الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 58000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
ترانشه خاک برداری / شیروانی خاک برداری, خاک غیر اشباع, عکس برداری سریع از اجزای تغییر شکل یافته خاک (سرعت سنجی به کمک ذرات نشانگر) (PIV), تنش مکش, سطح فروپاشی
دپارتمان مهندسی راه و ساختمان و محیط زیست، کالج معدن کلورادو، کانادا
ژورنال مهندسی ژئوتکنیک و زمین شناسی محیطی
مرجع به انگلیسی
American Society of Civil Engineers, Hydrologic Science and Engineering, Colorado; School of Mines, Golden, Canada; Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering
این مقاله نسبت به تعمیم آنالیز خاک برداری / برش – عمودی کولمن در خصوص خاک های اشباع نشده اقدام می نماید. به منظور آزمایش این تئوری، ماسه اشباع نشده در یک حالت تخلخل یکنواخت و با میزان رطوبت یکسان تحت سیستم آزمایشگاهی فشرده شد. یک درب کشوئی، با قابلیت تعمیم بلندی سطح آزاد ترانشه / شیروانی، بسمت پایین کشیده شد تا آنکه خاک ها به صورت عمودی پخش شوند. تصاویر دیجیتال سطح مقطع این شیروانی و سطح فوقانی آن به صورت همزمان حاصل شد. یک ابزار اخیرا ارائه شده در خصوص عکسبرداری سریع از اجزای تغییر شکل یافته خاک (سرعت سنجی به کمک ذرات نشانگر) (PIV) نیز جهت مشخص نمودن میزان جابجایی خاک مورد استفاده قرار گرفت. تحلیل PIV نشان دهنده موقعیت کرنش در فواصل مختلف از درب کشویی قبل از انجام فرایند فروپاشی می باشد. نواحی دارای کرنش موضعی بصورت منطبق یا متلاقی با موقعیت تاج شیروانی پس از فروپاشی مشخص شدند. پارامترهای مربوط به ویژگی مقاومت برشی و ویژگی خاک – آب ماسه به صورت جداگانه برای کاربرد در تحلیل های تعمیم یافته ثبات خاک برداری / برش عمودی و مشخص نمودن زاویه سطح فروپاشی مورد آزمایش قرار گرفتند. میزان ارتفاع فروپاشی آزمایشی در محدوده ۳/۲۲% بلندی پیش بینی شده با استفاده از تئوری تعمیم یافته مشخص شد.
کلمات کلیدی: ترانشه خاک برداری / شیروانی خاک برداری، خاک غیر اشباع، عکس برداری سریع از اجزای تغییر شکل یافته خاک (سرعت سنجی به کمک ذرات نشانگر) (PIV)، تنش مکش، سطح فروپاشی
تئوری ثبات شیروانی های خاک برداری عرضی با اشباع نسبی
مقدمه
شیروانی خاکبرداری و فروپاشی دیواره ای / صخره ای به عنوان یکی از مسایل ژئوتکنیکی به شمار می آیند که پیش بینی آنها مشکل است. رخدادهایی که سبب بروز لغزش زمین و تشکیل جریانی از خار و خاشاک یا پسماندهای مرتبط می شوند به طور قابل توجهی مورد بررسی قرار گرفته اند (Iverson و همکاران، ۱۹۹۷، Springman، و همکاران، ۲۰۰۳، Godt و همکاران، ۲۰۰۹) تا از این طریق قابلیت کاهش شرایط هیدرومکانیکی موجود در سطح برشی قبل از بروز پدیده فروپاشی وجود داشته باشد. با توجه به افزایش درک ما در ارتباط با مکانیزم های شکست این ویژگی ها، روش هایی جهت حل مشکلات تثبیت شدگی ـ حالت شیروانی به طور پیوسته مورد بازنگری و بررسی قرار گرفته اند، بطور مثال (Keefer و Larsen، ۲۰۰۷). Cooper و همکاران (۱۹۹۸) نوعی حرکت اولیه در ارتباط با یک مقیاس میدانی در مسئله فروپاشی گودال خاک رس را با استفاده از سنجش های نقطه ای مورد بررسی قرار دادند. Petley (2004) همچنین نوعی سطح فروپاشی انتشار یافته به سمت بیرون در طی یک فروپاشی شیروانی خاک رسی کنترل شده را تشخیص دادند که در آن از یک شبکه سیستم های کشش سنج و شیب سنج استفاده شده بود.
