مدلسازی عددی در ژئوتکنیک و سازه

وبلاگی در زمینه نکات جالب مدلسازی در عمران علاقمندان برای دریافت مطالب رمز دار با پرداخت هزینه می توانند آنرا دریافت نمایند .

numerical analysis of the slope stability
نویسنده : رضا حیدری - ساعت ٥:۳۱ ‎ب.ظ روز ۱۳٩۱/٧/۱۳
 

تحلیل عددی پایداری شیروانی در خاک رس در شرایط زهکشی نشده (چسبندگی زهکشی نشده ثابت در عمق )

نویسنده : رضا حیدری – کارشناس ارشد عمران ( رشته خاک و پی )

طرح موضوع :

موضوع بررسی منحصر به گود برداری در خاک رس در شرایط زهکشی نشده ( چسبندگی زهکشی نشده ثابت در عمق ) می باشد موضوعات مهم این بررسی عبارتند از :

توضیح موضوع ( زاویه و ارتفاع ایمن گودبرداری در این نوع خاک )

تحلیل دستی مساله ( تعیین شکل سطح لغزش و نوع لغزش )

بررسی روش تحلیل نرم افزاری موضوع ( نوع مساله و بررسی تطابق نتایج تحلیل نرم افزاری با روش های مختلف با تحلیل دستی )

زمینها بر حسب نوع به انواع ذیل تقسیم می شوند . لذا حداکثر شیب مجازگودبرداری در زمین های متفاوت به منظور رعایت ایمنی گود به شرح جدول ذیل در نظر گرفته می شود :

شیب مناسب شیروانی ( بر حسب درجه )

نوع زمین

90

دج

75

سخت

60

حدودا سخت

45

سست

30

فاقد چسبندگی ( ماسه و خاک دستی )

لازم به ذکر است که ارتفاع مجاز گود برداری در زمین های فوق با رعایت شیبهای فوق الذکر محدود به 2 تا 2.5 متر بوده و در اعماق بیشتر بایستی زاویه شیب افزایش یابد .

مساله مورد بررسی شامل گود برداری در زمین رسی نرم می باشد . اهداف مورد مطالعه عبارتند از تعیین زاویه مناسب گود برداری – تعیین حداکثر ارتفاع گود برداری ( دراین حالت ضریب اطمینان برابر یک می باشد ) – تعیین شکل سطح لغزش – تعیین نوع لغزش . مشخصات خاک به شرح جدول ذیل می باشد :

جدول (1 ) : پارامتر های خاک

مقدار

نام پارامتر

17.65 کیلونیوتن برمترمکعب

وزن مخصوص خاک

31.7 کیلونیوتن برمترمربع

چسبندگی زهکشی نشده

تحلیل گام به گام مساله :---------------------------------------------------------------------------------------

گام اول : تعیین زاویه مناسب برای گود برداری : با توجه به جدول فوق این زاویه بایستی 45 درجه انتخاب شود . ولی دراین صورت باید عمق بستر مقاوم درزیر لایه سست مشخص گردد ( در بررسی تحلیل پایداری نیاز خواهد بود . این موضوع در بررسی دیگری در وبلاگ منتشر می شود . ) در اینجا به دو دلیل زاویه گود برداری را 60 درجه انتخاب نموده ایم . ( برای توضیح به جدول ذیل مراجعه شود )

جدول (2) : نوع سطح لغزش

شیب شیروانی

نوع سطح لغزش با توجه به زاویه شیروانی

بیش از 53 درجه – محاسبات دستی مربوط به عدد پایداری و حداکثر عمق گودبرداری ساده است .

دایره پای شیروانی

کمتر از 53 درجه - محاسبات دستی مربوط به عدد پایداری منوط به دانستن نسبت عمق ( نسبت عمق قرارگیری لایه سخت به عمق گود ) می باشد .

دایره پای شیروانی یا کمرکش یا عمیق

با توجه به جدول فوق دایره لغزش از نوع پای شیروانی خواهد بود .

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

گام دوم : حال ازرابطه زیر عمق مجاز گود برداری را می یابیم :

(m=cu/(gamma*H

(m is stability number ( taylor curve

که بعد از جایگذاری به عمق9.21 متر می رسیم .

