1-1- مقدمه: بکارگيري دو نوع خاک ريزدانه و درشت دانه و در نظر گرفتن متغير هاي پايداري شيب جانبي کانال در دو حالت ساخت و بهره برداري و همچنين تعيين نقش کاهش سريع سطح آب و پارامتر زمان در پايداري شيب
احداث شبکه هاي آبياري مدرن به منظور استفاده بهينه از منابع آب استحصال شده، به عنوان يکي از راهکارهاي اساسي مقابله با وضعيت بحراني آب، همواره مورد توجه بوده و است. در اين راستا تاکنون نزديک به 2 ميليون هکتار از اراضي تحت کشت آبي به شبکه هاي مدرن آبياري و زهکشي مجهز گرديده است. با اين وجود هنوز از نظر کمي، توان بالقوة زيادي در افزايش سطح زير شبکه هاي مدرن آبياري و زهکشـــي وجود دارد و با انجام اين مهم حجم زيادي از منابع آب و خاک کشور در چرخه توليــــد قرار مي گيرد. از طرفي بررسي هاي انجام شده در خصوص عملکرد و وضعيت بهره برداري اين شبکه ها نشان داده اند که اغلب اين شبکه ها در مراحل مختلف بهره برداري دچار مسائل و مشکلاتي هستند که در اثر اين مشکلات اهداف اوليه آنها مورد مخاطره قرار گرفته است. نتايج مطالعات و تحقيقات انجام شده در اين خصوص نشان داده اند که عوامل مربوط به شرايط ژئوتکنيکي بستر اين گونه سازه ها بيشتر از ساير موارد نمود داشته و عدم توجه به آنها نه تنها باعث تخريب سازه ها و شيـب کنـاري کانال ها در سالهاي اول بهره برداري گرديده، بلــکه امر اصلاح و بازسازي را نيز، مشــکل و غيــر اقتصادي مي نمايد. نتيجه تحقيقات نشان داده است که طراحي ضعيف، عمليات نامناسب ساخت، کيفيت پايين مواد تشکيل دهنده، عملکرد و نگهداري ضعيف، شرايط بهره برداري، مسائل فرهنگي و اجتماعي و سر انجام عدم توجه به ويژگي هاي ژئوتکنيکي خاک بستر کانال از مهمترين دلايل تخريب کانال ها مي باشند. عدم توجه به پارامتر هاي ژئوتکنيکي خاک بستر و همچنين توجه نکردن به پارامترهاي پايداري شيب کناري سازه هاي انتقال آب همواره عواقب سنگيني را در پي داشته است، به عنوان مثال احداث کانال برروي خاک هاي مسئله دار بويژه خاک هاي متورم شونده، بدون در نظر گرفتن شرايط ژئوتکنيکي، منجر به تخريب شيب کناري کانال و در نتيجه آسيب ديدگي پوشش بتني مي شود. اجراي عملي مقطع طراحي شد? کانال در ميدان، يک وظيفه چالش برانگيز مي باشد، چراکه پايداري شيب کناري بايد تضمين گردد. پايداري شيب کناري کانال به شدت وابسته به شرايط محلي خاک، مشخصات هندسي مقطع و شرايط بهره برداري از کانال مي باشد. در بسياري از مواقع، شيب کناري با در نظر گرفتن زاويه شيب آزاد خاک انتخاب مي شود. اين در صورتي است که در انتخاب شيب مناسب و پايدار کانال لازم است نقش عوامل متعدد ياد شده يعني، هندسه مقطع و شرايط بهره برداري مورد توجه قرار گيرد.