در این مطالعه، یکسری از آزمایشات انجام شد که در آن اقدام به شبیه سازی فرایند فروپاشی یک شیروانی عرضی ماسه اشباع نشده گردید. این آزمایشات در یک دستگاه دارای درب کشویی انجام شد که با قابلیت افزایش سطحی بلندی وجه عمودی آزاد شده می تواند سرعت فروپاشی سریع را تداعی نماید. مقادیر متغیر آب با ماسه ترکیب شده و حجم ماسه تا یک چگالی یکنواخت فشرده شد. پارامترهای خاک ـ آب و مقاومت برشی برای استفاده در یک تئوری خاکبرداری عمودی اندازه گیری شد که در این تحقیق مقادیر مرتبط با آنها ارائه شده اند. روش PIV، قبل از باز کردن درب کشویی، جهت مشخص سازی میدان جابجایی ذرات با توجه به حجم خاک مورد استفاده قرار گرفت. جابجایی های این PIV نیز جهت مشخص سازی زاویه و سطح فروپاشی اعمال شد ـ که به عنوان یک پارامتر مهم در تحلیل های خاکبرداری عمودی تلقی می شود. بعلاوه پیش بینی های حاصله نیز با بلندی خاکبرداری عمودی مشاهده شده در لحظه فروپاشی مقایسه شدند.
تئوری ثبات شیروانی های خاک برداری عرضی با اشباع نسبی
سابقه تئوریکی
جهت مشخص سازی نقش میزان متغیر رطوبت در ارتباط با بلندی بحرانی شیروانی های اشباع نشده، یک چارچوب تنش مؤثر کلی برای خاک های اشباع نشده بکار گرفته شد. مفهوم تنش مکشی، در ابتدا در مباحث Lu و Likos (2004، ۲۰۰۶) ارائه شد، که به عنوان یک رویه تعمیم یافته تنش مؤثر نوع بیشاب (Bishop) برای خاک های اشباع نشده مدنظر است:
گسترش تئوری کولمن
کاربردپذیری مفهوم تنش ـ مکش در ارتباط با تنش های مؤثر در خاک های اشباع نشده فراهم آورنده یک راهکار مناسب جهت بکارگیری تحلیل های فروپاشی نوع ـ Mohr-Coulomb جهت خاک های متغیر اشباع شده می باشد. معیار فروپاشی کلاسیک Mohr-Coulomb مشخص کننده یک پوشش فروپاشی به عنوان ضریب تنش های برشی و نرمال در امتداد سطح لغزشی به شرح ذیل می باشد:
روش آزمایشی
به منظور آزمایش تئوری پیشنهادی، یک دستگاه خاص شیروانی ـ برش / خاکبرداری عمودی در آزمایشگاه ساخته شد. این دستگاه به صورت مستطیل شکل می باشد و بر روی میز با ابعاد ۶۲ سانتی متر از نظر طول ´ ۲۰ سانتی متر از نظر عرض ´ ۵/۴۰ سانتی متر از نظر ارتفاع قرار گرفته است (شکل ۲). متعاقباً یک مقدار ماسه نیمه همگن بدون چسبندگی (که تحت عنوانGranusil 2095، Unimin، Le Sueur،Minnesota فروخته می شود) با دانه های نسبتاً درشت (d50=1.4 mm، Unimin) در آزمایشات خاکبرداری عمودی مورد استفاده قرار گرفت. قبل از شروع آزمایشات ارزیابی های PIV، خواص خاک ـ آب و مقاومت برشی نمونه خاک مشخص شد.