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

گام سوم : حال از رابطه زیر شعاع دایره لغزش را می یابیم :

r=H/2sinasin(b)/2

a زاویه  بین خط واصل دو نقطه ابتدا و انتهای دایره لغزش با سطح افق

b نصف زاویه مرکزی دایره لغزش

که این پارامترها از نمودارهایی که به این منظور ارایه شده است به دست می آید . ( اصول مهندسی ژئوتکنیک : جلد اول مکانیک خاک – فصل پایداری شیروانی های خاکی )

که بعد از جایگذاری به عدد 13.66 متر می رسیم .

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

گام چهارم : حال فاصله بین لبه شیروانی در بالای گود و محل تقاطع دایره لغزش با سطح زمین در بالای گود را می یابیم .

که می توان از رابطه زیر استفاده نمود :

((S=H*(cotga-cotg(beta
beta is slope inclination 

که بعد از جایگذاری به عدد 7.836 متر می رسیم .

تحلیل نرم افزاری و بررسی نتایج : هدف از تحلیل نرم افزاری تطبیق عمق گودبرداری با روش تحلیل دستی می باشد . در ادامه در مورد سایر نتایج به دست آمده بحث می شود .

جدول (3) : نتایج تحلیل پایداری

روش تحلیل پایداری شیب

ضریب اطمینان

سایر مشخصات

تحلیل دستی

1.00

نوع دایره لغزش = دایره پای شیروانی

شعاع دایره لغزش = 13.66 متر

فاصله بین لبه شیروانی در بالای گود و محل تقاطع دایره لغزش با سطح زمین در بالای گود = 7.836 متر

Slide software( 2D limit equilibrium slope stability program) – I use bishop simplified method in this example

1.029

نوع دایره لغزش = دایره پای شیروانی

شعاع دایره لغزش = 13.63 متر

فاصله بین لبه شیروانی در بالای گود و محل تقاطع دایره لغزش با سطح زمین در بالای گود =7.665 متر

Flacslope software with phi-c reduction teqnique

Coarse mesh=0.97

Medium mesh=0.95

Fine mesh = 0.94

Fine mesh gives the realistic results comparision with analytical solution (realistic failure surface shape & realistic safety factor )

 

Preliminary slope stability analysis with slide software

EVALUATION OF ULTIMATE SAFTY FACTOR WITH FLACSLOPE SOFTWARE

Fine mesh for Check of medium mesh -  realistic failure surface and safety factor  

attention : this safety factor is the realistic safety factor

همانطور که دیده می شود در هنگام تحلیل نرم افزاری پایداری بشیبها بایستی دو  عامل مهم در نظر گرفته شود : اول : استفاده از نرم افزار تخصصی برای تحلیل این نوع مسایل در تخمین اولیه ضریب اطمینان - دوم : استفاده از نرم افزاری تحقیقاتی برای در نظر گرفتن برخی پارامترها ( در حالتی که مطالعات جامع مد نظر می باشد . )

همانطور که دیده می شود در نرم افزار FLAC SLOPE تاثیر کاهش پارامترهای مقاومت برشی در هرگام تحلیل عددی تا وقوع گسیختگی منجر به نتیجه کمتری در محاسبه ضریب اطمینان شده است . و این حالت به عنوان حالتی بحرانی و واقعی در تحلیل پایداری شیروانی در نظر گرفته می شود .

جمع بندی و نتیجه گیری :

نتایج به دست آمده از این بررسی را می توان به شرح ذیل خلاصه نمود :

در تحلیل دستی پایداری شیروانی بایستی از مراحل گام به گام استفاده نمود و عمق مجاز گود برداری را تخمین زده و در نهایت نتایج به دست آمده را با یک نرم افزار مناسب کنترل و تطبیق داد .

انتخاب شیب مناسب خاکبرداری بستگی به نوع خاک دارد .

نتایج به دست آمده با روش دستی بایستی با نرم افزار یکسان باشند ( شکل سطح لغزش – نوع لغزش - ارتفاع مجاز گود - .... )

در تحلیل واقعی پایداری شیروانی ها به روش نرم افزاری بایستی یک تحلیل اولیه در مورد عمق مجاز گود برداری داشت ( در این حالت ضریب اطمینان برابر واحد است ) و سپس اقدام به تحلیل واقعی عددی با استفاده از نرم افزارهای دیگر به منظور بررسی موارد جامع ( کاهش گام به گام پارامترهای مقاومت برشی در طول تحلیل تا وقوع گسیختگی و اندازه المانها بر نتایج تحلیل پایداری ) پنمود .

