عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه و اهداف تحقیق. 1
فصل دوم: پدیده روانگرایی و روشهای مختلف بررسی آن. 5
2-1- پدیده روانگرایی. 6
2-2- مکانیزم روانگرایی. 6
2-3- آسیبهای ناشی از روانگرایی خاکها 7
2-3-1- آسیبهای سطحی. 8
2-3-2- آسیبهای ناشی از روانگرایی بر سازههای زیرزمینی. 8
2-3-2-1- انواع خرابیهای سازههای زیرزمینی در اثر وقوع روانگرایی. 9
2-3-2-2- راهکارهای مقابله با خرابیها 11
2-4- روشهای مختلف ارزیابی پتانسیل روانگرایی در یک عمق معین از نهشتههای خاکی. 13
2-4-1- روشهای آزمایشگاهی موجود برای ارزیابی پتانسیل روانگرایی. 14
2-4-2- روابط تجربی موجود برای ارزیابی پتانسیل روانگرایی. 17
2-4-2-1- روابط تجربی بر مبنای داده های حاصل از آزمون نفوذ استاندارد 17
2-4-2-1-1- آزمون نفوذ استاندارد 18
2-4-2-1-2- روش سید و ادریس… 20
2-4-2-1-3- روش ایواساکی و همکاران (1978). 25
2-4-2-2- روابط تجربی بر مبنای داده های حاصل از آزمون نفوذ مخروط. 27
2-4-2-2-1- آزمون نفوذ مخروط. 27
2-4-2-2-2- روش رابرتسون و وراید (1998) 28
2-4-2-3- روابط بر مبنای سرعت موج برشی. 28
2-4-2-4- مقایسه دقت پیش بینی روابط تجربی . 29
2-5- بررسی تغییرات پتانسیل روانگرایی در دو بعد و نیز در فضا 29
2-6- معیارهای موجود برای بررسی استعداد روانگرایی خاکهای لایدار و رسدار 30
2-7- جمعبندی. 31
فصل سوم: مبانی زمینآمار 32
3-1- مقدمه 33
3-2- واریوگرام 33
3-2-1- کلیات.. 33
3-2-2- واریوگرام جهتی و غیر جهتی. 37
3-2-3- روند. 39
3-2-4- ناهمسانگردی. 39
3-2-5- مدلسازی واریوگرام 40
3-2-5-1- مدل کروی. 40
3-2-5-2- مدل گوسی. 41
3-2-5-3- مدل نمایی. 41
3-2-5-4- مدل خطی بدون سقف.. 42
3-2-5-5- مدل خطی سقفدار 42
3-2-5-6- مدل سینوسی (اثر سوراخ) 43
3-3- واریانس تخمین. 44
3-4- کریجینگ… 45
3-4-1- مقدمه 45
3-4-2-انواع کریجینگ… 45
3-4-2-1- انواع کریجینگ بر حسب مشخصات ساختار فضایی. 45
3-4-2-2- انواع کریجینگ بر حسب حجم پایه 47
3-4-2-2-1- کریجینگ نقطهای. 47
3-4-2-2-2- کریجینگ بلوکی. 47
3-4-2-3- سایر انواع کریجینگ… 47
3-5- مراحل تخمین به روش زمین آماری 47
3-6- مطالعات پیشین صورت گرفته در خصوص استفاده از زمینآمار در ارزیابی پتانسیل روانگرایی 49
3-6-1- ییگوسگیل و همکاران (2006) 49
3-6-2- داوسون و بایز (2005) 50
3-7- جمعبندی 52
فصل چهارم: معرفی مسیر خط دو مترو تبریز. 53
4-1- مقدمه. 54
4-2- وضعیت لایه های زیرسطحی مسیر خط دو مترو تبریز. 54
4-3- زمین شناسی عمومی منطقه. 57
4-4- تکتونیک و لرزهخیزی منطقه. 58
4-5- وضعیت آب زیرزمینی در محدوده مورد مطالعه 59
4-6- آزمایشهای صحرایی صورت گرفته در ناحیه مورد مطالعه 59
4-7- آزمایشهای آزمایشگاهی صورت گرفته در ناحیه مورد مطالعه 59
4-8- جمعبندی. 60