آزمایش پارامترهای ماسه
پارامترهای خاک ـ آب Genuchten (1980) در ارتباط با ماسه آزمایشی با استفاده از سلول جریان انتقال ـ محوری تحت محیط آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت (Wayllace و Lu، ۲۰۱۲). با استفاده از SWCC حاصله از طریق این روش، SWCC از معادله (۵) محاسبه شد.
تئوری ثبات شیروانی های خاک برداری عرضی با اشباع نسبی
آزمایشات خاکبرداری عرضی
به منظور مشخص سازی مؤثر دفرمه شدگی در سطح برشی اندازه گیری شده با استفاده از ابزار PIV، هر آزمایش می بایست تا اندازه ای اعمال شود تا آنکه فروپاشی سریع حاصل گردد. شکل ۲ نشان دهنده تصاویر از زاویه کناری و فوقانی دستگاه خاکبرداری عمودی می باشد. درب کشویی در بخش شیارهای ماشین کاری شده در جداره های کناری [در سمت راست سطح x-z (شمای کناری)] و بخش فوقانی سطح x-y (شمای فوقانی، شکل ۲) نصب شد. جداره های کناری با استفاده از یک صفحه آلومینیومی از یک طرف محکم شده و در انتها نیز با استفاده از این صفحه به منظور به حداقل رسانی انحراف این فرایند انجام شد. جداره های کناری نیز به صورت فوق العاده در بخش فوقانی با استفاده از تیرهای آلومینیومی کوچک (با پهنای ۶/۰ سانتیمتر) در کنار درب کشویی و در مرکز دستگاه تقویت شدند.
آنالیز PIV
GeoPIV 8.01 (White و همکاران، ۲۰۰۱) سعی در تشخیص جابجایی ذرات ماسه در هر یک از آزمایشات فروپاشی نمودند. تصویر دیجیتال جداره کناری گرفته شده از ناحیه فوقانی در هر بار پایین آوردن درب با استفاده از نرم افزار GeoPIV گرفته شد. شبکه ای از بخش های مختلف متشکل از بخش های به درازای ۲۰ سانتیمتر و به بلندی ۳۰ سانتیمتر در کنار درب با استفاده از تصاویر جداره کناری و یک گرید ۲۰ ´ ۲۰ سانتیمتری در پشت درب با استفاده از تصویر فوقانی حاصل شد (شکل ۲). هر یک از این بخش ها دارای پیکسل های ۸۰ ´ ۸۰ می باشند (در حدود ۵/۶ ´ ۵/۶ میلیمتر) و به گونه ای طراحی شدند تا در بردارنده چندین نوع ذرات دانه ای خاک به منظور حاصل آوردن دقیق تصاویر مربوطه از جابجایی ذرات باشند. تصویر مرجع نیز برای شیروانی خاکبرداری و به هنگامی که درب کشویی در موقعیت فوقانی قرار داشت (H=0 cm) حاصل آمد. کلیه تصاویر متعاقب به صورت سری با تصویر مرجع جهت محاسبه جابجایی ها مورد مقایسه قرار گرفتند. [White و همکاران ۲۰۰۳، نیز فراهم آورنده جزئیات مرتبط با راهکار همبستگی متقاطع بین تصاویر مرجع و تصاویر اندازه گیری شده می باشند.]
تئوری ثبات شیروانی های خاک برداری عرضی با اشباع نسبی
نتایج
نتایج حاصله از آزمایشات لابراتواری استحکام برشی خاک و تابع ابقاء رطوبت در جدول ۱ نشان داده شده اند. زاویه اصطکاک ۵/۵۷ درجه بین دانه های خاک، ، از شش آزمایش برشی مستقیم مجزا حاصل آمد. SWCC و SSCC محاسبه شده از آزمایش سلول سیال که در شکل ۳ مشخص شده است حاصل آمده اند. این منحنی ها جهت مشخص سازی مقدار آب ترکیبی با حجم خاک برای آزمایشات خاکبرداری عمودی مورد استفاده قرار گرفتند.