(( لطفا ضمن مطالعه این مطالب نظرات خود را به آدرس میل و یا وبلاگ زیر ارسال نمایید و احیانا زمینه های مطالعاتی و نتایج کارهای تحقیقاتی و نرم افزاری خود را نیز برایم ارسال نمایید. ما همواره کار علمی و گروهی را دوست داریم . متشکرم ))

rhrh1920@hotmail.com

http://www.ggsd.persianblog.ir/

http://www.gg.blogfa.com/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 
 
تحلیل عددی پایداری شیروانیها
نویسنده : رضا حیدری - ساعت ٩:۱٧ ‎ب.ظ روز ۱۳٩۱/٧/۱٢
 

تحلیل عددی پایداری شیروانیها

نویسنده : رضا حیدری – کارشناس ارشد عمران (رشته خاک و پی)

در صورتی که سطح زمین به صورت شیبدارتحت زاویه ای با افق ایستاده باشد به آن شیروانی خاکی آزاد گفته می شود . شیروانی خاکی ممکن است طبیعی یا مصنوع بشر باشد به این معنی که خاکریزی و یا خاکبرداری منجر به ایجاد شیروانی خاکی می شود . درشیروانی خاکی مولفه وزن تمایل به حرکت دادن توده خاک به سمت پایین دارد . وقتی این مولفه به قدر کافی بزرگ باشد لغزش شیروانی رخ می دهد . در تحلیل پایداری شیروانی ها چندین سطح لغزش آزمایشی مورد بررسی قرار می گیرد و سطح لغزشی که دارای کمترین ضریب اطمینان است به عنوان محتمل ترین و بحرانی ترین سطح لغزش انتخاب می شود . ( سطح لغزشی که دارای کمترین ضریب اطمینان می باشد . ) در این حالت تنش برشی ایجاد شده در طول سطح لغزش با مقاومت برشی خاک در طول سطح لغزش مقایسه می گردد و بر این اساس ضریب اطمینان در مقابل لغزش به صورت نسبت مقاومت برشی به تنش برشی (نیروی مقاوم به نیروی محرک )محاسبه می شود که به این فرآیند تحلیل پایداری شیروانی می گویند . تحلیل پایداری شیروانی با توجه به عواملی همچون تخمین لایه بندی و مقاومت برشی خاک که مهمترین عوامل در تحلیل پایداری شیروانی ها هستند و همچنین وجود عواملی از جمله باربرروی شیب و آب زیرزمینی ( نشت آب ) کار بسیار دشواری است و استفاده از روش های تحلیل دستی در تحلیل پایداری شیروانی ها به جز برای شیبها با هندسه و شرایط مرزی ساده کاری بسیار مشکل و بعضا ناشدنی و همراه با خطا است . در این خصوص نرم افزارهایی وجود دارند که می توان با استفاده از آنها تحلیل پایداری شیروانی را با هر نوع هندسه و شرایط مرزی به سرعت و با دقت بالایی انجام داد در تحلیل پایداری شیروانیها قبل از استفاده از روش های عددی و نرم افزار بایستی مسایل ذیل را مد نظر داشت                                                                                                                                             

شیب مناسب شیروانی خاکی با توجه به نوع خاک یا به عبارتی شیب مناسب برای خاکبرداری یا خاکریزی

حداکثر ارتفاع مجاز شیروانی خاکی بدون نیاز به استفاده از سیستم های نگهدارنده من جمله  شمع – نیل – مهار خرپایی و سایر سیستمها 

روش گود برداری در خاک مثلا استفاده از سکو ( برم ) در هنگام خاکبرداری یا خاکریزی به منظور تام پایداری شیب با داشتن حاشیه اطمینان

تحلیل دستی مساله با روش های ساده چون روش توده برای خاکهای همگن که  روش توده امروژه به ندرت استفاده می شود و یا در حالت کلی استفاده از روش قطعات که این روش برای شیبهای ساده کاربردی است و استفاده از آن وقت گیر نمی باشد

تعیین نوع و شکل سطح لغزش در تحلیل دستی  اینکه لغزش از نوع کم عمق یا عمیق است – اینکه سطح لغزش دایروی یا غیر دایروی است