فصل پنجم: تعیین پتانسیل روانگرایی رسوبات مسیر خط دو مترو تبریز با بهره گرفتن از زمینآمار 61
5-1- مقدمه 62
5-2- آماده سازی و تحلیل آماری داده ها 62
5-3-واریوگرافی. 66
5-3-1- محاسبات واریوگرام تجربی و برازش مدل. 66
5-3-2- اعتبارسنجی داده ها 68
5-4- تخمین کریجینگ… 69
5-5- جمعبندی. 75
فصل ششم: نتایج و پیشنهادها 76
6-1- نتایج. 77
6-2- پیشنهادها 78
منابع و مآخذ. 79
پیوست.. 83
امروزه با پیشرفت فنآوری، سهولت نسبی در حفاری و ساخت سازههای زیرزمینی، محدودیت در فضاهای سطحی برای اجرای طرحهای عمرانی و نیز به واسطه مسائل سیاسی و امنیتی توجه بسیاری از کشورهای توسعهیافته و در حال توسعه به احداث سازههای زیرزمینی برای کاربردهای عمرانی، معدنی و نظامی جلب شده است. راهها و بزرگراههای زیرزمینی، انواع تونلها و شبکه متروی شهری از جمله سازه هایی هستند که در کشورهای مختلف به سرعت در حال ساخت و اجرا میباشد. با توجه به توسعه روزافزون سازههای زیرزمینی و هزینه های فراوانی که برای ساخت هر یک از این سازهها صرف میگردد و نیز اهمیت آنها در شبکه حمل و نقل بین شهری و داخل شهری و خطری که در صورت آسیبدیدگی آنها متوجه جان مردم می شود، لازم است که پایداری آنها در برابر خطرات ناشی از زلزله مورد مطالعه قرار گیرد [1].
یکی از مهمترین پدیدههایی که به هنگام زلزله خسارات شدیدی به سازههای زیرزمینی وارد می کند، پدیده روانگرایی است. روانگرایی، پدیده افت آنی مقاومت برشی خاک در طی ارتعاش سنگین زمینلرزههاست که طی آن، خاک رفتاری شبیه یک مایع از خود نشان میدهد [2]. این پدیده در سازههای زیرزمینی واقع در خاک روانگرا شده، به صورتهایی نظیر نشستهای جدی و برکنش سازه ظاهر می شود و بسیار محتمل است که بهعنوان یکی از پیامدهای زلزله مطرح شود.
در پی خسارات چشمگیری که این پدیده در طی زمینلرزههای نیگاتا و آلاسکا در سال 1964 بر جای گذاشت، مطالعات گستردهای در رابطه با آن صورت گرفته و روشهای متعددی برای ارزیابی پتانسیل روانگرایی نهشتههای خاکی ارائه شده است [3] که در حالت کلی به دو دسته الف) روشهای آزمایشگاهی؛ ب) روشهای تجربی، تقسیم میشوند. بدلیل مشکلات موجود در تهیه نمونههای دست نخورده از خاکهای فاقد چسبندگی و ایجاد شرایط صحرایی نظیر حالتهای تنش در نمونهها، بسیاری از مهندسین ترجیح می دهند که روشهای تجربی را برای مطالعه خود انتخاب نمایند [4].
از جمله روابط تجربی ارزیابی پتانسیل روانگرایی، روابط بر مبنای داده های حاصل از آزمایشات صحرایی نظیر آزمون نفوذ استاندارد(SPT)، آزمون نفوذ مخروط (CPT) و اندازه گیری سرعت موج برشی میباشد. انتخاب روش تحلیل پتانسیل روانگرایی، بر اساس نوع داده های موجود صورت میگیرد [5]. با بهره گرفتن از این روشها، مقادیر فاکتور ایمنی در برابر روانگرایی در اعماقی از خاک که اطلاعات ژئوتکنیکی آنها در دسترس باشد قابل محاسبه خواهد بود.
