دانلود پایان نامه

شکل 2-2- خرابی سطحی ناشی از حرکت رو به بالای یک سازه زیرزمینی [15].
2-3-2- آسیبهای ناشی از روانگرایی بر سازههای زیرزمینی
تاسیسات زیرزمینی که در اعماق کم در خاکها احداث میگردند، امروزه کاربردهای وسیعی از خطوط لوله کوچک (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 کردهاند.
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 میتواند 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 میشود.
فشار برکنش موثر بر زیر سازههای زیرزمینی که بوسیله روانگرایی خاکهای اطراف آن ایجاد میشود، موجب جابجایی سازهها به طرف بالا میگردد. این جابهجایی 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 نمونهای از تحلیل صورت گرفته بوسیله لیو و سونگ [3] است، میزان آماس در سطح زمین با دور شدن از موقعیت سازه به تدریج کاهش مییابد.

مطلب مرتبط :   مقاله درباره بیماری پارکینسون و علایم بالینی

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 نمودهاند:
توسعه اضافه فشار منفذی منجر به کاهش سریع میزان سفتی خاکهای اطراف سازههای زیرزمینی میشود؛
وزن مخصوص موثر کوچک سازه زیرزمینی، به دلیل تفاضل فشارهای قائم موثر بر آن، آن را مستعد برکنش میسازد و
تغییر شکل یا جریان خاکهای اطراف ،در اثر کاهش سفتی، منجر به فشرده شدن خاکهای واقع در زیر سازه شده و سازه را به طرف بالا میراند .
میزان برکنش ناشی از روانگرایی تحت تاثیر عوامل متعددی قرار دارد. برخی از این عوامل عبارتند از:
دامنه بارگذاری: با افزایش دامنه شتاب افقی زمینلرزه، میزان برکنش سازه و آماس سطح زمین افزایش مییابد؛
زاویه اتساع: افزایش زاویه اتساع خاک، موجب افزایش حجم آن در طی بارگذاریهای سیکلی و در نتیجه کاهش اضافه فشار منفذی شده و در نتیجه اثرات روانگرایی بر سازههای زیرزمینی کاهش مییابد؛
وجود لایه غیر روانگرا در بالای خاک روانگرای اطراف سازه: لایه غیر روانگرای واقع در بالای خاک روانگرا میتواند موجب کاهش برکنش و آماس ناشی از آن شود. در بدترین شرایط، لایه غیر روانگرا تا بالای سازه ادامه دارد. بهترین حالت زمانی اتفاق میافتد که کل فضای زیرزمینی بوسیله لایه غیر روانگرای فوقانی احاطه شود.
عمق سازه: افزایش عمق سازه منجر به افزایش فشار سرباره و در نتیجه کاهش حرکت رو به بالای سازه و سطح زمین میشود [21، 3].
2-3-2-2- راهکارهای مقابله با خرابیها
با بهبود بخشیدن خاک اطراف فضاهای زیرزمینی، میتوان تنشها و تغییر شکلهای اطراف تونل را که در اثر روانگرایی خاکهای اطراف بوجود میآید تا حد قابل قبول کاهش داد [3].
بر اساس مطالعات صورت گرفته راهکارهای متفاوتی به منظور حذف یا کاهش برکنش ناشی از روانگرایی سازههای زیرزمینی بزرگ پیشنهاد گردیده است که شامل تراکم یا جایگزینی خاکهای اطراف، نصب زهکش شنی [24]، تزریق [13 و 16] و نصب دیوارهای آببند [3، 18، 25] است.
نصب دیوارهای آببند، در مقایسه با سایر روشها، توانسته است روش موثر و بسیار مقرون به صرفهای در جهت کاهش اثرات روانگرایی بر سازههای زیرزمینی بزرگ باشد.
شکل 2-4 نحوه نصب دیوارهای آببند را به منظور کاهش میزان حرکت رو به بالای سازه زیرزمینی نشان میدهد. همانطور که در این شکل نشان داده شده است، دیوارهای آببند به منظور موثر واقع شدن، بایستی به اندازه کافی به داخل خاک غیر روانگرای زیرین نفوذ نماید. برای ساخت این دیوارها از روشها و مواد مختلفی میتوان استفاده نمود. در صورتیکه از مواد با نفوذپذیری بالا استفاده شود، مسیرهای زهکشی بیشتری بوسیله این دیوارها فراهم خواهد شد.