بررسی اثر ناهمسانی توأم مقاومت برشی و نفوذپذیری مصالح در پایداری سازه های ژئوتکنیکی

چکیده در مصالح رسوبی لایه لایه، با توجه به اینکه رفتار مکانیکی محیط در جهات مختلف یکسان نمی‏ باشد، لذا از این نظر نوعی ناهمسانی در مقاومت مصالح ایجاد می‏ شود، و وقتی در یک چنین محیط‏ هایی جریان آب وجود داشته باشد، نفوذپذیری آن در جهات مختلف یکسان نبوده در نتیجه از این نظر نیز نوعی ناهمسانی در نفوذپذیری پدید می‏ آید. در محیط‏ های ژئوتکنیکی لایه لایه، ناهمسانی در رفتار مکانیکی و نفوذپذیری مصالح، از اهمیت ویژه‏ای برخوردار است. در این پایان ‏نامه، بحث ناهمسانی در نفودپذیری و رفتار مکانیکی مصالح به‏ صورت توأم در نظر گرفته شده است. بحث ناهمسانی در رفتار مکانیکی مصالح با فرض وجود صفحات ضعیف در مدل و همچنین با فرض وجود ناهمسانی در مدول الاستیسیته و نسبت پواسون جهات مختلف در نظر گرفته شده است، و بحث ناهمسانی در نفوذپذیری با در نظر گرفتن مقادیر مختلف نفوذپذیری در جهات لایه‏ بندی و عمود بر آن، در نظر گرفته شده است. در ابتدا، برای تحلیل شیروانی ‏های سنگی لایه لایه در محیط‏ های آب‏دار، که به لحاظ مقاومت برشی و نفوذپذیری ناهمسان می‏ باشند، از مدل توده سنگ ubiquitous joint(uj) استفاده شده است. برای این حالت، با مدل‏ سازی یک شیروانی سنگی، تأثیر نسبت های مختلف ناهمسانی در نفوذپذیری بر روی توزیع فشار آب حفره‏ای، سطح آزاد آب، بردار جریان آب و خطوط هم پتانسیل به‏ دست آمده است. همچنین ضرایب اطمینان پایداری شیروانی برای حالات مختلف ناهمسانی در نفوذ‏پذیری و زوایای مختلف شیب لایه‏ بندی محاسبه شده است. ملاحظه شد که با افزایش نسبت ناهمسانی در نفوذپذیری، در زاویه شیب لایه‏ بندی کمتر از 20 درجه، ضریب اطمینان پایداری کاهش پیدا می ‏کند. اما برای زوایای بیشتر از 60 درجه، نسبت ناهمسانی در نفوذپذیری تأثیر زیادی در مقدار ضریب اطمینان ندارد. در ادامه، مدل رفتاری جدیدی با تمرکز بر ناهمسانی در رفتار مکانیکی مصالح در قالب برنامه تفاضل محدود، تهیه شده است که در این مدل بر خلاف مدل uj (که در آن روابط تنش-کرنش در محدوده الاستیک، همسان است)، روابط تنش- کرنش در محدوه الاستیک، ناهمسان می ‏باشد. مدل رفتاری جدید برای شرایط همسان جانبی و حالت کرنش مسطح تهیه شده است. در این مدل، قابلیت اعمال پارامترهای مدول الاستسیته و نسبت پواسون جهات مختلف فراهم شده است. در ادامه، شبیه‏ سازی گام به گام تونل انحراف آب سد صفا که ساختگاه آن از سنگ‏های رسوبی لایه لایه تشکیل شده، صورت گرفته است. برای این حالت، منحنی ‏های اندرکنش زمین، همگرائی تونل، تغییر مکان ‏های اطراف تونل، توزیع تنش ‏ها، توزیع فشار آب حفره‏ای بررسی شده است. همچنین تأثیر ناهمسانی در نفوذپذیری و مدول الاستیسیته بر روی موارد ذکر شده بحث شده است. با توجه به این‏که توده سنگ ساختگاه در مقطع مورد بررسی نسبتاً قوی می‏باشد، ملاحظه شد که نسبت ناهمسانی در نفوذپذیری بر روی تغییر مکان قائم تاج تونل و توزیع تنش‏ها در اطراف آن، تأثیر زیادی ندارد؛ اما با کاهش نسبت ناهمسانی در مدول الاستیسیته، تغییر مکان قائم تاج تونل افزایش یافته و مقدار توزیع تنش در اطراف تونل، کاهش یافته است. همچنین نحوه‏ی همگرائی تونل، با تغییر نسبت ناهمسانی در مدول الاستیسیته، تغییر پیدا می‏کند. با توجه به اینکه زاویه شیب لایه‏بندی 20 درجه است، در نسبت ناهمسانی در مدول الاستیسیته کمتر از 1، تغییر شکل تونل به سمت چپ اتفاق افتاده است، ولی با افزایش نسبت ناهمسانی در مدول الاستیسیته، تغییر شکل تونل به سمت راست اتفاق می ‏افتد. در ادامه، تأثیر زوایای مختلف شیب لایه‏ بندی ساختگاه بر روی تغییر مکان‏ ها و منحنی‏های اندرکنش زمین در شرایط رفتار مکانیکی ناهمسان و نفوذپذیری همسان، بررسی شده است. در حالتی‏که نسبت ناهمسانی در مدول الاستیسیته برابر 2/0 و نفوذپذیری همسان باشد، مشاهده شد که با تغییر زاویه شیب از حالت افقی به حالت قائم، مقدار تغییر مکان ‏های قائم تاج و طرفین تونل افزایش یافته است. در نهایت، در شرایطی ‏که نسبت ناهمسانی در مدول الاستیسیته برابر 2/0 است، با مقایسه نتاج مدل ارائه شده با نتایج مدل uj، ملاحظه شد که در حالت لایه‏ بندی افقی، مقدار تغییر مکان ‏های اطراف تونل، حاصل شده از مدل uj بیشتر از مقادیر به‏ دست آمده از نتایج مدل m_uj می‏باشد و در حالت لایه‏بندی شیب‏دار و قائم، مقدار تغییر مکان‏های قائم اطراف تونل به‏ دست آمده از نتایج مدل m_uj بیشتر از مقدار تغییر مکان‏های حاصل از نتایج مدل uj می‏باشد. کلمات کلیدی: ناهمسانی در نفوذپذیری و رفتار مکانیکی مصالح، سنگ لایه لایه، ناهمسانی جانبی، مدل رفتاری.