1-2- اهميت و ضرورت تحقيق:
با توجه به محدوديت منابع آب کشور، هر اقدامي در خصوص استفاده بهينه از منابع آب موجود و جلوگيري از هدر رفت آن امري ضروري و اجتناب ناپذير است. طراحي شيب مناسب و پايدار با توجه به نوع و خواص خاک و در مرحله بعد تثبيت بدنه کانال هاي انتقال آب با پوشش بتني غير مسلح يکي از راهکارهاي اصولي در کاهش نشت آب و افزايش راندمان انتقال آب مي باشند. اين نوع از کانال ها به علت تکنولوژي اجرايي نسبتاً ساده از مرسوم ترين گزينه ها جهت انتقال آب، براي مصارف گوناگون مي باشند. گرچه از نظر هندسي مقطع عرضي کانالهاي انتقال آب را مي توان به شکلهاي متفاوت نظير؛ مستطيلي، دايره اي، سهمي و ذوزنقه اي اجرا نمود، ليکن به لحاظ مسائل فني و اجرائي در پروژه هاي عمراني معمولاً از مقطع ذوزنقه اي استفاده مي شود. همچنين تعيين شکل و ابعاد هندسي کانال ها اغلب بر اساس مسائل هيدروليکي صورت گرفته و به پارامترهاي ژئوتکنيکي بستر توجه چنداني صورت نمي گيرد. در حاليکه احداث کانال بر روي خاک هاي مسئله دار، بدون توجه به مسائل ژئوتکنيکي منجر به آسيب ديدگي شيب خاکريز و پوشش بتني کانال ها شده و خسارات جبران ناپذيري را بدنبال خواهد داشت. مطالعات و بررسي هاي انجام شده در اين خصوص نشان مي دهند اغلب تخريب هاي صورت گرفته در اينگونه سازه ها به دليل عدم توجه کافي به مسائل و شرايط ژئوتکنيکي بستر است، رحيمي و عباسي (2008). لذا، بررسي مسائل ژئوتکنيکي مربوط به نوع خاک، جنس خاک، زاويه اصطکاک داخلي خاک، ميزان تراکم خاک و نحوة خاکبرداري و خاکريزي، تعداد لايه هاي خاکريز، شيب خاکريز، ابعاد و مقطع کانال، سطح آب در کانال، سرعت تغيير سطح آب در کانال و از همه مهمتر ضريب ايمني پايداري شيب جانبي به منظور کاهش آسيب هاي وارده بر کانال ها از اهميت خاصي برخوردار است. شرايط مناسب ژئوتکنيکي بسترکانال ها و توجه به طراحي مناسب شيب جانبي خاکريز تا حدود زيادي تضمين کنندة افزايش عمر بهره برداري اينگونه کانال ها مي باشد. يکي از پديده هاي رايج و اجتناب ناپذير در شرايط بهره برداري کانال ها، پديده ي کاهش سريع سطح آب مي باشد. نيروي زير فشـــار وارد بر کف کانال در حالت کاهش سريع سطح آب و يا اعمـــــال نيروي وزن آب در حالت پر باعث ايجاد تغيير شکل هاي خمشي در پوشش مي شود. حالت کاهش سريع، که بصورت يک سطح آب نسبتاً بالا در زمان سيلاب نمايان شده و در زمان کوتاهي هم از بين مي رود، يکي از شديدترين شرايط بارگذاري است که مي تواند به خاکريز کانال هاي انتقال آب وارد شود. طي اين شرايط، فشار آب حفره اي موجود در خاک ديواره هاي کانال زمان کافي براي محو شدن ندارد، بنابراين منجر به افزايش لنگرهاي خمشي و شکستگي هاي کم عمق و يا عميق در شيب خواهد شد. بار آبي موجود در کانال ها يکي از عوامل مقاوم در برابر لغزش شيب مي باشد، کاهش سريع ارتفاع آب و در نتيجة آن کاهش بار آبي باعث بالا رفتن فشار آب حفره اي در خاک اشباع زيرين شده که اين امر باعث کاهش مقاومت برشي خاک و وقوع شکست در شيب مي شود. علي رغم مطالعات صورت گرفته روي اين مسأله بدليل پيچيدگي هاي رفتاري خاک و مسائل اندر کنشي، همچنان ابهاماتي در خصوص تحليل اين سازها وجود دارد. با عنايت به موارد عنوان شده، اهميت مطالعه و تحقيق بر روي اين موضوع بيش از پيش نمايان مي شود.
1-3- فرضيه تحقيق:
يکي از علت هاي اصلي خرابي کانال ها، عدم طراحي مناسب پايداري شيب مي باشد، به اين صورت که شيب پايدار در يک خاک با توجه به پارامترهاي طراحي کانال و همچنين شرايط ساخت و بهره برداري ممکن است متفاوت باشد. بنابراين تعيين يک هندسه دقيق در مورد بدنه کانال براي پايداري آن بسيار حائز اهميت است. لذا در اين پروژه فرضيه هاي زير مورد بررسي و آزمون قرار گرفتند:
الف) هندسه مقطع عرضي کانال در پايداري شيب جانبي آن تأثير گذار است.
