نشریه زمین شناسی مهندسی، ویژه نامه دومین همایش لرزه خیزی البرز 74

مدلسازی فیزیکی نیروی دینامیکی خاک بر دیوار مخازن مدفون با استفاده از میز لرزان و مقایسه با
روابط تحلیلی

حامد حاتمینیا، محمد خانمحمدی، عباس قلندرزاده؛ دانشگاه تهران، پردیس دانشکدههای فنی، دانشکده مهندسی عمران
تاریخ: دریافت 81/1/94 پذیرش 99/9/94چكيده
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

مخازن سازه هایی برای نگه داری سییات هتیدند یه در اب،یاد، اشی از و از ین هیایمخدلف ساخده می شوند. امروزه اسدفاده از مخازن برای ذخیره آب، فراوردههای نفدی و… رواج چشمگیری یافده است. در شور ما برای مخازن شب ه آبرسانی ا ثر شهرها، از مخازن مدفون متدطیل ش ل بدنی اسدفاده میشود. متئلۀ مهم در رابطه با شناخت رفدار لیرزه ای ایین مخیازنبحث اندر نش خاک و سازه است. با تو ه به این ه نشریه 891 سازمان برنامه و بود ه بیرایطراحی دیوارهای مخازن، رابطه مونونوبه ی او ابیه را تویییه میی نید، هیدا از ایین تح یی به دست آوردن فشار و نیروی دینامی ی وارد بر دیوار مخازن مدفون از سوی خاک در زلزلیه وم ایتۀ آن با روابط آییننامهای و دیگر تح ی ا آزمایشگاهی و تحلیلی است. برای این منظیوراز دسده ای آزمایشهای میزلرزان بر مدز وچک م یاس مخازن مدفون متدطیلی ش ل بدنیی درآزمایشگاه مدز سازی فیزی ی دانشگاه تهران اسدفاده شده است. ندایج حا ی از آن اسیت یه از رابطۀ مونونوبه ی او ابه و وود نیرویی بیش از م دار آزمایشگاهی به دست می آید و رابطی ۀ ارائیهشده سید ی ویدمن به ندایج تح ی ا آزمایشگاهی نزدیک تر است.
واژههای كليدی: مخازن مدفون، اندر نش خاک و سازه، مونونوبه ی او ابه، فشار دینامی ی خاک، مدز وچک م یاس، میز لرزان، سید ی ویدمن
74
مقدمه
فشار انبی خاک بر دیوار در هر دو حالت اسداتی ی و دینامی ی م وله ای اسیت یه افیرادبتیاری در گذشده تح ی ا گتدرده ای در مورد آن انجام داده اند. ناپاییداری دیوارهیا بیه دلییلوقوع حوادث طبی،ی از قدیمی ترین مش لا در حیطۀ مهندسی ژئوت نییک اسیت یه اریرا مخرب زلزله نیز این متئله را پیچیده تر رده است. با و ود پژوهش های وسیع انجام شیده درخصوص پاسخ دینامی ی دیوارها، هنوز تا درک امل متئله و ندرز خرابی هیا فاییلۀ زییادیو ود دارد.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

