بسیج شده در سطح لغزش بحرانی طبق رابطه زیر بیان می شود[1]:
c_d=γHm (17-2)
و یا[1]:
m=c_d/γH (18-2)
پارامتر m موجود در طرف چپ معادلات فوق، بدون بعد است و عدد پایداری نامیده می شود. ارتفاع بحرانی شیروانی(یعنی ارتفاعی که در آن 1 = F است) را می توان با قرار دادن H=Hсᵣ و c=cᵤ (مقاومت برشی زهکشی نشده) در رابطه m=C/γH ، بدست آورد[1]:
H_cr=cᵤ/γm (19-2)
شکل (2-11- الف): تعریف پارامترهای لازم برای لغزش عمیق [1]
شکل (2-11- ب): نمودارهای عدد پایداری در مقابل زاویه شیب شیروانی(نمودار تیلور برای خاک رس) [1]
در شکل (2-11)، عدد پایداری m برای زوایای مختلف شیب شیروانی β ارائه شده است. مشابه این کار را ترزاقی با نسبت γH/c ، معکوس m، انجام داد و آن را ضریب پایداری نامیده است. در هنگام استفاده از شکل (2-11)، به این مسئله دقت داشته باشید که این منحنی فقط برای رس اشباع در شرایط بدون زهکشی صادق است. در خصوص شکل (2-11)، نکات زیر ضروری می باشد:
1- برای زاویه شیب β بزرگتر از 53 درجه، دایرة بحرانی همواره یک دایرة پای شیروانی است. در این حالت مرکز دایرة بحرانی پای شیروانی را می توان به کمک شکل (2-12)، تعیین نمود.
شکل (2-12): موقعیت مرکز دوایر بحرانی برای (β>〖53〗^° ) [1]
2- برای β کوچکتر از 53 درجه، دایرة بحرانی می تواند یک دایرة پای شیروانی، دایرة دامنه (کمرکش) و یا دایرة عمیق بسته به عمق بستر سخت نسبت به پای شیروانی باشد. این نسبت تابع عمق نامیده شده و به صورت زیر تعریف می شود[1]:
D=(سخت بستر تا شیروانی بالای از قائم فاصله )/(شیروانی ارتفاع ) (20-2)
3- وقتی که دایرة بحرانی یک دایرة عمیق باشد، به عبارت دیگر، سطح لغزش مماس بر بستر سخت باشد، محل آن را می توان با استفاده از شکل زیر، تعیین نمود.
شکل (2-13): موقعیت دوایر عمیق (ترزاقی و پک-1967) [1]
4- حداکثر مقدار ممکن برای عدد پایداری برای لغزش با دایرة عمیق، 181/0 می باشد. فلنیوس (1927)، دوایر پای شیروانی بحرانی را برای شیروانی هایی با β کوچکتر از 53 درجه، مورد مطالعه قرار داد. موقعیت این دوایر را می توان با استفاده از شکل (2-14) و جدول (2-1)، تعیین نمود. توجه شود که این دوایر پای شیروانی بحرانی، لزوماً بحرانی ترین دوایر موجود نیستند.
شکل (2-14): موقعیت مرکز دایرة پای شیروانی بحرانی برای ( β<〖53〗^°) [1]
برای دیدن علائم n^’، β، α_1 و α_2 به شکل (2-14) توجه شود.
جدول (2-1): موقعیت مرکز دایرة پای شیروانی بحرانی [1]
α_2
(deg)α_1
(deg)β
(deg)n^’3728451352633/681/5352526/572352518/433372511/325
2-5-2- روش قطعه: در این روش توده خـــاک واقع در بالای سطـح لغزش به تعدادی قطعه قائم تقسیم می شوند. سپس پایداری هر یک از قطعات به طور جداگــانه مورد محاسبــه قرار می گیرد. در این روش می توان ناهمگنی خاک و فشار آب حفره ای را در محاسبات منظور کرد.این روش برای تحلیل پایداری شیب شامل:
*- راه حل فلنیوس یا روش سوئدی
*- روش تیلور و تیلور اصلاح شده
*- روش بیشاپ و بیشاپ اصلاح شده
*- روش بُرش ها و ……
در این قسمت به منظور آشنایی تنها به یکی از راه حل های روش تیلور با ذکر جزئیات پرداخته می شود. برای بررسی جزئیات سایر راه حل ها به کتاب اصول مهندسی ژئوتکنیک- جلد اول- مکانیک خاک- تألیف براجا.ام.داس[1] رجوع شود.
*-روش تیلور:
در این روش که ابتدا توسط تیلور پیشنهاد شده است، مبتنی بر این تصور است که نیروی منتجه P که بر سطح لغزس به صورت مقاومت اصطکاکی در برابر لغزش عمل می کند بر امتدادی قرار دارد که آن امتداد مماس بر دایره های به شعاع 〖R sin〗⁡∅ به مرکز O می باشد، شکل (2-15-الف). برای توجیه این مطلب کافی است که بخش لغزنده را به تعدادی قطعات تقسیم کنیم. با توجه به اینکه مقاومت اصطکاکی خاک در برابر لغزش به اندازه زاویه ∅ از راستای عمود بر سطح انحراف دارد، امتداد این عکس العمل هاست که بر دایره ای به شعاع 〖R sin〗⁡∅ مماس می باشد، شکل (2-15-ب). چون در روش تیلور برای کل لغزش دو نیروی منتجه P و C در نظر گرفته می شود مسئله در اینجا یافتن مکان نقطه اثر این دو می باشد. با توجه به مشخصات موجود در شکل، ( L طول قوس DB و’L طول وتر DB است)، گشتاور نیروی چسبندگی در امتداد قوس لغزش برابر c.L.R است که چناچه فرض شود نیرو های چسبندگی در امتداد وتر DB عمل می کنند، در این صورت مقدار کل نیروهای چسبندگی معادل ‘Lc خواهد بود و باید فاصله ای فرضی چــون a تصور نمود که اگر نیروی منتجه C=c .L^’ در آن فاصله از مرکز دایرة عمل کُند گشتاور آن نسبت به مرکز برابر c .L .R گردد یعنی[1]:
c.L.R=c.L^’.a (21-2)
a=(L.R)/L’=Rθ/(2 sin⁡〖(θ/2〗)) (22-2)
حال اگر به فاصله a از مرکز دایرة، نیروی C را به موازات وتر BD رسم کنیم محل برخورد امتداد نیروی ثقل بخش لغزنده با امتداد C نقطه ای است (مانند Q) که نیروی P از آن خواهد گذشت و در این صورت مثلث نیروها شکل (2-15-ج) حالت تعادل خواهد داشت.
شکل (2-15): بررسی پایداری با روش تیلور[1]
نکاتی که در کاربرد این روش باید مورد توجه باشد :
1- از مفروضات در این روش



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه

دیدگاهتان را بنویسید