مطالعه آزمایشگاهی و عددی خطوط لوله مدفون در خاکهای تقویت شده توسط ژئوتکستایل در مقابل نیروی برکنش ناشی از آب
چکیده
خطوط لوله مدفون در مسیرهایی که سطح آب زیرزمینی بالا می باشد، تحت نیروی برکنش قرار می گیرد. این نیرو می تواند بعضاً باعث حرکت خط لوله به سمت بالا و خروج لوله از ترانشه شود. تاریخچه نشان می دهد علت خرابی بسیاری از خطوط لوله مدفون، بخصوص لوله های گاز، به علت نیروی برکنش می باشد. برای طراحی و اجرای این خطوط در زمین های اشباع از روش های متعددی استفاده می شود که هر یک از مزایا و معایب و نیز سادگی و سختی اجرایی خاصی برخوردار می باشند. در این تحقیق به منظور غلبه بر مشکل نیروی برکنش، روش ابداعی جدیدی مورد مطالعه قرار گرفته است که در آن از ژیوتکستایل به عنوان مصالح مناسب جهت استقرار دایمی لوله های مدفون استفاده شده است. مطالعه شامل بررسی آزمایشگاهی، عددی و صحرایی روش پیشنهادی جهت برآورد کارایی آن در زمین های اشباع و تاثیر نگهدارنده ژیوتکستایل بر افزایش مقاومت در برابر نیروی برکنش می باشد. در این رابطه مدل آزمایشگاهی جهت بررسی رفتار سیستم ارایه گردیده و به منظور مطالعات گسترده تر از مدل عددی استفاده شده است. در این شرایط نتایج عددی با نتایج مطالعات آزمایشگاهی مقایسه شده و مدل عددی مناسب انتخاب گردیده است. در مطالعات آزمایشگاهی تعداد 75 عدد آزمایش برای شرایط مختلف عمق دفن شدگی لوله، پوشش های مختلف طولی ژیوتکستایل، شرایط مختلف تراکم ماسه و قطرهای مختلف لوله انجام شده است. مقادیر نیروی مقاوم در برابر نیروی برکنش و جابجایی متناظر با نیروی مقاوم از نتایج مدل فیزیکی می باشد. همچنین به منظور برآورد اولیه ابعاد مدل فیزیکی و برنامه ریزی آزمایش ها، از مدل عددی اجزای محدود و با نرم افزار ansys استفاده شده است. همچنین از روش بدون المان با نرم افزار lsdyna برای تحلیل های عددی در محدوده نتایج آزمایشگاهی استفاده گردیده و با مقادیر آزمایشگاهی مقایسه شده است. بر این اساس مدل عددی مناسب انتخاب شده و در تحلیل های واقعی با ابعاد بزرگ استفاده شده است. در نهایت با انجام مطالعه صحرایی و همچنین اجرای موردی روش در یک پروژه عملی، مزایا و معایب روش از نظر اجرایی مورد بحث قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد روش ابداعی با هزینه بسیار کمتر و سرعت اجرایی بسیار بیشتر نسبت به روش های متداول، باعث افزایش قابل ملاحظه ضریب اطمینان تثبیت خطوط لوله مدفون در زمین های اشباع می گردد. همچنین ملاحظه می شود افزایش میزان پوشش طولی وعرضی ژیوتکستایل و همچنین افزایش عمق دفن شدن لوله باعث افزایش قابل توجه نیروی مقاوم در برابر برکنش شده ولی افزایش میزان تراکم خاک و قطر لوله تاثیر کمتری در افزایش نیروی مقاوم در برابر نیروی برکنش دارد.