Performance Analysis of Nail Walls in Jointed Rocks Based on Excavation-Induced Damage

تحليل عملكرد ديواره ميخ‌كوبي در گودبرداري‌هاي عميق در محيط‌هاي سنگي درزه‌دار بر اساس تحليل سطوح خرابي

به‌منظور تثبيت ديواره گودبرداري‌هاي عميق از روش‌هاي مختلفي از جمله سيستم ميخ‌كوبي، انكراژ، ديوار برلني، اجراي شمع، ديواره ديافراگمي، ديوار حايل وزني و خرپا بهره گرفته مي‌شود. در اين ميان، استفاده از سيستم ميخ‌كوبي در محيط‌هاي شهري با مزايايي مانند اشغال نشدن فضاي اجراي سازه، امكان گودبرداري با توپوگرافي دل‌خواه و صرفه اقتصادي رشد زيادي داشته است. عمل‌كرد ديواره‌هاي گودبرداري تثبيت شده با سيستم ميخ‌كوبي (ديواره ميخ‌كوبي) تا حد زيادي وابسته به شرايط زمين‌شناسي و ژيوتكنيكي محدوده طرح است. برخورد با محيط‌هاي سنگي درزه‌دار در محدوده گودبرداري از جمله شرايط ژيوتكنيكي محدوده طرح است. در اين مقاله با تكيه بر روش‌ اجزاي محدود و مدل‌سازي عددي هم‌زمان ديواره ميخ‌كوبي و سازه مجاور و با در نظر گرفتن اثرات غيرهم‌سان بودن لايه‌هاي سنگ و هم‌چنين همه اندركنش‌هاي محيط سنگي- ميخ-سازه، به بررسي عمل‌كرد ديواره ميخ‌كوبي در زون‌هاي سنگي درزه‌دار مي‌پردازيم. به‌منظور بررسي عمل‌كرد، پارامترهايي مانند جابه‌جايي طره ديواره، شكم‌دادگي ديواره، نشست كلي و نسبي زيرسازه بررسي شده است. بر اساس نتايج، تاثير زواياي درزه نسبت به ديواره گود، اثر ميزان غيرهم‌ساني مصالح سنگي مجاور گود و تاثير زاويه اجراي ميخ بر عمل‌كرد ديواره ميخ‌كوبي قابل ارزيابي است. به‌عنوان يكي از نتايج مهم مي‌توان به جابه‌جايي ديواره گود تابعي از هر دو پارامتر لغزش در سطح تماس درزه‌ها و هم‌چنين ناهم‌ساني لايه‌ها اشاره كرد. از اين‌رو با وجود افزايش ضريب اطمينان با تغيير زاويه درزه از حالت "درزه به سمت گود" به حالت "درزه عكس گود"، جابه‌جايي‌هاي ديواره در حالت درزه افقي نسبت به ساير زواياي درزه كم‌تر است.

Evaluation of the excavation-induced ground movements is an important design aspect of supporting system in urban areas. This evaluation process is more critical to the old buildings or sensitive structures exist in the excavation-affected zone. Frame distortion and crack generation are predictor of building damage resulted from excavation-induced ground movements, which pose challenges to projects involving deep excavations. Geological and geotechnical conditions of excavation area have significant effects on excavation-induced ground movements. In some cases, excavation area may be located in the jointed or weathered rocks. Under such conditions, the geological properties of supported ground becomes more noticed due to the discontinuities and anisotropic effects. This paper is aimed to study the performance of excavation walls supported by nails in jointed rocks medium. The performance of nailed wall is investigated based on evaluating the excavation-induced ground movements and damage levels of structures in the excavation-affected zone. For this purpose, a set of calibrated 2D finite element models are developed by taking into account the nail-rock-structure interactions, the anisotropic properties of jointed rock, and the staged construction process using ABAQUS software. The results of this paper highlight effects of different parameters such as joint inclinations, anisotropy of rocks and nail inclinations on deformation parameters of excavation wall supported by nails, and induced damage in the structures adjacent to the excavation area. The results show that the relationship between excavation-induced deformation and the level of damage in the adjacent structure.