8106
شناسه خبر: 8106
بازدید: 11

در این نوستار به بررسی روش بلوک لغزشی نیومارک از روش های تحلیل لرزه ای سدهای خاکی می پردازیم. به کمک این روش می توان تغییر مکان ناشی از زلزله را در سد محاسبه نمود. با ما همراه باشید.

با توجه به آنکه در روش های الاستییک خطی و معادل خطی ، پاسخ سازه به صورت الاستیک مورد بررسی قرار می گیرد عملاً مقدار تغییر مکان در طول تحلیل محاسبه نمی شود و پس از پایان اعمال نیروی زلزله، شرایط تنش و تغییر مکان در بدنه و پی سد همان شرایط اولیه قبل از اعمال زلزله خواهد بود. لذا روش های فوق به تنهایی قادر به محاسبه تغییر مکان نبوده و لازم است با استفاده از یک روش مناسب و با استفاده از نتایج حاصله به صورت غیر مستقیم میزان تغییر مکان ماندگار را تعیین نمود.

در صورتی که مصالح در طول اعمال بار دینامیکی روانگرا نشوند و با این فرض که تغییـر مکـان تنهـا در جهـت شـیب شیروانی امکان پذیر باشد، استفاده از بلوک لغزشی نیومارک به عنوان یکی از متداول ترین روش های موجود برای محاسـبه تغییر مکان در این تحلیل ها می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

پیشنهاد مطالعه : روش های تحلیل لرزه ای سدهای خاکی و محدوده کاربرد آنها

روش بلوک لغزشی نیومارک

در طول مدت زلزله، لحظاتی وجود دارد که در آن ها، شتاب و در نتیجه نیروی لرزه ای وارده به گوه هایی از سد بـیش از توان مقاومت سطح لغزش آن گوه ها است. اما از آنجا که این حالت تنها در لحظات بسیار کوتاهی رخ می دهد، سد پایـدار باقی می ماند، ولی مقداری تغییر مکان ماندگار در بدنه سد به وجود می آید. اصـول روش بلوک لغزشی نیومارک بر پایـه محاسـبه ایـن تغییر مکان ها در سطوح لغزش مختلف بنا نهاده شده است.

بلوک لغزشی نیومارک

شکل 1 – تشابه بین توده لغزشی و بلوک لغزش نیومارک روی سطح شیب دار

جهت محاسبه تغییرمکان های ماندگار، نیومارک یک توده در آستانه لغزش از یک شیروانی را با یک بلـوک لغزشی بـر روی یک سطح شیب دار همانندسازی نموده است (شکل 1).

در صورتی که مطابق شکل 2 – الف، تعادل نیروها در شرایط استاتیکی و در جهت موازی سطح شیب در نظر گرفته شود، نسبت نیروی مقاوم بسیج شده Rs به نیروی محرک Ds ضریب اطمینان لغزش خواهد بـود. در این صـورت بـا فـرض چسبندگی صفر در سطح لغزش رابطه ضریب اطمینان به صورت زیر خواهد شد :

رابطه 1

رابطه 1

که در آن φ زاویه اصطکاک بین بلوک لغزشی و سطح شیب دار است. حال اگر نیروی حاصل از زلزله در هر زمان به صورت ضریب زلزله ah(t)=kh(t).g بـر روی بلـوک لغزشی عمـل کنـد (برای سادگی اثر زلزله قائم در نظر گرفته نشده است)، در یک زمان مشخص، شتاب افقی در بلوک منجر بـه نیـروی khW بر روی بلوک می شود (شکل 2 – ب). در صورتی که نیروها در جهت شیب اعمال شوند، با حل معادلات تعـادل، ضـریب اطمینان شبه استاتیکی در یک زمان معین از رابطه زیر به دست خواهد آمد :

رابطه 2

رابطه 2

بلوک لغزش نیومارک

شکل 2 – نیروهای اعمالی بر بلوک لغزشی بر روی سطح شیب دار، الف) شرایط استاتیکی و ب) شرایط دینامیکی

بدین ترتیب با افزایش مقدار kh ضریب اطمینان کاهش پیدا کرده و در یک مقدار خاص از kh ضریب اطمینان لرزه ای برابر با یک خواهد شد. ضریبی که بدین ترتیب به دست می آید ضـریب زلزلـه بحرانـی ky و شـتاب حاصـل از آن نیـز  شتاب بحرانی ay=kyg نامیده می شود. برای بلوک لغزش شکل 2 مقدار ضریب زلزله بحرانی برای وقتی که بلوک لغزشی به سمت پایین حرکـت کنـد عبارت خواهد بود از:

رابطه 3

رابطه 3

در شرایطی که بلوک لغزشی در جهت بالادست در آستانه حرکت قرار گیرد مقدار ضریب شتاب بحرانی عبارت اسـت از :

رابطه 4

رابطه 4

بنابراین بر اساس روش های تعادل حدی، ضریب اطمینان کمتـر از یـک بیـانگر حرکـت سـطح لغـزش مـورد بررسـی، می باشد. بدین  ترتیب در صورتی که شتاب زلزله که به بلوک لغزش وارد می شود از مقـدار شـتاب بحرانـی آن بیشـتر شـود بلوک لغزشی شروع به حرکت خواهد کرد. در این شرایط در واقع نیروی زلزله بیشتر از مقاومت شیب مـورد نظـر بـوده و اختلاف این مقادیر منجر به اعمال نیرو به بلوک لغزشی و در نهایت جابجایی بلوک می شود. این ایـده اولـین بـار توسـط نیومارک مطرح شده است.

شکل 3 اصول تعیین تغییر مکان به روش نیومارک را نشان می دهد. در شکل 3 – الـف، تاریخچـه شـتاب زلزله القا شده بر بلوک لغزشی نشان داده شده است. مقدار ay در این شـکل معـرف شـتاب بحرانـی ایـن بلـوک لغزشـی می باشد. اختلاف شتاب القایی و شتاب بحرانی ay منجر به یپدایش سـرعت در بلوک لغزشی نیومارک و در نهایـت جابجـایی آن می شود. به عبارت دیگر در هنگام وقوع زلزله، توده لغزشی از لحظه ای که ضریب اطمینان به کمتر از یک کاهش می یابد در طول سطح گسیختگی حرکت کرده و در زمان و محلی که تنش حاصل از زلزله، از مقاومت سـطح لغـزش کمتـر شـود توقف می نماید و مجدداً تعادل برقرار می شود. براساس مقادیر تجمعی تغییر مکان نسبی سطح لغـزش کـه بـدین ترتیـب محاسبه می شود و ممکن است در محدوده چند سانتی متر تا چند متر باشد، پایداری و ناپایداری سد مـورد ارزیابی قـرار می گیرد.

توجه به این نکته ضروری است که در روش نیومارک رفتار پی و همچنین توده در آسـتانه لغـزش بـه صـورت صـلب در نظر گرفته شده است در حالی که در طول زلزله، بلوک لغزش در درون خود نیز تغییرمکان هایی خواهد داشت که در ایـن روش لحاظ نمی گردد.

منحنی بلوک لغزشی نیومارک

شکل 3 – روش نیومارک در تعیین تغییر مکان بلوک های لغزشی

پیشنهاد مطالعه : روش تحلیل شبه استاتیک برای تحلیل لرزه ای سدهای خاکی

نویسنده

مجید غواصیه
فارغ التحصیل کارشناسی مهندسی عمران از دانشگاه شیراز هستم. موضوعات مورد علاقه من راه سازی، حمل و نقل، مهندسی ترافیک و مسائل مربوط به محیط زیست می باشد.

مشاوره از طریق واتساپ