شناخت یحیح م دار فشار وارده بر دیوار از سوی خاک به منظور طراحی یحیح دیوارهیاو حفظ ان انتان ها اهمیت زیادی دارد. در حالت فشیار اسیداتی ی ندیایج بیه دسیت آمیده ازتح ی ا گون اگون ت ا ح د زی ادی ب ه ی ک دیگ ر ش بیه اس ت، ام ا در قت مت دین امی ی ،ناسازگاری های فراوانی مشاهده شده است. از ملۀ آنها می تیوان بیه تفیاو زییاد در ندیایجبه دست آمده از روشهای تحلیلی و آزمایشگاهی اشاره رد. هم چنین ارائه گزارش های ضید ون یض در رابطه با خرابی دیوار زیرزمین ها و ولۀ پل ها در ن اط مخدلف دنیا بیان گیر ایین امیراست ه فشار دینامی ی خاک به دلیل پیچیدگی فراوان آن بیه درسیدی شیناخده نشیده و نیازمنیدتح ی ا بیش تر است ]8[.
در ارتباط با مخازن مدفون ذخیرۀ آب ه به وفور در شور میا مو یود هتیدند، عمیل یردلرزهای مناسب آنها هنگام زلزله و ب،د از وقوع آن اهمیت زیادی دارد. برای بیان اهمیت ن یشاین مخازن طرح این مطلب افی است ه مهمترین مادۀ حیاتی برای شیهر ی آسییب دییده درزلزله، آب است. با تخریب مخازن آب ،تأمین آب شرب، امداد رسانی و اطفاء حری با مش ل روبرو میشود. از این رو، بررسی رفدار مخازن در برابر زلزله و عمل رد مناسب آنهیا اهمییتدارد. در ارتباط با رفدار لرزهای مخازن مدفون، بحث فشار خاک به عنوان ی ی از نیروهای مؤرر در طراحی دیوار مخازن اهمیت زیادی دارد. در شور ما برای طراحی مخیازن میدفون ذخییرهآب از نشریه 891 سازمان برنامه و بود ه اسدفاده میشود ه این نشریه بیرای طراحیی دییوارمخازن در برابر فشار دینامی ی خاک، رابطی ۀ مونونوبیه ی او ابیه را تویییه میی نید . چنیان یه74
می دانیم این روابط تحلیلی برای سیتدمهای تک فازی خاک و دیوار اسدخراج شیده انید، حیازآن ه دیوار مخازن مدفون علاوه بر داشدن اندر نش با خاک، با آب نیز در تمیاس و انیدر نشهتدند. از طرا دیگر تح ی اتی مبنی بر این ه این رابطیه چنیدان میورد تأییید نبیوده اسیت و مو ب طراحیهای محافظه ارانه و غیراقدصادی میگردد، لزوم تح ی و بررسی رفدار لیرزه ای و فشار خاک وارد بر دیوار مخازن مدفون را فراهم آورده است.

مروری بر تحقيقات انجام شده
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

روش های م،موز نظری برای طراحی دیواره های نگهبان در زلزله، بر اساس ت،ادز حدی و بر پایۀ تحلیل های شبه اسداتی ی، شبه دینامی ی و در حالت هیای خیاص از ابیه یایی لززشییبلوک ها یور می پذیرد. اما هنوز به ارائۀ روشی اربردی برای طراحی دیوارهیای سیاخدمانتحت فشارهای ناشی از زلزله احتاس نیاز می شود. شناخت یحیح م دار فشار وارده بر دیوار از سوی خاک به منظور طراحی یحیح دیوارها و حفظ ان انتان ها اهمیت زیادی دارد.
در ارتباط با ارر اندر نش خاک و سازه بر رفدار لرزهای مخازن، تح ی اتی انجام شده اسیت ه در ادامه به آنها اشاره خواهد شد.
لیواالیوااُگلوُگلو8 ]9[ در ساز 9001 رفدار دینامی ی مخازن متیدطیلی شی ل را بیا در نظیر گیرفدن اندر نش خاک و سیاز با سازه بررسی رد و به این ندیجه رسید ه اندر نش خیاک و سیازه وان،طااپذیری دیوارها و ن خاک ،تأریرا می بر ابه ایی رم مواج سیاز داخل مخزن دارد. این درحالی است ه پارامدرهای ذ ر شده اررا چشم گیری بر میزان نیروهای برش پاییهمخزن و ابه ایی لی آن دارند.
-744871274446