ب) شيب پايدار کانال در خاک هاي مختلف متفاوت مي باشد.
ج) شرايط بهره برداري در پايداري شيب مؤثر مي باشد.
1-4- اهداف تحقيق:
در تحقيق حاضر با بکارگيري دو نوع خاک ريزدانه و درشت دانه و در نظر گرفتن متغير هاي پايداري شيب جانبي کانال در دو حالت ساخت و بهره برداري و همچنين تعيين نقش کاهش سريع سطح آب و پارامتر زمان در پايداري شيب، مدلسازي دوبعدي انجام شده و اقدام به ارائه يکسري ضوابط فني جهت کم کردن اثرات نامطلوب کاهش سريع آب بر پايداري شيب جانبي خاکريز خواهد شد.
2-1- مقدمه:
در صورتي که سطح زمين بصورت شيبدار، تحت زاويه اي با افق قرار گرفته باشد، تشکيل يک سطح شيبدار را مي دهد که ممکن است به يکي از سه حالت شيب هاي طبيعي زمين، شيب هاي که به وسيله خاکبرداري ها بوجود مي آيند و شيب هاي که توسط خاکريزها بوجود مي آيند باشد. در خيلي از حالات لازم مي شود ايمني يک شيب طبيعي يا مصنوعي، که ممکن است در اثر گودبرداري يا خاکريزي ايجاد شده باشد توسط مهندسين کنترل گردد. در اين کنترل مي بايد تنش هاي برشي ايجاد شده در امتداد بحراني ترين و محتمل ترين سطح لغزشي محاسبه شده و با مقاومت برشي خاک مقايسه گردد. به چنين فرايندي تحليل پايداري شيب اطلاق مي گردد.
شکل (2-1): لغزش شيرواني خاک[1]
همانطور که در شکل (2-1) نشان داده شده است، در اين شيب خاکي يکي از مولفه هاي وزن تمايل به حرکت دادن توده خاک به سمت پايين دارد. وقتي اين مولفه به قدر کافي بزرگ باشد لغزش شيب خاک رخ مي دهد. از ديدگاه ايستايي، لغزش وقتي رخ مي دهد که نيروهاي رانش ناشي از مولفه وزن، بر نيروهاي مقاوم ناشي از مقاومت برشي خاک در سطح لغزش غلبه نمايند. لغزش سطح شيبدار مخصوصاً اگر بالاي سطح آن ساختمان و يا تأسيساتي بنا شده باشد و يا لغزش شيب ها در سدهاي خاکي و سازه هاي انتقال آب از جمله کانال هاي آب، خسارت جبران ناپذيري را بوجود مي آورد. به همين دليل اين سطوح بايد طوري طراحي شوند که با رعايت کامل اصول از نقطه نظر اقتصادي، داراي ضريب اطمينان کافي و مطمئن و همچنين پايدار باشد. در اين سطوح نيرو هاي ثقلي و تراوش، عامل اصلي برهم زننده پايداري شيب ها، اعم از طبيعي يا غير آن مي باشد. به طور کلي، مي توان علت اصلي شکست سطوح شيبدار را بيشتر شدن تنش برشي از مقاومت برشي در سطح شکست دانست و بنابراين محاسبات پايداري سطوح شيبدار، در حقيقت مقايسه نيروهايي که باعث گسيختگي مي شوند با نيروهاي که از گسيختگي جلوگيري مي کنند در سطح شکست مي باشد. نيروهاي که در محاسبات مربوط به پايداري سطوح شيبدار در نظر گرفته مي شوند، عبارتند از:
الف) نيروهاي مخرب:
به مجموع نيروهاي که باعث لغزش سطوح شيبدار مي شوند، نيروهاي مخرب مي گويند. يکي از مهمترين اين نيروها، وزن توده خاک بالاي سطح شکست مي باشد. ممکن است ترکيبي از چند عامل باعث لغزش شود. برخي از اين عوامل عبارتند از:
*- افزايش بار خارجي روي سطح شيبدار نظير ساختمان، آب و….
