تحليل قابليت اطمينان روش ميخ‌گذاري در پايدارسازي گودهاي شهري-مطالعه موردي يك گود در شهر تهران

Reliability analysis of nailing method in the stabilization of urban excavation - A case study of an Excavation in Tehran

امروزه در پايدارسازي گودبرداري خاكي و سنگي به خصوص در محيط‌هاي شهري به ‌طور گسترده از روش ميخ‌گذاري (Nailing) استفاده مي‌شود كه عدم قطعيت‌ در متغيرهاي مختلف خاك، تأثير به سزايي بر تحليل پايداري آن‌ها دارد. روش‌هاي سنتي در ارزيابي و تحليل پايداري گودبرداري معمولاً بر پايه معيارهاي تجربي و مفاهيم ضريب اطمينان و بيشتر بر روش تعادل حدي استوار است كه عدم قطعيت‌ها را در نظر نمي‌گيرند. در اين تحقيق از تحليل قابليت اطمينان جهت بررسي سه حالت خرابي در گودهاي پايدار شده توسط ميخ‌گذاري استفاده مي‌شود كه شامل گسيختگي كلي، بيرون كشيدگي (Pull out) ميخ (ميلگرد مسلح كننده) و گسيختگي ميخ (ميلگرد مسلح كننده) مي‌باشد. متغيرهاي تصادفي در اين تحقيق شامل چسبندگي خاك و زاويه اصطكاك داخلي، وزن مخصوص خاك، قدرت پيوند دوغاب-خاك و مقاومت گسيختگي ميلگرد مي‌باشند. در اين پژوهش جهت مطالعه موردي از داده‌هاي يك گود پايدار شده به روش ميخ‌گذاري نيز استفاده شده و تحليل قابليت اطمينان نيز با استفاده از نرم‌افزارهاي معروف MATLAB و همچنين RT انجام شده است. يكي ديگر از اهداف اين مطالعه بررسي ميزان تأثير همبستگي متغيرهاي مختلف خاك و نوع توزيع متغيرهاي تصادفي بر شاخص قابليت اطمينان بوده و تحليل حساسيت به منظور تعيين اهميت متغيرها در شاخص قابليت اطمينان نيز مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج اين تحقيق نشان داد همبستگي بين متغيرهاي مقاومتي خاك يعني چسبندگي و زاويه اصطكاك داخلي تاثير چنداني بر بيرون كشيدگي ميلگرد ندارد در صورتي كه بر ناپايداري كلي گود و گسيختگي ميلگرد تاثير قابل ملاحظه‌اي دارند كه بايد در تحليل‌ها در نظر گرفته شوند. همچنين اين مطالعه نشان داد كه نوع تابع توزيع نيز بر شاخص قابليت اطمينان اثرگذار بوده و در تحليل و طراحي گودبرداري داراي اهميت مي‌باشد.

Soil nail walls are being used to support vertical excavations below ground level to construct one or two basements. Also, the variability of in-situ soil properties has a significant influence on the stability of the soil nail walls. Conventional methods of slope stability analysis are usually based on limit state analysis and factor of safety criterion. These methods do not take into account the uncertainties. In the present study, global stability, soil-nail pullout failure and nail tensile failure are chosen to study. Cohesion, unit weight and angle of internal friction of soil and ultimate bond strength along the soil nail and yield strength of nail are modeled as random variables. Computations of reliability are performed using MATLAB and RT software. For better understanding, a case of soil nail wall constructed to support a vertical excavation in Tehran is considered for the study and its stability is evaluated for three failure modes. This research aims first to analyze the reliability of nailing walls and validate it using the Monte Carlo simulation method. In addition, the effect of correlation between soil parameters and distribution of random variables on the reliability index was investigated. By sensitivity analysis, the importance of variables in the reliability index was investigated. Then, the reliability index changes were evaluated with respect to the safety factors. Finally, changes in the reliability index were studied by changing the length of nails and the diameter of the nails. According to the assumptions, the correlation between the soil resistance parameters does not have much effect on the pullout mode if the general failure and pulling modes of the nails have a significant effect and should be taken into account in analyzes, as well as the type of distribution of variables affects the reliability index and the choice of distribution type is important.