خلاصه

خطوط لوله بهترین وسیله براي انتقال منابع آب ، گاز و فاضلاب جهت ارائه خدمات شهري ، کشاورزي ، صنعتی و حمل و نقل می باشد. گسیختگی زمین در اثر زلزله نظیر زمین لغزش ، گسلش و فرونشست منجر به آسیب دیدگی لوله ها ، بروز خسارات مالی و قطع ارتباط و خدمات و مختل شدن چرخه زندگی می شود . با توجه به اهمیت موضوع و ارائه روشهاي طراحی مناسب و ایمن ، مدل عددي دو بعدي سیستم مرکب خاك – لوله تهیه شده است. روابط تحلیلی موجود براي تخمین نیروهاي اوج ایجاد شده در جداره لوله در اثر حرکات جانبی خاك بعلت گسیختگی زمین و نتایج آنالیز مدل اندرکنشی خاك و لوله در ماسه نشان می دهد که در اعماق دفن زیاد ، روابط موجود تخمین مناسبی براي نیروهاي اوج بدست نمی-

دهد. از اینرو در این مطالعه ضمن بررسی و مقایسه مدل عددي با مدلهاي فیزیکی ، آنالیزهاي متعددي براي بررسی تاثیر ارتفاع خاکریز بر رفتار نیرو– تغییر مکان لوله و یافتن عمق بحرانی در ماسه انجام شده و نتایج بدست آمده براي استفاده در طراحی خطوط لوله مدفون درماسه براي شرایط دفن عمیق ارائه شده است.

کلمات کلیدي: لوله هاي مدفون ، حرکت زمین ، اندرکنش خاك – لوله ، آنالیز عددي .

مقدمه

طراحی مقاوم خطوط لوله مدفون در برابر زلزله ، مستلزم درك پاسخ خط لوله به حرکات زمین است. این حرکات ممکن است از گسیختگی شیروانیها ، گسلش ، زمین لغزش ، روانگرایی ، خاکبرداري و حفاري هاي شهري و نشستهاي بزرگ زمین بوجود آید. در چنین شرایطی بعلت حرکت نسبی بین خط لوله و خاك اطراف آن ، به لوله بار وارد می شود. فرمول استاندارد نیرو – تغییر مکان براي اندرکنش جانبی خاك و خط لوله در ماسه توسط ALA

(اتحادیه خطوط لوله آمریکا) در “دستورالعمل طراحی لوله هاي مدفون فولادي” ارائه شده است .[۱] مطابق این دستورالعمل حداکثر نیروي جانبی وارد بر خط لوله مدفون در ماسه ، در واحد طول لوله (Pu) از رابطه زیر بدست می آید :

(۱)

که در آن : وزن موثر خاك ؛ : عمق دفن از سطح زمین تا مرکز خط لوله ؛ : قطر خارجی لوله و : فاکتور ظرفیت باربري که تابعی از زاویه اصطکاك داخلی خاك و نسبت هستند. گرچه تستهاي انجام شده نشان می دهد که حداکثر نیروي وارده بر لوله در تغییرمکانهاي نسبی بزرگ کاهش می یابد ولی در رابطه فوق فرض بر اینست که نیروي پس از رسیدن به مقدار حداکثر ثابت می ماند. رابطه تجربی فوق بر اساس یک مدل سازه اي نشان داده شده در شکل (۱) بدست آمده که در آن خاك اطراف لوله بصورت فنرهاي مستقل ازهم درنظر گرفته شده است . این رابطه از نتایج تحقیقات محققانی نظیر Oversen and Stromann [2] ، Audibert and Nyman [3] ، و Trautmann and O’Rourke [4] براي نسبت عمق دفن هاي بدست آمده و براي شرایط دفن عمیق جوابهاي صحیحی ارائه نمی دهد.

۱ دانشجوي کارشناسی ارشد مهندسی خاك و پی

۲ دانشیار
۳ دانشجوي دوره دکتري و بورسیه هیئت علمی

۱

در این مطالعه ، اندرکنش خاك – خط لوله تحت حرکات جانبی در ماسه مورد مطالعه قرار گرفته است. بازبینی راه حل هاي تحلیلی مختلف انجام شده روي لوله ها یا مهارهاي نواري نشان می دهد که اختلاف زیادي در محاسبه نیروي اوج بی بعد براي اعماق زیاد وجود دارد .

شکل -۱ مدل سازه اي ایده آل خاك بصورت فنرهاي مستقل بجاي مدل سه بعدي واقعی (ASCE 2001)

بعلاوه اطلاعات در مورد تغییر وضعیت از حالت سطحی به عمق زیاد محدود است. براي بررسی این پدیده یک مدلسازي عددي به روش تفاضل محدود انجام گرفته است . نتایج ابتدا با داده هاي آزمایش انجام شده توسط Hurley and Phillips [5] مقایسه و سپس آنالیزها براي نسبتهاي دفن بزرگتر انجام شده است.