*- افزايش وزن واحد حجم خاک در اثر ازدياد درصد رطوبت
*- خاکبرداري در قسمتي از سطح شيبدار
*- ايجاد تونلي توسط زه آب
*- ضربه نظير انفجار و يا زلزله
ب) نيروهاي مقاوم:
به مجموع نيروهايي که از لغزش سطوح شيبدار جلوگيري مي کنند، نيروهاي مقاوم مي گويند. که مهمترين عامل آن مقاومت برشي خاک در سطح شکست مي باشد. کاهش مقاومت برشي در اين سطح، باعث لغزش سطح شيبدار مي شود. برخي از عوامل که باعث کاهش مقاومت برشي خاک مي شوند، عبارتند از:
*- تورم رس به علت ازدياد درصد رطوبت
*- فشار آب منفذي
*- ترک هاي ايجاد شده در اثر خيس و خشک شدن متناوب خاک
*- انتقال و پيشرفت گسيختگي در مورد خاک هاي حساس
*- از بين رفتن عناصر چسباننده ذرات خاک
*- از بين رفتن فشار منفذي منفي
يافتن سطح لغزش واقعي يکي از مشکلات اساسي در محاسبه پايداري سطوح شيبدار مي باشد، زيرا تحقيقات مکانيک خاک هنوز موفق به تعيين دقيق شکل سطوح لغزش و نوع توزيع تنش هاي داخلي در اين سطوح نگرديده است. در امر طراحي يک سطح لغزش، به عنوان اولين آزمون، در نظر گرفته مي شود. شکل اين سطح بستگي به نوع لغزش خاک دارد. با در نظر گرفتن شرايط تعادل بين نيروهاي مخرب و مقاوم، مقدار ضريب اطمينان سطح منظور شده را در مقابل لغزش محاسبه مي کنند. براي يک سطح شيبدار معمولاً چندين سطح لغزش اختيار کرده و براي همه آنها ضريب اطمينان را محاسبه مي کنند. سطحي که کمترين ضريب اطمينان را دارد، به عنوان سطح لغزش واقعي مورد بررسي قرار مي گيرد.
مقدار ضريب اطمينان هر سطح لغزش را به اين ترتيب تعيين مي کنند که، ابتدا کليه نيروهاي مخرب و مقاوم را روي سطح فوق مشخص کرده و سپس، گشتاور اين نيروها را نسبت به مرکز سطح لغزش محاسبه مي کنند. با در دست داشتن گشتاور نيروها، از رابطه زير ضريب اطمينان بدست مي آيد[1]:
F=(مقاوم گشتاورهاي مجموع )/(مخرب گشتاورهاي مجموع ) (1-2)
حداقل ضريب اطمينان براي خاک هاي که فاقد چسبندگي هستند 1/7 و براي بقيه خاک ها 1/5 در نظر گرفته مي شود.
2-2- انواع گسيختگي:
انواع مهم گسيختگي خاک در شيب ها عبارتست از:
الف) لغزش هاي چرخشي ب) لغزش هاي انتقالي ج) لغزش هاي مرکب
الف) در لغزش هاي چرخشي، سطح گسيختگي ممکن است دايره اي يا غير دايره اي باشد. بطور کلي لغزش هاي دايره اي در خاک هاي همگن و غير دايره اي در خاک هاي غير همگن رخ مي دهد.
شکل (2-2)- الف: لغزش چرخشي دايره اي [1] ب: لغزش چرخشي غير دايره اي[1]
ب) لغزش هاي انتقالي معمولاً در شرايطي پيش مي آيند که شکل سطح گسيختگي تحت تأثير لاية زيرين، که در عمق کمي از سطح شيبدار قرار گرفته است و مقاومت آن به مقدار قابل ملاحظه اي با لاية رويي تفاوت دارد، قرار گرفته باشد. در اين حالت سطح گسيختگي، کم و بيش يک سطح مستوي موازي شيب مي باشد.
شکل (2-3): لغزش انتقالي [1]
ج) لغزش هاي مرکب نيز در شرايطي پيش مي آيند که شکل سطح گسيختگي تحت تاثير لايه زيرين، که در عمق زيادي از سطح شيبدار قرار گرفته است و مقاومت آن به مقدار قابل ملاحظه اي با لايه رويي تفاوت دارد، قرار گرفته باشد. در اين حالت سطح گسيختگي، شامل قسمت انحناء دار و مستوي مي باشد.