تحلیل و مباحث
دفرمه شدگی شمای فوقانی
مشخصه های جابجایی از تحلیل های PIV شمای فوقانی نشان دهنده یک شکل هذلولی می باشد که از نقطه نظر شکلی مشابه با تاج شیروانی پس از فروپاشی است. به هنگامی که H افزایش می یابد، میزان جابجایی افزایش یافته و از درب کشویی در طی این آزمایش فاصله می گیرد. از آنجایی که حرکت اصلی حجم خاک در مسیر x است ـ به سمت درب کشویی ـ کرنش حاصله در مسیر x از طریق حاصل آوردن اولین مشتق جهت دار جابجایی های PIV در تصویر فوقانی محاسبه شد. کرنش در مسیر x برای H=13 cm سانتیمتر در آزمایش E در شکل ۸ نشان داده شده است. تاج این شیروانی در شکل ۸ به صورت خط بریده نشان داده شده است در حالی که فروپاشی شیروانی به صورت H در حد ۳/۱۳ سانتیمتر گسترش یافته است. متعاقباً تاج بعدی تقریباً برابر با این موقعیت می باشد و شکل ناحیه بالاترین کرنش محاسبه شده در مسیر ـ x نیز نشان داده شده است (شکل ۸). به هنگامی که H افزایش می یابد، مساحت بالاترین کرنش موضعی از نقطه نظر اندازه افزایش یافته اما در همان موقعیت یکسان تا فروپاشی ناگهانی حفظ می شود.
آنالیز نمایی کناری
میزان جابجایی PIV از نمای کناری محاسبه PIV به طور روشن قابلیت مشخص سازی موقعیت حرکت سطح فروپاشی را ندارد. ویژگی های این مؤلفه با حالت جهت گیری به سمت پایین در حدود ۶۰ درجه مشخص می شود که سازگار با زاویه شیروانی پس از فروپاشی نیست (تقریباً ۷۲ درجه در کلیه آزمایشات). در صورتی که b در حدود ۶۰ درجه در نظر گرفته شود، هیچگونه راه حلی برای معادله (۱۰) با توجه به هر کدام از مقادیر محتوای رطوبت خاک وجود نخواهد داشت، چرا که نیروی برشی فراتر از نیروی معمول مقاومت از بلوک لغزشی نخواهد بود. مجدداً، تحلیل خاکبرداری عمودی تعمیم یافته مشخص کننده سطح فروپاشی و گسترش آن به سمت پنجه خاکبرداری مرتبط می باشد، همانگونه که در تحلیل اصلی Culmann (1866) مشخص شده است. ویژگی های جابجایی آزمایش E (شکل ۶) را نمی توان برای ویژگی های مرتبط با این پنجه در ارتباط با فرایند خاکبرداری تعمیم داد آن هم به هنگامی که H به میزان ۱۰ سانتیمتر و بزرگتر باشد. کرنش در مسیر x نیز برای تصاویر نمای کناری محاسبه شده، اما نتایج برای تشخیص موقعیت سطح فروپاشی در ناحیه پنجه و تاج کامل نیستند.
