مطالعه عددی روانگرایی پی های آبرفتی سدهای خاکی تحت بارگذاری زلزله

مطالعه پایداری لرزه ای، تخمین پتانسیل روانگرایی خاک ها در طی زلزله و پیش بینی خسارات احتمالی آن بر سازه های مهم واقع بر آنها، در کنار مطالعه روش های کاهش این مخاطرات، یکی از موضوعات مهم در مهندسی ژئوتکنیک لرزه ای است که مستقیماً دارای منافع اقتصادی و در عین حال ایمنی، برای کشورهای لرزه خیز می باشد. روانگرایی از سال 1964 به بعد، پس از زلزله های نیگاتای ژاپن و گودفرایدی آلاسکا، سبب توجه مهندسین ژئوتکنیک گردید و کوشش اولیه برای تفسیر پدیده روانگرایی توسط کاساگرانده انجام شد . وقوع این پدیده در مصالح آبرفتی در تعدادی از زلزله های کشورمان، ایران، از جمله زلزله منجیل در سال 1369، نشان از قابلیت اینگونه مصالح، جهت روانگرا شدن در طی زلزله می باشد. در اجرای سدهای خاکی، پس از ارزیابی پی و مواجهه با مشکلاتی نظیر عدم تراکم لایه ها و روانگرایی، با برداشت لایه های آبرفتی، سد بر پی سنگی مستقر می گردد. اگر چه این کار در مورد سدهای بزرگ منطقی است اما در سدهای کوچک خاکی که خصوصاً در ساختگاه های آبرفتی مشکل دار عمیق احداث می شوند، می تواند منجر به صرف هزینه های هنگفت و یا غیراقتصادی شدن و در نتیجه توقف طرح گردد. در عوض می توان با روش های اصلاحی، مخاطرات روانگرایی را در مصالح آبرفتی کاهش داده و سد را بر روی آنها بنا نهاد. با در نظر گرفتن اهداف مطروحه، استفاده از روش هایی جهت پیش بینی رفتار مصالح آبرفتی، ضروری است. با اینحال، معمولاً در ارزیابی پتانسیل روانگرایی، بدلیل دشواری در تعیین پارامترهای واقعی مصالح پی و مشکل مدل سازی شرایط تنش برجا، از روشهای تجربی و یا ساده شده استفاده می شود. اولین بار سید و ادریس در سال 1970، یک روش ساده شده را ارائه دادند که بوسیله آن خطر روانگرایی با ارائه یک ضریب ایمنی که در آن بارگذاری زلزله در نظر گرفته می شد، بیان می گردید. اینگونه روش ها که بر مبنای تحلیل تنش کل قرار دارند، بخوبی نمی توانند طبیعت رفتار محیط دو فاز خاک و آب را که در فرآیند تولید فشار آب حفره ای اضافی در مصالح دانه ای، تحت بار سیکلی، می تواند به روانگرایی بینجامد، پیش بینی کنند. محدودیت این روش های ساده شده، توسط مطالعات موردی روی نمونه های واقعی و مدلهای فیزیکی کوچک مقیاس به اثبات رسیده است. نگرش جدید در مطالعه عددی روانگرایی، استفاده از تحلیل های دینامیکی غیرخطی با در نظر گرفتن رفتار متقابل هیدرومکانیکی و مدل خاک برپایه تنش موثر می باشد که تولید فشار آب حفره ای را در فرآیند بارگذاری- باربرداری سیکلی شبیه سازی نماید. در این پایان نامه، روانگرایی پی آبرفتی یک سد خاکی نوعی، در دو شرایط ژئوتکنیکی متفاوت، با استفاده از مدل رفتاری فین به همراه برنامه تفاضل محدود دو بعدی فلک، نسخه شماره 5، به روش تحلیل غیرخطی، مطالعه و تأثیر احتمالی احداث سد در پتانسیل روانگرایی پی آبرفتی و متقابلاً تأثیر روانگرایی پی بر عملکرد لرزه ای بدنه سد، بررسی گردیده است. در نظر گرفتن عواملی نظیر مدول برشی برجای اولیه، تغییر مدول برشی با کرنش برشی، ایجاد و محو همزمان فشار آب حفره ای، تغییرات تنش نرمال متوسط موثر، میرایی هیسترتیک و سخت شدگی در محاسبه پاسخ لایه های ماسه ای اشباع در هنگام وقوع زلزله و درنظرگرفتن تأثیرات ساخت، تحلیل شبکه جریان و اعمال زلزله به روش دینامیکی، مبانی و پیش فرضهای تحقیق حاضراست. نتایج این مطالعات با نتایج تحلیل دینامیکی سد خاکی مستقر بر پی سنگی مقایسه شده است. هم چنین در این پژوهش، روش های اصلاح و بهسازی پی های آبرفتی، نظیر تزریق، لرزه شناوری، لرزه شناوری توأم با احداث ستون شنی، زهکشی برای کاهش مخاطرات روانگرایی مورد ارزیابی عددی و اقتصادی قرار گرفته تا راهکارهای ایمن و اقتصادی احداث سدهای خاکی کوچک در پی های آبرفتی عمیق، شناسایی گردد. نتایج حاصل، نشان می دهد که احداث سد، بسته به مشخصات ژئوتکنیکی و عمق استقرار لایه های پی آبرفتی و تراز شتاب بیشینه اعمالی، به دلیل ایجاد سربار ماندگار می تواند منجر به افزایش تراکم نسبی، تنش موثر و مدول برشی و کاهش متناظر کرنش برشی و فشار آب حفره ای، در پی آبرفتی گردد. کاهش یا محو پتانسیل روانگرایی در برخی از نقاط پی آبرفتی از این تأثیر، حاصل می گردد. ارزیابی نتایج مطالعات نشان می دهد که می توان با روش های اصلاحی، مخاطرات روانگرایی را در مصالح آبرفتی کاهش داده و در چارچوب یک طرح اقتصادی، سدهای کوچک خاکی را در ساختگاه های آبرفتی اصلاح شده، احداث نمود.