تطبيق وبحث عن تكنولوجيا تعزيز كومة الصلب في الحفريات الطويلة ضفة النهر

خلاصة

يتم استخدام تكنولوجيا تعزيز كومة الصلب على نطاق واسع في مشاريع الحفر العميقة, لا سيما في البيئات الصعبة مثل الحفريات الطويلة في ضفة النهر. توفر هذه الورقة تحليلًا علميًا متعمقًا لتطبيق الصلب أكوام ورقة في مثل هذه السياقات, التركيز على استقرارها الهيكلي, التفاعل مع التربة المحيطة, والأداء في ظل ظروف جيوتقنية مختلفة. من خلال التركيبات النظرية, نمذجة العناصر المحدودة, والمقارنات العددية, تقوم الدراسة بتقييم فعالية أكوام الصفائح الفولاذية في ضمان سلامة الحفر واستقرارها. الجوانب الرئيسية, بما في ذلك ضغط الأرض الجانبي, تشوه كومة, والتفاعل بنية التربة, يتم تحليلها مع الدعم الصيغ والبيانات. يقارن البحث أيضًا تكوينات الوبر المختلفة واستراتيجيات التعزيز, تقديم نظرة ثاقبة لتحسين التصميم للحفريات ضفة النهر.

1. مقدمة

الحفريات الطويلة النهر, خاصة بالنسبة لمشاريع البنية التحتية الحضرية مثل أنفاق المرافق, حواجز الفيضانات, أو أسس الجسر, تشكل تحديات جغرافية كبيرة. غالبًا ما يتم إجراء هذه الحفريات في غني بالماء, بيئات التربة الناعمة, حيث يكون الحفاظ على الاستقرار ومنع الانهيار أمرًا بالغ الأهمية. ظهرت أكوام ورقة الصلب كحل مفضل بسبب قوتها العالية, سهولة التركيب, والقدرة على توفير كل من الدعم الهيكلي والسرقة المائية.

تستكشف هذه الدراسة تطبيق كومة ألواح الصلب تكنولوجيا التعزيز في الحفريات الطويلة على ضفة النهر, التأكيد على التحليل العلمي من خلال النماذج النظرية, البيانات التجريبية, والمحاكاة العددية. الأهداف:

1. تحليل السلوك الميكانيكي لـ أكوام ورقة الصلب تحت ظروف الحفر ضفة النهر.
2. تطوير والتحقق من صحة النماذج الرياضية للتفاعل مع تربة.
3. قارن بين تكوينات الوبر المختلفة واستراتيجيات التعزيز باستخدام البيانات العددية.
4. تقديم توصيات التصميم بناءً على النتائج العلمية.

2. الإطار النظري

2.1. ضغط الأرض الجانبي

استقرار أكوام ورقة الصلب في الحفريات تعتمد على قدرتها على مقاومة ضغط الأرض الجانبية من التربة المحتجزة. توفر نظرية Rankine الكلاسيكية أساسًا لحساب ضغوط الأرض النشطة والسلبية:

• • ضغط الأرض النشط (\(\sigma_a )):

\[ \sigma_a = \gamma z K_a – 2c \sqrt{k_a} \]

أين:

• • • \(\gamma\): وحدة وزن التربة (kn/m³),
    • \(z ): العمق تحت سطح الأرض (م),
    • \(K_a = \tan^2(45^\circ – \PHI/2)\): معامل ضغط الأرض النشط,
    • \(\phi\): زاوية احتكاك التربة (درجات),
    • \(c\): تماسك التربة (KPA).
  • ضغط الأرض السلبي (\(\sigma_p\)):

\[ \sigma_p = \gamma z K_p + 2c \sqrt{k_p} \]

أين \(K_p = \tan^2(45^\circ + \PHI/2)\): معامل ضغط الأرض السلبي.

للحفريات ضفة النهر, يجب أيضًا النظر في الضغط الهيدروستاتيكي من المياه الجوفية:

\[ \sigma_w = \gamma_w z_w \]

أين \(\gamma_w\): وحدة وزن المياه (نموذجيا 9.81 kn/m³), و \(z_w\): عمق منسوب المياه.

2.2. التفاعل بين بنية التربة

التفاعل بين أكوام ورقة الصلب والتربة المحيطة على غرار باستخدام طريقة منحنى P-Y, الذي يصف العلاقة غير الخطية بين مقاومة التربة الجانبية ((p)) وانحراف الوبر ((ذ)). منحنى P-Y للطين, بناء على ماتوك (1970), يكون:

\[ P = 0.5 P_U LEFT(\فراك{ذ}{y_{50}}\يمين)^{1/3} \Quad Text{ل} \Quad y leq y_{50} \]

أين:

• \(p_u = 7.5 S_U ): مقاومة التربة النهائية (KPA),
• \(S_U ): قوة القص غير المنقولة للطين (KPA),
• \(y_{50}\): انحراف في نصف المقاومة النهائية (م).

