وقتی ارتفاع دیوار خاک مسلح زیاد باشد، به دلیل مقرون به صرفه بودن و همچنین کمک به پایداری بیشتر، عموما ترجیح بر این است که دیوار به صورت برم دار (پله ای) اجرا گردد. در این مطالعه، رفتار یک دیوار 12 متری برم دار به روش المان محدود تحت بارهای ثقلی و دینامیکی بررسی شده تا ضریب اطمینان پایداری آن با دیوار بدون برم مقایسه گردد. نتایج نشان داد وقتی ضریب شتاب افقی لرزه ای (kh ) برابر 0.36 باشد، پایداری دیوار برم دار نسبت به دیوار بدون برم 66% افزایش می یابد. همچنین طول بهینه برای دیوار برم دار در شرایط استاتیک معادل 0.8H و در شرایط دینامیک 1.1H برآورد شده است. 

وقتی دیوار با برم اجرا شود، بار در سطح بزرگتری پخش شده و منجر به ایمنی بیشتر سازه خاکی می گردد. مزیت دیگر این است که در دیوارهای مرتفع که حجم خاکبرداری زیادی جهت تامین طول ژئوگریدها نیاز دارند، این روش حجم خاکبرداری را کمتر می کند و ازین رو صرفه اقتصادی بهتری دارد. در مواردی که محدودیت زمین وجود دارد می تواند مفید باشد و همچنین به لحاظ زیبایی شناختی عملکرد بهتری دارد. یک سیستم دیوار خاک مسلح پله ای از دو یا چند دیوار تشکیل شده که نسبت به هم آفست دارند. این فضای آفست علاوه بر کمک به بحث پایداری، می تواند فضایی برای کاشت گیاه باشد. اگر آفست یا عرض برم زیاد باشد، هر کدام از دیوارها به نوعی مستقل از هم عمل می کنند. هرچند باید پایداری کلی نیز کنترل گردد. 

آیین نامه های FHWA، NCMA و AASHTO روش هایی را برای طراحی دیوارهای 2 پله و چندپله ای پیشنهاد داده اند که در آنها ابعاد (آفست و ارتفاع) دیوارهای برم دار قابل محاسبه است. AASHTO می گوید که اگر عرض برم از مقدار Hmtan(90-ϕr) بزرگتر باشد، دو دیوارِ یک سیستم خاک مسلحِ برم دار مستقل از هم عمل می کنند ( Hm  ارتفاع دیوار پایینی و ϕr زاویه اصطکاک داخلی خاکریز مسلح). 

مفروضات مدل سازی این پژوهش: 

• ابعاد بتن مگر فونداسیون (Leveling pad )= 2 متر در 20 سانتیمتر
• ابعاد نمای بلوک بتنی= 1.5 متر در 60 سانتیمتر
• لایه های خاکریز= 60 سانتیمتر
• مدل سازی ژئوگرید= المان الاستیک
• مدل سازی مصالح خاکریز= الاستوپلاستیک (مور-کولمب)
• H1=H2=6m
• D=9m (عرض برم)

FHWA توصیه می کند طول ژئوگرید در دیوارهای بالایی و پایینی از 0.7H کمتر و از 1.1H بیشتر نباشد. NCMA حداقل طول المان مسلح کننده را 0.6H پیشنهاد می کند. در این تحقیق هردو رویکرد در نظر گرفته شده و طول مسلح کننده در محدوده 0.5-1.2 ارتفاع دیوار متغیر می باشد تا هم اثر L/H<0.7 و هم L/H>1.1 بر تشکیل سطوح گسیختگی مورد بررسی قرار گیرد.

ضریب شتاب لرزه ای افقی = 0.12، 0.24 و 0.36 

نتایج

اثر تغییر شتاب افقی (kh)

شکل زیر تغییرات ضریب اطمینان را به ازای ضرایب شتاب مختلف نشان می دهد. بیشترین ضریب اطمینان دیوار برم دار تحت بار ثقلی 1.99 بوده که نشانگر عملکرد خیلی خوب این سیستم می باشد. با افزایش kh، ضریب اطمینان تا مقدار 0.92 کاهش می یابد. طبق توصیه FHWA، طول مسلح کننده برای شرایط بارگذاری لرزه ای باید بزرگتر مساوی 1.0H باشد. همانطور که دیاگرام نشان می دهد، در ماکسیمم مقدارِ kh=0.36، و در نسبت L/H توصیه شده (L/H=1,1.2)، مقادیر ضریب اطمینان 1.52 و 1.53 بدست می آید که نشانگر ایمن بودن طرح می باشد. 

اما دیوار بدون برم 12 متری ضریب اطمینان 1.03 بدست می دهد که ارضاکننده ی معیار ایمنی طرح نیست. با افزایش مقدار kh به 0.36، افت شدید در ضریب اطمینان رخ داده و مقدار آن به 0.44 کاهش می یابد. این امر نشان می دهد برم دار کردن دیوار، نسبت به اجرای دیوار به صورت یکپارچه، پاسخ دینامیکی آن را به میزان قابل توجهی بهبود می بخشد. 

اثر تغییر طول مسلح کننده

شکل زیر اثر طول مسلح کننده را بر ضریب اطمینان دیوار برم دار نشان می دهد. با افزایش طول مسلح کننده از 0.5 به 1.2، پایداری دینامیکی دیوار 24% و پایداری استاتیکی آن 40% افزایش می یابد. 

مقایسه ای از مقادیر بهینه ی L/H در ضریب شتاب های افقی مختلف برای دیوار بدون برم و برم دار در جدول زیر ارائه شده است:

صفحات گسیختگی محتمل

صفحه گسیختگی بحرانی تحت بارگذاری استاتیکی و دینامیکی در اشکال زیر نشان داده شده است.

 در حالت دیوار بدون برم، سطح گسیختگی در گوشه ی بتن فونداسیون تشکیل شده و ناحیه زیر بتن، منطقه ای با تنش بالا است. این رفتار می تواند به این صورت توجیه شود که با افزایش طول مسلح کننده، عرض کلی توده خاک مسلح به صورت یک واحد یکپارچه زیاد می شود. وقتی کل توده به جانب بیرون خاکریز حرکت می کند، ناحیه ای با تنش بالا زیر بتن فونداسیون شکل می گیرد. اما در دیوار برم دار، سطح گسیختگی بحرانی از انتهای مسلح کننده تعبیه شده در پای دیوار گسترده می شود. سطح گسیختگی ترکیبی از زیر دیوارها گذشته و در انتهای مسلح کننده ها در هر دیوار به هم  می رسند و آنگاه به سمت سطح خاکریز ادامه پیدا می کند. اثر مهم دیگر تغییر طول مسلح کننده این است که با افزایش طول آن، فاصله مشخصِ مابین انتهای مسلح کننده در دیوار پایینی و بتن فونداسیون دیوار بالایی کاهش می یابد که این امر منجر به رفتار سیستم به صورت یک جزء واحد می گردد. به علاوه وقتی این فاصله ی آشکار کاهش می یابد، دیوار بالایی مثل یک سربار استاتیکی برای دیوار پایینی عمل می کند که تنش ها را در بخش پایینی دیوار پایینی زیاد می کند. این سناریو یک سطح گسیختگی بحرانی واحد ایجاد می کند که درست زیر فونداسیون دیوار پایینی تشکیل می شود. 

جهت دریافت مشاوره و ارائه طرح های پایدارسازی دیوارهای خاک مسلح، می توانید با ما تماس بگیرید. تیم ما آماده است تا شما را در انتخاب مناسب ترین راهکارها و محصولات یاری رساند.