زمینآمار یک روش درونیابی برای تخمین مقادیر یک پارامتر دلخواه با بهره گرفتن از یک سری داده محدود از نظر تعداد است. این روش قابل کاربرد برای داده هایی است که دارای توزیع فضایی هستند. در این روش، با بهره گرفتن از تکنیک کریجینگ[8] میتوان مقادیر پارامتر مورد نظر را در نقاطی که نمونهبرداری نشده است با توجه به نقاط اطراف آن تخمین زد [6].
در این پژوهش سعی شده است به ارزیابی پتانسیل روانگرایی در مقاطع مختلف واقع در مسیر خط دو متروی تبریز پرداخته شود.
این پایان نامه در پنج فصل تنظیم شده است. فصل اول که فصل حاضر میباشد؛ مقدمه، اهداف و ساختار پایان نامه را معرفی می کند؛ در فصل دوم پس از نگرش اجمالی به پدیده روانگرایی و آسیبهای سطحی ناشی از آن و نیز نحوه تاثیر روانگرایی بر سازههای زیرزمینی و راهکارهای مقابله با این اثرات، روشهای مختلف ارزیابی پتانسیل روانگرایی مورد بررسی قرار میگیرد. در فصل سوم به تئوری روش زمینآمار و مرور مطالعات موردی صورت گرفته در زمینه استفاده از روش کریجینگ در ارزیابی پتانسیل روانگرایی خاکها پرداخته می شود.
فصل چهارم به معرفی وضعیت لرزهخیزی، سطح ایستابی، زمین شناسی و نیز داده های حاصل از مطالعات ژئوتکنیکی صورت گرفته در مسیر خط دو متروی تبریز اختصاص یافته است.
در فصل پنجم، با ترکیب روش کریجینگ معمولی[9] و رابطه تجربی یود و همکاران[10] مقادیر فاکتور ایمنی در برابر روانگرایی در نهشته خاک واقع در مسیر خط دوی مترو تبریز تخمین زده می شود؛
در نهایت در فصل ششم ضمن نتیجه گیری از مجموع بررسیها و محاسبات انجام شده، پیشنهادهایی جهت ادامه مطالعات ارائه می شود.
2-1-پدیده روانگرایی
روانگرایی به معنی پدیده شکل گیری لرزهای فشارهای آب منفذی بزرگ در خاکهای دانهای است که طی آن خاک از یک وضعیت جامد به حالت مایع تبدیل می شود [7].
در خاکهای ماسهای، قبل از وقوع زلزله ذرات خاک در تماس با یکدیگر قرار دارند (شکل 2-1-الف). این امر موجب می شود که مقاومت برشی خاک، τ، پایداری سازهای که در سطح زمین قرار دارد را تامین نماید. نهشتههای ماسهای نسبتا سست ریزدانه که در زیر سفره آب زیرزمینی قرار گرفتهاند، هنگامی که تحت اثر بارهای لرزهای قرار گیرند تمایل به کاهش حجم پیدا می کنند. در صورتیکه زمان کافی جهت خروج آب منفذی از بین دانه های خاک موجود باشد، خاک حالت متراکمتری گرفته و مقداری آب از آن خارج میگردد. با توجه به اینکه در حین زلزله و بارگذاریهای سریع زمان کافی جهت زهکشی وجود ندارد، در اثر تمایل به تراکم فشار آب منفذی، u، افزایش مییابد. با تداوم ارتعاش، بر میزان فشار آب به تدریج افزوده شده و به مقدار تنش کل سربار، σ، نزدیک می شود. در نهایت زمانی فرا میرسد که تنش کل برابر فشار آب منفذی گردد. در این حالت بر اساس رابطه زیر تنش سربار موثر، ، برابر صفر شده و تماس بین دانهها از بین میرود:
(2-1)
از طرف دیگر با توجه به اینکه در خاکهای دانهای اشباع، مقاومت برشی با بهره گرفتن از معادله 2-2 بدست میآید، با از بین رفتن تنش موثر، ماسه ناگهان مقاومت برشی خود را از دست داده و رفتاری شبیه رفتار یک مایع از خود نشان میدهد. این پدیده روانگرایی نامیده می شود (شکل 2-1-ب) .