شکل (2-4): لغزش مرکب [1]
در عمل، روش هاي که مبتني بر تعادل محدود مي باشند، براي حل مسائل،مورد استفاده قرار مي گيرد. به اين ترتيب که فرض مي شود شکست، در يک سطح گسيختگي فرضي، در آستانه وقوع است. مقاومت برشي لازم براي حفظ شرايط تعادل محدود با مقاومت برشي خاک مقايسه و ضريب اطمينان براي پايداري شيب بدست مي آيد. از بين سطوح فرضي مختلف، آنکه داراي ضريب اطمينان کمتري است، سطح گسيختگي احتمالي مي باشد.

2-3- ضريب اطمينان:
ضريب اطمينان که نشان دهندة ميزان پايداري يک تودة خاکي در برابر گسيختگي است، در حالت کلي به صورت زير تعريف مي شود[1]:
F=?_f/?_d =(خاک متوسط برشي مقاومت )/(شده بسيج متوسط برشي تنش ) (2-2)
ضريب اطمينان را مي توان بر اساس پارامترهاي مختلفي انتخاب نمود. در مورد پايداري شيب هاي خاکي، بر اساس پيشنهاد فلنيوس (1927) ضريب اطمينان عبارت است از نسبت مقاومت برشي موجود به مقاومت برشي لازم براي پايداري[1]:
F=S/? (3-2)
در فرمول (2-3) داريم[1]:
S=? tan???+C (4-2?)
?=? tan???_r ?+C_r (5-2)
C و? پارامترهاي موجود مقاومت برشي وC_r و?_r حداقل اين موارد به منظور پايداري مي باشند.
F=(? tan???+C?)/(? tan???_r+C_r ? ) (6-2)

چنانچه 1 > F بدست آيد لغزش حتما اتفاق مي افتد و براي 1 < F قاعدتاً شيرواني پايدار است، در حالي که 1 = F باشد شيرواني درست در شرايط تعادل حدي است. اگر مشخصه خاصي از خاک يا شيرواني مورد نظر باشد مي توان ضريب اطمينان را بر اساس آن تعريف نمود. به عنوان مثال نسبت به چسبندگي F_c، نسبت به ضريب اصطکاک F_? و نسبت به ارتفاع بحراني موجود شيب F_H داريم[1]:
F_c=c_a/c=(موجود چسبندگي)/(لازم چسبندگي) (7-2)
F_?=tan???_a ?/tan?? =(موجود اصطکاک ضريب)/(لازم اصطکاک ضريب) (8-2)
F_H=H_C/H=(بحراني ارتفاع)/(موجود ارتفاع) (9-2)
مقدار ضريب اطمينان در اکثر سازه هاي خاکي از 1/25 تا 1/5 در نظر گرفته مي شود. از آنجاي که ضريب اطمينان محاسبه شده بر مبناي مشخصات هندسي يک مقطع مشخص بدست مي آيد ولي مشخصات هندسي و فيزيکي مقاطع مختلف در امتداد يک شيرواني بايد با احتساب متوسط مقادير ضريب اطمينان چند مقطع بدست آيـــــد. به عنـــــوان مثال اگر F_1،F_2،F_3 ، ضريب اطميـــنان در سه مقطع به مساحتهايA_1،A_2،A_3 ، باشد، مقدار متوسط ضريب اطمينان اين شيرواني ها عبارت است از[1]:
F=(F_1 A_1+F_2 A_2+F_3 A_3)/(??A?) (10-2)
با فرض همگن بودن خاک در هر مقطع به جاي وزن بخش لغزنده مقدار سطح آن به کار برده شده است.
2-4- انواع لغزش سطوح شيبدار:
در کل لغزش شيرواني در يکي از حالات زير رخ مي دهد:
الف) وقتي لغزش طوري رخ دهد که سطح لغزش، شيرواني را در پاي شيب يا بالاي آن قطع کند، به آن لغزش دامنه مي گويند. دايرة لغزش اگر از پاي شيرواني عبور کند، دايرة پاي شيرواني، شکل (2-5) و اگر از بالاي آن عبور کند، دايرة دامنه ناميده مي شود، شکل (2-6). تحت شرايط خاصي ممکن است مانند شکل (2-7)، لغزش کم عمق دامنه بوجود آيد.