للتربة الرملية, ريس وآخرون. (1974) مقترح:

\[ p = a p_s y \]

أين \(A\): معامل تجريبي, و \(p_s\): المقاومة النهائية على أساس خصائص التربة.

2.3. تحليل استقرار الوبر

استقرار أكوام ورقة الصلب يتم تقييمه عن طريق حساب الحد الأقصى لحظة الانحناء ((م _{ماكس})) والإزاحة الجانبية ((u_x )). المعادلة التفاضلية الحاكمة لكومة محملة أفقيا هي:

\[ لا frac{د^4 ذ}{DZ^4} + k_h y = q(z ) \]

أين:

• \(EI\): كومة صلابة الانثناء (نام),
• \(k_h\): معامل الترحيل الأفقي (kn/m³),
• \(س(z )\): الحمل الجانبي الموزع (kn/m).

3. المنهجية

3.1. دراسة الحالة: نفق فائدة في تايزو, الصين

دراسة حالة تستند إلى مشروع نفق المنفعة في تايزو, الصين, يستخدم لتقييم أداء كومة ورقة الصلب. التنقيب, تقع على طول ضفة النهر, يبلغ عمق 5-8 أمتار ويقع في منطقة تربة ناعمة غنية بالماء مع طاولة مياه الجوفية المرتفعة (2.5 م تحت السطح). يتكون ملف التربة من الطين الغريني, سميان رملي, وطبقات طين ناعمة.

• مواصفات الوبر: أكوام ورقة الصلب الرابع لارسن, 400 ملم واسعة, 12 سماكة.
• تعزيز: مصور الفولاذ على شكل H. (400 × 400 × 13 × 21 مم) ودعامات الأنابيب الفولاذية.
• يراقب: إزاحة أفقية ورأسية في أعلى الكومة, القوى المحورية في الدعامات.

3.2. نمذجة العناصر المحدودة

تم تصميم الحفر باستخدام برنامج العناصر المحدودة Plaxis 2D و 3D. نموذج التربة تصلب مع صلابة سلالة صغيرة (الأحرار) تم تبنيه لمحاكاة سلوك التربة, حساب الصلابة المعتمدة على الإجهاد. معلمات إدخال المفتاح المدرجة:

• وزن وحدة التربة: 18-20 كيلو نيوتن/م,
• التماسك: 10-30 كيلو باسكال,
• زاوية الاحتكاك: 20-30 °,
• معامل يونغ: 5-20 ميجا باسكال.

تم تصميم أكوام الورقة الفولاذية كعناصر مرنة خطية مع معامل المرونة (\(هـ)) ل 210 المعدل التراكمي ولحظة من الجمود (\(I\)) بناءً على المقطع العرضي للكومة.

3.3. التحليل العددي

ركز التحليل على:

1. النزوح الجانبي: أقصى إزاحة أفقية (\(u_x\)) في الجزء العلوي من الوبر.
2. لحظة الانحناء: أقصى لحظة الانحناء (\(م _{ماكس}\)) على طول كومة.
3. قوى الدعامة: القوى المحورية في دعامات الصلب.
4. مستعمرة: تسوية السطح خلف جدار الوبر.

أجريت عمليات المحاكاة لثلاث ظروف تربة:

• الحالة أ: الرمال الغرينية (صلابة عالية, \(\phi = 30^\circ\)),
• الحالة ب: طين ناعم (صلابة منخفضة, \(S_U = 20 kPa\)),
• الحالة ج: طبقات مختلطة (الطين الغريني فوق الطمي الرملي).

4. النتائج والمناقشة

4.1. النزوح الجانبي

الحد الأقصى للإزاحة الجانبية (\(u_x\)) تباين بشكل كبير مع ظروف التربة:

• الحالة أ (الرمال الغرينية): \(u_x = 25 \نص{ مم}\), ضمن الحدود المسموح بها (\(u_{الجميع} = 39 \نص{ مم}\)).
• الحالة ب (طين ناعم): \(u_x = 62.4 \نص{ مم}\), تجاوز الحدود المسموح بها, تشير إلى عدم الاستقرار المحتمل.
• الحالة ج (طبقات مختلطة): \(u_x = 40 \نص{ مم}\), مقبول بشكل هامشي.

ويعزى النزوح العالي في الطين الناعم إلى انخفاض صلابة التربة وارتفاع ضغط المياه الجوفية. أكد تحليل منحنى P-y سلوك تلاشي الإجهاد في الطين, مع ذروة مقاومة \(p_u = 7.5 S_U = 150 \نص{ KPA}\).

4.2. لحظة الانحناء

الحد الأقصى لحظة الانحناء (\(م _{ماكس}\)) تم حسابها على النحو:

• الحالة أ: 180 knm/m,
• الحالة ب: 223.8 knm/m,
• الحالة ج: 200 knm/m.