(2-2) τ= σ’ tanφ’
که درآن، به معنی زاویه اصطکاک داخلی خاک میباشد.
پس از وقوع روانگرایی، همزمان با خروج آب، تماس بین ذرات خاک مجددا برقرار شده و حالتی مانند آنچه که در شکل 2-1-ج نشان داده شده است، بوجود می آید که همان گیرش مجدد توده خاک، لیکن پس از وقوع مقدار زیادی نشست است. کاهش حجم در خاک نشست کرده، برابر حجم آب حفرهای است که از خاک خارج شده است. مکانیزم پدیده روانگرایی در خاکهای واقعی بسیار پیچیدهتر هست، زیرا از روی هم قرار گرفتن ذرات با اندازه های مختلف تشکیل یافتهاند [8].
شکل2-1- شماتیک رفتار ذرات خاک الف) قبل، ب) بعد، ج) حین روانگرایی [8].
2-3- آسیبهای ناشی از روانگرایی خاکها
به طور تقریبی میتوان گفت که در پی تمامی زمینلرزههای بزرگ، شواهد روانگرایی وجود داشته است [10]. این پدیده اغلب در عمق اتفاق میافتد که به دلایل مختلفی ممکن است تا سطح زمین توسعه نیابد. بنابراین شواهد سطحی بیانگر وقوع روانگرایی خاک هستند، اما عدم وجود مشاهدات سطحی الزاما به معنای عدم وقوع آن نیست [11]. آسیبهای ناشی از روانگرایی در حالت کلی شامل دو دسته میباشد: الف) آسیبهای سطحی، ب)آسیبهایی که بر سازههای زیرزمینی وارد می شود. با توجه به اینکه خرابیهای سطحی پس از زمینلرزه قابل رویت میباشند، مطالعات گستردهای در ارتباط با آنها صورت گرفته است. با این وجود به دلیل کمبود شواهد صحرایی حاصل از ابزاربندی و نیز پیچیدگی مدلسازی خسارات ناشی از روانگرایی بر روی سازههای زیرزمینی، مطالعات صورت گرفته در زمینه دسته دوم آسیبها محدود و گاها بحثبرانگیز است [14-12].
در ادامه این بخش، در ابتدا به آسیبهای سطحی ناشی از روانگرایی به اختصار اشاره میگردد و سپس آسیبهایی که امکان وقوع آنها در سازههای زیرزمینی وجود دارد، با تفصیل بیشتری مورد بحث قرار میگیرند.
2-3-1-آسیبهای سطحی
از جمله آسیبهای سطحی ناشی از روانگرایی خاکها، میتوان به فوران ماسه، نشست و گسترش جانبی زمین و خسارات ناشی از حرکت رو به بالای سازههای زیرزمینی اشاره نمود . در شکل 2-2 نمونه واقعی این خرابیها نشان داده شده است.
آسیبهای ناشی از روانگرایی بر سازههای زیرزمینی
تاسیسات زیرزمینی که در اعماق کم در خاکها احداث میگردند، امروزه کاربردهای وسیعی از خطوط لولهکوچک (از قبیل خطوط لولهای که برای انتقال گاز طبیعی و ذخیره آب استفاده میشوند) گرفته تا سازههای زیرزمینی بزرگ (نظیر مترو، راهآهن و تونلهای بزرگراه) پیدا کرده اند.