شکل (2-5): لغزش دامنه با دايرة پاي شيرواني [1]
شکل (2-6): لغزش دامنه [1]
شکل (2-7): لغزش کم عمق دامنه [1]
ب) وقتي لغزش طــــوري رخ دهد که سطح لغزش، شيــــرواني را در پايين دست پاي شيــــــب قطع کند، به آن لغزش عميق مي گويند. دايرة لغزش در اين حالت، دايرة عميق ناميده مي شود. مرکز دايرة عميق در روي خط قائمي قرار دارد که از وسط دامنة شيرواني عبور مي کند.
شکل (2-8): لغزش عميق [1]
2-5- روش هاي محاسبه پايداري شيب ها:
روش هاي مختلفي براي تحليل پايداري وجود دارد که در حالت کلي، به دو کلاس اصلي طبقه بندي مي شوند:
2-5-1- روش توده: که در آن کل توده خاک واقع در بالاي سطح لغزش به صورت يک جسم واحد در نظر گرفته مي شود. اين روش وقتي مفيد است که بتوان خاک شيرواني را همگن فرض کرد که البته وجود يک چنين يکنواختي در طبيعت نادر است. اين روش براي تحليل پايداري شيب بسته به شرايط شامل روش هاي مختلفي به شرح زير مي باشد:
*- شيرواني در رس همگن با 0 =?_u (شرايط بدون زهکشي براي خاک هاي چسبنده)
*- شيرواني در رس با 0 =?_u و C_u افزاينده با عمق
*- شيرواني در خاک همگن با 0 < ?_u
در اين قسمت به منظور آشنايي فقط جزئيات مربوط به روش شيرواني در رس همگن با 0 =?_u ارائه مي گردد. براي مطالعة بيشتر در مورد جزئيات ساير روش ها به کتاب اصول مهندسي ژئوتکنيک- جلد اول- تأليف براجا.ام.اس [1] رجوع شود.
*- شيرواني در رس همگن با 0 =?_u (شرايط بدون زهکشي براي خاک هاي چسبنده):
شکل (2-9)، يک شيرواني را در خاک رس همگن نشان مي دهد. حل مسائل در اين روش بر حسب تنش کل مي باشد. يعني فرض بر اين است که خاک صد در صد اشباع بوده و زهکشي نمي شود. اين حالت بخصوص در رابطه با کانال هاي خاکي انتقال آب و يا سد هاي خاکي که سطح آب بطور ناگهاني فروکش نمايد اتفاق مي افتد. زيرا با فروکش کردن ناگهاني سطح آب، آب داخل خاک فرصت زهکشي ندارد و مي توان از روش ساده حالت 0=?_u، ضريب اطمينان در مقابل لغزش را محاسبه نمود.
شکل (2-9): تحليل پايداري شيرواني در خاک رس همگن [1]
اين روش براي خاک هاي رسي در زمان کوتاهي پس از احداث نيز مورد استفاده قرار مي گيرد. سطح شکست در اين روش نيز قسمتي از قوس دايرة فرض مي شود و در محاسبه تعيين ضريب اطمينان تنها تعادل لنگرها مورد بررسي قرار مي گيرد. در اين روش با 0=?_u، پس از رسم سطح لغزش، وزن توده خاک بالاي سطح شکست يعني W محاسبه مي گردد. نيروي W از مرکز ثقل توده خاک بالاي سطح لغزش عبور مي کند.