در ساز 9088 لیواالیوااُگلوُگلو و هم اران ]1[ تح ی ی انجام دادند ه در آن به بررسی ارر خاک ریز بر رفدار لرزهای مخازن متدطیلی پرداخده شد. در این تح ی برای ارزیابی رفدار لرزه ای سیتدم مخزن- سیاز- خاکریز، از مدز ا زاء محدود شامل اررا اندر نش خاک- سازه- آب و رفدیارغیرخطی خاک و دیوار اسدفاده شده است. از ندایج این تح ی میتیوان بیرای ت،ییین نیروهیایداخلی، اررا رم مواج و اینرسی خاکریز پشت دیوار در طراحیها اسدفاده رد. Livaoglu .105
ندایج نشان میدهند ه تزییرا در زاویۀ ایط اک داخلیی خیاک بیر رفدیار لیرزهای دییوار وخاکریز مؤرر است. برای این منظور م ایتهای در م ادیر ابه ایی قائم خاکریز، ابیه یایی س ف، م ادیر تنشها و… با تزییر زاویۀ ایط اک داخلی خاک از 92 تا 40 در ه انجام شید ومشاهده شد ه بیشینه ابه اییهای قائم خاکریز تحت تأریر زاویۀ اییط اک داخلیی خیاکقرار میگیرند در حالی ه این پارامدر تأریری زئی بر بیشینۀ پاسخ تنشها در قتمت داخلی و خار ی دیوار مخزن دارد. هم چنین پاسخ رم مواج تحت تأریر اندر نش خا ریزی مخزن نبوده است و تأریر اندر نش خاک و سازه زمانی ه مخزن خالی از آب است خود را بییش تیر نشیانمیدهد. ندایج ست آمده نشان گر آن است ه ت ریب شبه اسیداتی ی مم ین اسیت بیرای درکرفدار دینامی ی سیتدم خاک ریز، دیوار و سیاز نارسا باشد.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

در تح ی ی در ساز 9088 یانوش و قائمم امی ]4[ ارر محدوای فر انتیی زلزلیه بیر رفدیارلرزهای مخازن متدطیلی شی ل بدنیی را بیا اسیدفاده از روش ا یزاء محیدود بیا در نظرگییریاندر نش خاک و سازه بررسی ردند و به این ندیجه رسیدند ه برای مخازن با پیی ییلب، درارر زلزلههای با محدوای فر انتی بات، پاسخ ضربهای سیتدم افیزایش میییابید ایین در حیالیاست ه برای زلزلههای با محدوای فر انتی مدوسط، پاسخ لی سیتدم افزایش خواهد یافت.
یر8 و لیواالیوااُگلوُگلو ]2[ در ساز 9089 یک مدز اربردی تحلیلی برای به دسیت آرودن پاسیخ ابه ایی سیتدم مخزن با در نظر گرفدن اندر نش خاک ریز و سیاز ارائیه ردنید یه در ایینمدز، ارر سیاز به روش هازنر و ارر خاک ریز پشت مخزن با اسدفاده از مدز رم ی فنیر – میراگیرمدزسازی شد.
یر و لیواالیوااُگلوُگلو ]6[ در ساز 9081 تح ی ی عددی ی تجربی برای به دست آوردن مشخصا دینامی ی مخازن بیا در نظیر گیرفدن انیدر نش خیاک و سیازه انجیام دادنید. در ایین تح یی فر ان های مدهای مخدلف ارت،اشی دیوار مخزن ه در تماس با آب و خاک است به ییور عددی و تجربی به دست آمد ه ندایج مشابه یک دیگر بودند. در قتمت تجربیی تح یی بیرایمحاسبه مدهای ارت،اشی دیوار از شدابسنجهایی ه بر دیوار مخزن نصیب مییشیوند و بیرایایجاد ارت،اش از یک لرزاننده ال درونی ی اسدفاده شد. Cakir .1