این موارد از جمله موارد مهم در تحلیل ها ی اولیه می باشند که عدم دقت به آنها نتایج ناخوشایندی را در تحلیل های عددی خواهد داشت

در تحلیل های عددی نیز بایستی چند مساله مد نظر قرار گیرد که اهم انها عبارتند از

تحلیل دستی و تطبیق نتایج با تحلیل های عددی در مواردی چون کنترل نوع لغزش - شکل سطح لغزش - حداکثر ارتفاع گودبرداری یا خاکریزی با توجه به شیب شیروانی 

امکان ساده سازی مسئله از جمله در نظر گرفتن پارامترهای تاثیرگذار برتحلیل پایداری شیروانی – در نظر گرفتن لایه های خاک موثرکه سطح لغزش آنها را قطع می نماید 

روش تحلیل پایداری شیروانی از جمله روش المان محدود یا تفاضل محدود 

انتخاب نرم افزار مناسب برای تحلیل عددی ( در نظر گرفتن عواملی چون چک کردن اندازه المان بر نتایج در یک بار تحلیل و تطبیق نتایج عددی با نتایج تحلیل دستی – تعیین نوع و شکل سطح لغزش بحرانی – تعیین سطوح لغزش محتمل – تعیین شعاع دایره لغزش ( اگر سطح لغزش دایروی باشد ) – تعیین مختصات مرکز دایره لغزش – تعیین فاصله افقی لبه گود تا محل تقاطع سطح لغزش بحرانی و سطح زمین – تعیین فاصله افقی پای گود تا محل تقاطع سطح لغزش بحرانی و کف گود – امکان در نظرگرفتن تاثیر کاهش پارامترهای مقاومت برشی در حین تحلیل پایداری ( لازم به توضیح است که در واقع در نرم افزارهای تحلیل عددی پایداری شیروانی ها از رویه ای استفاده می شود که براساس آن در حین لغزش گوه خاک در امتداد سطح لغزش بحرانی پارامترهای مقاومت برشی در هر گام تحلیل عددی کاهش می یابند تا جایی که گسیختگی اتفاق می افتد که این رویه تحت عنوان                                                                                                                                                                                                                                                               

Phi – c reduction technique

نامگذاری شده است

انتخاب روش تحلیل پایداری شیروانی : در این خصوص روش های مختلفی از جمله بیشاپ ساده شده – جانبوساده شده - جانبو اصلاح شده – مورگنسترن پرایس – اسپنسر- فلنیوس و .... وجود دارند که در این بین روش بیشاپ ساده شده از همه روش ها پر استفاده تر می باشد و اگر بتوان برای آن برنامه ای مناسب نوشت می تواند به عنوان روشی ساده اما کاربردی در تحلیل پایداری شیب مورد استفاده قرار گیرد . به هر حال رسم براین است که در پروژه های بزرگ از روش بیشاپ ساده شده در تحلیل های اولیه استفاده شده و سپس درمراحل تکمیلی با استفاده از روش اسپانسر نتایج کنترل و نهایی می شوند                                                 

لذا در این خصوص برآن شدم تا موضوعات ذیل را در خصوص پایداری شیروانی ها به دوستان و علاقه مندان ارایه نمایم . این موارد طی روزهای آینده در وبلاگ منتشر خواهد شد

First Section

اطلاعاتی در خصوص نو ع خاک و زاویه گودبرداری مناسب درانواع خاک ها

بررسی عددی پایداری شیروانی درخاک رس همگن در شرایط زهکشی نشده ( با چسبندگی زهکشی نشده ثابت در عمق ) با شیب شیروانی بیش از 53 درجه

بررسی عددی پایداری شیروانی درخاک رس همگن در شرایط زهکشی نشده ( با چسبندگی زهکشی نشده ثابت در عمق ) با شیب شیروانی کمتر از 53 درجه

بررسی عددی پایداری شیروانی درخاک رس همگن در شرایط زهکشی نشده ( با افزایش چسبندگی زهکشی نشده درعمق )

بررسی عددی پایداری شیروانی درخاک دارای چسبندگی و اصطکاک

بررسی عددی پایداری شیروانی درخاک های لایه لایه

 

Second section

معرفی نرم افزار های تحلیل پایداری شیروانی

تحلیل و مقایسه نتایج تحلیل پایداری شیب در نرم افزارهای المان محدود و تفاضل محدود

Descriptions and Essential points about flacslope software