ضريب اطمينان نسبت به مقاومت برشي[1]:
?_m=?_f/F= c_u/F (11-2)
اگر فاصله افقي نيروي W از نقطه O ، مرکز سطح لغزش، برابرd باشد، و طول قوس سطح لغزش، قوس XY، برابر باL باشد، مقدار گشتاورهاي مقاومM_r و مخرب M_d برابر است با[1] :
M_r=c_u.L_a.r (12-2)
M_d=W. d (13-2)
در اين روابط c ضريب چسبندگي و rشعاع سطح لغزش مي باشد. چنانچه زاويه ? =XOY بر حسب راديان باشد، طول قوس YX برابر است با[1]:
L_a=r? (14-2)
و در نتيجه ضريب اطمينان سطح لغزش برابر است با[1]:
F=M_r/M_d =(c_u.L_a.r)/(W d)=(c_u r^2 ?)/(W d) (15-2)
لنگر حاصل از نيرو هاي خارجي نيز در صورت وجود، بايد درنظر گرفته شوند در حالتي که در خاک ترک هاي کششي ايجاد شود طول قوس کوتاه مي شود و اگر اين ترک از آب پر شود نيرو هاي فشار آب در جهت عمود بر ترک عمل مي کنند. در اين گونه مسائل بايد شيب را براي سطوح مختلف تحليل کرد و حداقل ضريب اطمينان را بدست آورد. چنانچه نيرو هاي ديگري نيز به سطح شيبدار اعمال شود، در محاسبات پايداري اين نيروها در نظر گرفته مي شود. بطور مثال در شکل (2-10)، گشتاور نيروهاي مخرب نسبت به مرکز سطح لغزش، نقطه O ، برابر است با[1]:
شکل (2-10): وضعيت نيروهاي محتمل بر روي سطح شيبدار [1]
M_d=W_s d-F_h b+q f-F_v d?+k b? (16-2)
در اين رابطه:
W_s : وزن توده خاک بالاي سطح لغزنده
F_h : مولفه افقي نيروي هيدرواستاتيک
F_v : مولفه عمودي نيروي هيدرواستاتيک
q : بار خارجي در بالاي سطح لغزش
k : نيروي حاصل از زلزله

فلنيوس (1927) و تيلور (1937)، مسئله فوق را بصورت تحليلي حل کرده و نمودارهاي ارائه نمودند، شکل (2-11). براي استفاده از اين نمودارها، چسبندگي بسيج شده در سطح لغزش بحراني طبق رابطه زير بيان مي شود[1]:
c_d=?Hm (17-2)
و يا[1]:
m=c_d/?H (18-2)
پارامتر m موجود در طرف چپ معادلات فوق، بدون بعد است و عدد پايداري ناميده مي شود. ارتفاع بحراني شيرواني(يعني ارتفاعي که در آن 1 = F است) را مي توان با قرار دادن H=H?? و c=c? (مقاومت برشي زهکشي نشده) در رابطه m=C/?H ، بدست آورد[1]:
H_cr=c?/?m (19-2)
شکل (2-11- الف): تعريف پارامترهاي لازم براي لغزش عميق [1]
شکل (2-11- ب): نمودارهاي عدد پايداري در مقابل زاويه شيب شيرواني(نمودار تيلور براي خاک رس) [1]
در شکل (2-11)، عدد پايداري m براي زواياي مختلف شيب شيرواني ? ارائه شده است. مشابه اين کار را ترزاقي با نسبت ?H/c ، معکوس m، انجام داد و آن را ضريب پايداري ناميده است. در هنگام استفاده از شکل (2-11)، به اين مسئله دقت داشته باشيد که اين منحني فقط براي رس اشباع در شرايط بدون زهکشي صادق است. در خصوص شکل (2-11)، نکات زير ضروري مي باشد:
1- براي زاويه شيب ? بزرگتر از 53 درجه، دايرة بحراني همواره يک دايرة پاي شيرواني است. در اين حالت مرکز دايرة بحراني پاي شيرواني را مي توان به کمک شکل (2-12)، تعيين نمود.
شکل (2-12): موقعيت مرکز دواير بحراني براي (?>?53?^° ) [1]
2- براي ? کوچکتر از 53 درجه، دايرة بحراني مي تواند يک دايرة پاي شيرواني، دايرة دامنه (کمرکش) و يا دايرة عميق بسته به عمق بستر سخت نسبت به پاي شيرواني باشد. اين نسبت تابع عمق ناميده شده و به صورت زير تعريف مي شود[1]:
D=(سخت بستر تا شيرواني بالاي از قائم فاصله )/(شيرواني ارتفاع ) (20-2)
3- وقتي که دايرة بحراني يک دايرة عميق باشد، به عبارت ديگر، سطح لغزش مماس بر بستر سخت باشد، محل آن را مي توان با استفاده از شکل زير، تعيين نمود.
شکل (2-13): موقعيت دواير عميق (ترزاقي و پک-1967) [1]
4- حداکثر مقدار ممکن براي عدد پايداري براي لغزش با دايرة عميق، 181/0 مي باشد. فلنيوس (1927)، دواير پاي شيرواني بحراني را براي شيرواني هايي با ? کوچکتر از 53 درجه، مورد مطالعه قرار داد. موقعيت اين دواير را مي توان با استفاده از شکل (2-14) و جدول (2-1)، تعيين نمود. توجه شود که اين دواير پاي شيرواني بحراني، لزوماً بحراني ترين دواير موجود نيستند.
شکل (2-14): موقعيت مرکز دايرة پاي شيرواني بحراني براي ( ?<?53?^°) [1]
براي ديدن علائم n^’، ?، ?_1 و ?_2 به شکل (2-14) توجه شود.
جدول (2-1): موقعيت مرکز دايرة پاي شيرواني بحراني [1]
?_2
(deg)?_1
(deg)?
(deg)n^’3728451352633/681/5352526/572352518/433372511/325
2-5-2- روش قطعه: در اين روش توده خـــاک واقع در بالاي سطـح لغزش به تعدادي قطعه قائم تقسيم مي شوند. سپس پايداري هر يک از قطعات به طور جداگــانه مورد محاسبــه قرار مي گيرد. در اين روش مي توان ناهمگني خاک و فشار آب حفره اي را در محاسبات منظور کرد.اين روش براي تحليل پايداري شيب شامل:
*- راه حل فلنيوس يا روش سوئدي
*- روش تيلور و تيلور اصلاح شده
*- روش بيشاپ و بيشاپ اصلاح شده
*- روش بُرش ها و ……
در اين قسمت به منظور آشنايي تنها به يکي از راه حل هاي روش تيلور با ذکر جزئيات پرداخته مي شود. براي بررسي جزئيات ساير راه حل ها به کتاب اصول مهندسي ژئوتکنيک- جلد اول- مکانيک خاک- تأليف براجا.ام.داس[1] رجوع شود.
*-روش تيلور:
در اين روش که ابتدا توسط تيلور پيشنهاد شده است، مبتني بر اين تصور است که نيروي منتجه P که بر سطح لغزس به صورت مقاومت اصطکاکي در برابر لغزش عمل مي کند بر امتدادي قرار دارد که آن امتداد مماس بر دايره هاي به شعاع ?R sin??? به مرکز O مي باشد، شکل (2-15-الف). براي توجيه اين مطلب کافي است که بخش لغزنده را به تعدادي قطعات تقسيم کنيم. با توجه به اينکه مقاومت اصطکاکي خاک در برابر لغزش به اندازه زاويه ? از راستاي عمود بر سطح انحراف دارد، امتداد اين عکس العمل هاست که بر دايره اي به شعاع ?R sin??? مماس مي باشد، شکل (2-15-ب). چون در روش تيلور براي کل لغزش دو نيروي منتجه P و C در نظر گرفته مي شود مسئله در اينجا يافتن مکان نقطه اثر اين دو مي باشد. با توجه به مشخصات موجود در شکل، ( L طول قوس DB و’L طول وتر DB است)، گشتاور نيروي چسبندگي در امتداد قوس لغزش برابر c.L.R است که چناچه فرض شود نيرو هاي چسبندگي در امتداد وتر DB عمل مي کنند، در اين صورت مقدار کل نيروهاي چسبندگي معادل ‘Lc خواهد بود و بايد فاصله اي فرضي چــون a تصور نمود که اگر نيروي منتجه C=c .L^’ در آن فاصله از مرکز دايرة عمل کُند گشتاور آن نسبت به مرکز برابر c .L .R گردد يعني[1]:
c.L.R=c.L^’.a (21-2)
a=(L.R)/L’=R?/(2 sin??(?/2?)) (22-2)
حال اگر به فاصله a از مرکز دايرة، نيروي C را به موازات وتر BD رسم کنيم محل برخورد امتداد نيروي ثقل بخش لغزنده با امتداد C نقطه اي است (مانند Q) که نيروي P از آن خواهد گذشت و در اين صورت مثلث نيروها شکل (2-15-ج) حالت تعادل خواهد داشت.
شکل (2-15): بررسي پايداري با روش تيلور[1]
نکاتي که در کاربرد اين روش بايد مورد توجه باشد :
1- از مفروضات در اين روش



قیمت: تومان


پاسخ دهید