کاربرد PIV برای تحلیل خاکبرداری تعمیم یافته عمودی
بلندی فروپاشی بحرانی، Hcr، از طریق قرار دادن متغیرها در جداول ۱ و ۲ و زاویه سطح فروپاشی، b، در معادلات (۹) و (۱۰) مشخص شد. زاویه سطح فروپاشی نیز از طریق مشخص سازی تانژانت بلندی شیروانی، H، در قیاس با فاصله از درب کشویی با بلندترین کرنش محاسبه شده از تحلیل PIV نمای فوقانی، حاصل آمد. نتایج محاسبات برای هر کدام از آزمایشات خاکبرداری عمودی در شکل ۱۰ نشان داده شده است، همراه با بلندی شیروانی تجربی در زمان فروپاشی. بلندی های فروپاشی بحرانی محاسبه شده دارای یک خطای RMS (RMSE) به میزان ۳/۲۲% در مقایسه با بلندی های فروپاشی تجربی بر مبنای اصطکاک جداره کناری می باشد. تحلیل تعمیم یافته بدون اصطکاک جداره کناری دارای یک RMSE 5/88% در مقایسه با این آزمایشات می باشد. هر دوی این تحلیل ها قابلیت پیش بینی بلندی فروپاشی را نداشته، اما اضافه نمودن تأثیر جداره کناری سبب ارتقای پیش بینی شده است (شکل ۱۰). میزان تغییرپذیری در H پیش بینی شده، به وسیله میله های خطا مشخص شده و از برآوردهای میزان مختلف رطوبت حجم خاک پس از هر آزمایش تعیین و محاسبه شد (جدول ۲). اضافه نمودن اصلاح جداره کناری تحلیل خاکبرداری عمودی خود مؤکد آن است که روش PIV را می توان جهت پیش بینی بلندی بحرانی خاکبرداری عمودی تحت محیط آزمایشگاهی و همچنین محاسبه کرنش موضعی در بخش فوقانی حجم خاک بکار گرفت. بر مبنای شکل ۱۰، ارزیابی اصلاح شده قابلیت پیش بینی فروپاشی قبل از بروز واقعی این پدیده را خواهد داشت آن هم با توجه به رویکرد خاکبرداری عمودی تجربی Hcr. بر این مبنا، ترکیب تحلیل تعمیم یافته داده های تجربی در شکل ۱۰ ارائه دهنده برخی از نکات کلیدی در این زمینه می باشد.
تئوری ثبات شیروانی های خاک برداری عرضی با اشباع نسبی
نتیجه گیری
تئوری کولمن (۱۸۶۶) برای بلندی بحرانی شیروانی های عمودی به منظور بررسی شرایط غیراشباع نیز بکار گرفته شد. تئوری تعمیم یافته همچنین مسئول تأثیرات اصطکاک و چسبندگی در امتداد نواحی حاشیه ای عرضی می باشد، که قابلیت کاربرد برای آزمایشات ثبات شیروانی در محیط آزمایشگاهی را خواهد داشت. ابزاری که به طور فزاینده ای برای وظایف ژئوتکنیکی بکار گرفته می شود، PIV، نیز جهت مشخص سازی و تشخیص حرکت ذرات به کوچکی ۰۵/۰ میلیمتر قبل از فروپاشی بکار گرفته شد. نتایج PIV نیز جهت ارزیابی زاویه سطح فروپاشی به منظور پیش بینی بلندی بحرانی فروپاشی با استفاده از تحلیل های تعمیم یافته پیشنهادی در اینجا بکار گرفته شده اند.
بلندی های فروپاشی در محدوده ای از ۹/۳ سانتیمتر برای پایینترین میزان رطوبت مشخص شده است. یک میدان جابجایی نیز مشاهده شد که در آن بالاترین میزان در امتداد درب کشویی رخ داده و تدریجاً با فاصله گیری از درب کاهش یافته است. کرنش در مسیر درب کشویی نیز با استفاده از نمای فوقانی به میزان ۵/۰ الی ۵/۲% محاسبه شد. منطقه دارای بالاترین میزان کرنش موضعی منطبق با موقعیت حقیقی تاج فروپاشی شیروانی می باشد. با استفاده از زاویه فروپاشی، خاک ـ آب، و پارامترهای استحکام یا مقاومت خاک، بلندی فروپاشی بحرانی با استفاده از RMSE به میزان ۳/۲۲% و با بهره گیری از تحلیل خاکبرداری تعمیم یافته عمودی پیش بینی شد.
ضمیمه. توسعه تئوریکی یک تئوری تعمیم یافته Culmann برای شیروانی های خاکبرداری غیراشباع با اصطکاک جداره کناری
ضریب ایمنی برای شیروانی خاکبرداری به وسیله تقسیم نیروهای مقاوم بر نیروهای فعال در امتداد سطح فروپاشی محاسبه شده است. نیروهای فعال در شبیه سازی آزمایشگاهی شیروانی خاکبرداری که مشخص کننده ضریب ایمنی (FS) می باشند به شرح ذیل مشخص می شوند:
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