از نظر تاریخی، گزارشهای مربوط به خسارات ناشی از روانگرایی خاکها در سازههای زیرزمینی، در مقایسه با سازههای سطحی، کمتر بوده است. با این وجود گزارشهای متعددی وجود دارد که مبین درجات مختلفی از آسیبها در تونلها و فضاهای زیرزمینی است. در اثر وقوع زمینلرزه کوبه در سال 1995 خسارات متعددی به سیستم مترو، نظیر ریزش ایستگاه دایکای، وارد شد. در طی زلزله دوزکه (1999) در ترکیه، یک تونل بزرگراه دچار ریزش شد. زمینلرزه تایوان (1999) نیز خسارات شدیدی بر تونلهای کوهستانی در مرکز شهر بوجود آورد. خرابیهای ایجاد شده در سازههای زیرزمینی بزرگ، همچنین در زمینلرزههای دیگر نظیر تانگشان (1976) در چین و لوما پریتا (1989) در آمریکا نیز مشاهده شده است [16].
مطالعات انجام گرفته در خصوص خرابیهای سازههای زیرزمینی بزرگ که در طی بارگذاری زلزله اتفاق میافتد، عمدتا شامل بررسی رفتار سازههای محصور شده بوسیله خاکهای غیر روانگرا است [17، 18]. بر اساس این مطالعات، روشهایی نیز جهت طراحی مقاوم آنها در برابر بارهای لرزهای ارائه گشته است [18]. در مقابل، اگرچه روانگرایی خاکهای اطراف ممکن است منجر به آسیبهای جدی گردد، مطالعات عددی [12، 16، 22-19] و آزمایشگاهی [23] کمی در خصوص رفتار لرزهای سازههای زیرزمینی بزرگ محصور با خاک روانگرا می تواند یافت شودکه در این میان روشهای عددی تایید شده نظیر روش المان محدود، به طور موفقیتآمیزی به منظور تحلیل این سازهها و مسائل اندرکنش خاک و سازه مورد استفاده قرار گرفتهاند.
بر اساس این مطالعات، به استثنای برکنش سازه در اثر روانگرایی، پاسخ لرزهای درون صفحهای سازههای زیرزمینی مشابه عملکرد گزارش شده آنها در خاکهای غیر روانگرا است [16].
2-3-2-1- انواع خرابیهای سازههای زیرزمینی در اثر وقوع روانگرایی
بر اساس مشاهدات به دست آمده، از جمله آسیبهای ناشی از روانگرایی بر سازههای زیرزمینی میتوان به حرکت رو به بالای سازه در اثر فشار بالا برنده ناشی از افزایش فشار منفذی در خاکهای روانگرا شده، گسترش جانبی زمین و نشست سازه در اثر فرایند تحکیم پس از روانگرایی اشاره نمود [3، 12، 16، 21، 22].
در این میان، حرکت رو به بالای سازه زیرزمینی مورد مطالعات گستردهای قرار گرفته است که در ادامه بدان پرداخته می شود.
فشار برکنش موثر بر زیر سازههای زیرزمینی که بوسیله روانگرایی خاکهای اطراف آن ایجاد می شود، موجب جابجایی سازهها به طرف بالا میگردد. این جا به جایی به سمت بالا آماس سطح زمین را در پی خواهد داشت [3]. برکنش سازه به همراه آماس سطح زمین ناشی از آن، در شکل 2-3 نشان داده شده است. با توجه به این شکل که نمونه ای از تحلیل صورت گرفته بوسیله لیو و سونگ[10] [3] است، میزان آماس در سطح زمین با دور شدن از موقعیت سازه به تدریج کاهش مییابد.
شکل 2-3- وضعیت تونل الف) قبل، ب) پس از وقوع روانگرایی خاکهای اطراف آن [3].
لیو و سونگ [3]، مکانیزم برکنش سازه را بصورت مراحل زیر بیان نموده اند:
[دوشنبه 1399-10-01] [ 11:11:00 ب.ظ ]
|