05
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

با تو ه به بررسیهای یور گرفدیه، ا ثیر تح ی یا انجیام شیده بیه تح یی و بررسییپاسخ هایی چون ابه ایی لی مخزن ، ابه ایی س ف مخزن و… پرداخدهانید و تح ی یی یهبه طور یریح به بررسی میزان و ش ل توزیع فشار دینامی ی خاک بر دیوار مخازن مدفون با در نظر گرفدن اندر نش خاک ی سیاز ی سازه پرداخده باشد یافت نشد. با تو یه بیه تویییه نشیریه891 سازمان برنامه و بود ه، ه رابطه مونونوبه ی او ابه را برای به دست آوردن فشار دینیامی یخاک و طراحی دیوار مخازن مدفون پیشنهاد می ند و این یه ایین روش و تح ی یا تحلیلییمشابه و م،روا برای سیتدمهای تک فازی خاک و دیوار اسدخراج شدهاند بایید گفیت دییوار مخازن مدفون دارای اندر نش دو فازی سیاز و خاک با سازه هتدند و تزم است این حالت با روشهای رایج تحلیلی سیتدم خاک و دیوار م ایته شود. در ادامه اشارهای به ایین روش هیا وتح ی ا انجام شده می شود و در بخش پایانی تح ی ، ندایج آنها با آزمایشهای انجام شده در تح ی حاضر در بررسی فشار دینامی ی خاک بر دیوار مخازن مدفون م ایته می شود.
5. روش مونونوبه ـ اوكابه5
این روش از سوی مونونوبه ]7[ و او ابه ]1[ با توس،ۀ روش ولمب بر ماسه خشک ارائیهگردید. مح ان در این روش س،ی ردند با در نظر گرفدن ارر زلزله به یور شیبه اسیداتی ی، از متائل پیچیده آن دوری رده و راه حلی ساده و اربردی را در اخدیار مهندسان قرار دهنید .
در این روش به منظور در نظر گرفدن تأریر زلزله، ضریب اف ی و قائم شیداب ناشیی از حر یتزمین به مر ز ر ل گوه وارد می شود و با نوشدن م،ادت ت،ادز برای نیروهای نشیان داده شیدهدر ش ل 8، نیروی وارد بر دیوار به دست می آید. برای محاسبه این ضریب باید شداب زلزلیه رات،یین رد، اما این شداب در همه ن اط گوه هنگامی ه موج زلزلیه بیه آن میی رسید ییک سیاننیتت. به همین دلیل باید میانگین عمل رد زلزله مدنظر قرار گیرد ه بر اساس روابیط تجربیی،این ضریب میانگین محاسبه می شود.

1. Mononobe-Okabe
05

شكل 5. فشار های دیناميكی محرک و مقاوم وارد بر دیوار حائل ]4[
در ادامه روابط )8( الی )1( محاسبه فشار محرک و م اوم لرزه ای خاک پشت دیوار با اسدفاده از این روش را نشان میدهد.
15339670

822767781686

در حالت محرک

1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

در حالت م اوم:

1635567-1353688

162367-921888

(
در این روابط:

و

به ترتیب ضرایب اف ی و قائم شداب وارد بر گوه خیاک ، و

به ترتیب شداب گوه در راسداهای اف و قائم،

وزن گوه خیاک ، وزن مخصیوص خیاک،

زاویۀ ایط اک داخلی خاک پشت دیوار،

زاویۀ انحراا دیوار،

زاویۀ ایط اک بین خیاک05
دیوار و

شیب خاکریز است. همچنین

فشار اسیداتی ی خیاک و

و

بیه ترتییبفشار ل و فشار دینامی ی وارد بیر دییوار در حالیت محیرک و

و

در حالیت م یاومهتدند. تزم به ذ ر است نشریه 891 سازمان برنامه و بود ه برای طراحیی دیوارهیای مخیازن مدفون، این رابطه را پیشنهاد رده است.
5. روش سيد و ویتمن5
سید و ویدمن ]80[ با انجام پژوهش های پارامدریک برای بررسیی اریرا زاویی ۀ اییط اکداخلی خاک، زاویۀ ایط اک بین خاک و دیوار، زاویۀ شیب خاک رییز و شیداب وارد بیر گیوهلززش، بر فشار دینامی ی ایجاد شده در پشت دیوار ایده ای دید برای تف یک فشیار محاسیبهشده از روابط مونونوبه ی او ابه به فشار اسداتی ی و اضافه فشار دینامی ی به یور روابیط )9( الی )89( ارائه ردند.
1914967-39787

3919916-39787

4251767-39787

33606089269

33895649269

34200449269



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید