فشار جانبی خاک بر دیواره گودبرداری های مهار شده

اغلب در زمان ساخت ساختمان های با طبقات زیرزمینی زیاد یا تاسیسات شهری (مانند ایستگاه های مترو)، حفاری ترانشه های باز با شیب قائم ضرورت دارد و در موارد بسیاری از سیستم مهاربندی عرضی برای نگهداری دیواره آنها استفاده می شود. اگر چه برای طراحی این اعضا به صورت سنتی از روشهای تخمین فشار جانبی خاک روی دیوارهای حائل مانند تئوری کلمب یا رانکین استفاده می شود ولی، فشار جانبی خاک بر روی دیواره گودبرداری مهارشده توزیع پیچیده‍ تری دارد. پک بر اساس مطالعات انجام شده در گودبرداری مهار شده در ساخت متروی شهر شیکاگو نشان داد که حداکثر نیروی ایجاد شده در مهارها مطابق با تئوری کلمب یا رانکین نیست. او همچنین اظهار داشت که بار مهارهای فوقانی بیشتر و بار مهارهای تحتانی کمتر از مقادیر پیش بینی شده حالت محرک هستند. علی رغم اینکه برای طراحی گودبرداری های مهار شده به طور گسترده از دیاگرامهای فشار ظاهری پک استفاده می شود، مطالعات تجربی و عددی دیگری نیز صورت گرفته است. در کلیه این پژوهش ها دیاگرام فشار جانبی بدست آمده در واقع فقط پوش هایی هستند جهت تخمین بار ایجاد شده در مهارها به منظور طراحی، و توزیع واقعی فشار جانبی خاک را نشان نمی دهند. چرا که با اندازه گیری های در محل یا آنالیزهای عددی بار مهارها را بدست آورده و با انجام محاسبات معکوس این بار را بر دیواره گود توزیع نموده اند. از طرفی کلیه این مطالعات، موردی می-باشند و برای یک گودبرداری خاص با مشخصات منحصر به فرد انجام شده ‍اند. برای مثال در بررسی های انجام شده توسط پک سیستم حائل دیواره گود مهار شده سپرکوبی می باشد. در حالیکه در طراحی مهارهای گود با هر سیستم حائلی شامل شمع های پشت بند نیز معمولاً از پوش فشار جانبی پک استفاده می شود. از این رو در این مطالعه سعی شده است، مقدار فشار جانبی خاک بر دیواره ی گود ها با شمع‍های پشت بند در قالب یک مطالعه پارامتریک مورد بررسی قرار گیرد. طبق پژوهش های صورت گرفته در پنجاه سال اخیر مشخص شده است که بار اندازه گیری شده مهارها فقط ناشی از فشار جانبی خاک نیست، بلکه قسمتی از آن ناشی از تغییرات حرارت می باشد. با در نظر نگرفتن اثرات حرارتی، ممکن است بارهایی که از اندازه-گیری در محل بدست آمده اند اشتباهاً فقط ناشی از فشار جانبی زمین تفسیر شوند و یا بارهای بدست آمده از تحلیل های کامپیوتری، بار واقعی مهارها نباشند. در این تحقیق سعی شده است با انجام تحلیل حرارتی بار ناشی از تغییرات حرارت پیش بینی شود. حل عددی به کار رفته در این تحقیق، روش تفاضل محدود صریح به کمک برنامه flac3d می باشد. مدل رفتاری مورد استفاده برای خاک های دانه ای و چسبنده به ترتیب مدل موهر-کلمب و مدل کم‍ کلی است. همچنین به منظور مقایسه مدلهای رفتاری برای شبیه-سازی خاک، از مدل ساختاری الاستوپلاستیک جامع دوسطحه توسعه یافته توسط ملکی و همکاران نیز استفاده شده است. اثر عواملی مانند عمق گودبرداری قبل از شاتکریت کردن، سختی مهارها، فاصله بین شمع ها، عمق گودبرداری قبل از نصب مهار و عمق نفوذ شمع در خاک زیر کف گود روی پارامترهای کلیدی (فشار جانبی خاک، نیروی ایجاد شده در مهارها، تغییر شکل جانبی شمع و لنگر خمشی ایجاد شده در شمع) در سه نوع خاک ماسه متراکم، ماسه سست و رس، مورد بررسی قرار می‍گیرد.