تعكس لحظة الانحناء العليا في الطين الناعم زيادة التحميل الجانبي بسبب المقاومة السلبية المنخفضة. تم تغيير حجم قسم الوبر في الحالة ب لتلبية معايير الأداء, زيادة معامل القسم بواسطة 20%.

4.3. قوى الدعامة

كانت القوى المحورية في الدعامات:

• الحالة أ: 50-00 كيلو نيوتن,
• الحالة ب: 22.51-121.91 كيلو نيوتن,
• الحالة ج: 70-10 كيلو نيوتن.

تشير القوى الأعلى في حالة B إلى زيادة الاعتماد على تسوية داخلية للحفاظ على الاستقرار في التربة الناعمة.

4.4. تسوية السطح

كانت تسوية السطح خلف جدار الوبر:

• الحالة أ: 15 مم,
• الحالة ب: 117 مم,
• الحالة ج: 50 مم.

تسوية المفرطة في حالة P يسلط الضوء على الحاجة إلى تعزيز إضافي, مثل تثبيت التربة أو تضمين كومة أعمق.

4.5. مقارنات رقمية

دراسة حدودية مقارنة الكابولي, فرد, وأنظمة كومة مزدوجة:

• ناتئ: \(u_x = 70 \نص{ مم}\), \(م _{ماكس} = 250 \نص{ knm/m}\),
• فرد: \(u_x = 40 \نص{ مم}\), \(م _{ماكس} = 200 \نص{ knm/m}\),
• مزدوج: \(u_x = 25 \نص{ مم}\), \(م _{ماكس} = 180 \نص{ knm/m}\).

قدم النظام المزدوج الأداء أفضل أداء, تقليل النزوح بواسطة 64% ولحظة الانحناء 28% مقارنة بنظام الكابولي.

5. التحليل العلمي

5.1. تفاعل تربة الذروة

وكشف تحليل منحنى P-Y أن سلوك الوبر السلبي في الطين الناعم يظهر التنازل عن الإجهاد, مع علاقة p-Δ الزائدين:

\[ P = Frac{\دلتا}{a + ب دلتا} \]

أين \(أ) و \(b\): معلمات المنحنى, و \(\delta\): النزوح النسبي للتربة.

مقاومة التربة النهائية (\(p_u = 7.5 S_U )) تم التحقق من صحة من خلال بيانات الميدان, إظهار الاتفاق داخل 5% من التنبؤات العددية.

5.2. تأثير عمق الحفر

زيادة عمق الحفر من 5 م إلى 8 زاد م \(u_x\) بواسطة 50% و \(م _{ماكس}\) بواسطة 30%. العلاقة بين عمق الحفر (\(H\)) ويقارب النزوح كما:

\[ U_X Proposal H ^{1.5} \]

تؤكد هذه الزيادة غير الخطية على الحاجة إلى التضمين الأعمق أو تسوية إضافية للحفريات الأعمق.

5.3. تأثير المياه الجوفية

زاد الضغط الهيدروستاتيكي من التحميل الجانبي بنسبة 20-30 ٪ في التربة الغنية بالماء. انخفاض المياه \(u_x\) بواسطة 15% و \(م _{ماكس}\) بواسطة 10%, لكن تتطلب الإدارة الدقيقة لتجنب إزعاج النظام الهيدرولوجي.

6. توصيات التصميم

بناء على التحليل, التوصيات التالية مقترحة:

1. اختيار كومة: استخدم أكوام ورقة الصلب عالية القوة (على سبيل المثال, الرابع لارسن) مع معامل القسم الكافي لمقاومة لحظات الانحناء في التربة الناعمة.
2. الربط: تبني أنظمة مزدوجة الحفر أعمق من 5 M لتقليل لحظات النزوح والانحناء.
3. تثبيت التربة: قم بتنفيذ أكوام عميقة من التربة أو الحشو النفاث في الطين الناعم لتعزيز صلابة التربة وتقليل التسوية.
4. يراقب: تثبيت مقاييس الميل وأجهزة الاستشعار الجيوديسية لمراقبة إزاحة الوبر وقوى الدعامة في الوقت الفعلي.
5. نزح: استخدم نزح المياه المتحكم فيه لتقليل الضغط الهيدروستاتيكي, مع مراقبة لمنع سحب المياه الجوفية المفرطة.

المنشورات ذات الصلة

هل تتوفر طريقة كومة الأنابيب المناسبة للأرض الناعمة?

كان استخدام أكوام الأنابيب في بناء الأساس خيارا شائعا لسنوات عديدة. تستخدم أكوام الأنابيب لنقل حمولة الهيكل إلى أعمق, طبقة أكثر استقرارا من التربة أو الصخور.

أكوام الأنابيب | أكوام أنبوبي مواد درجات الصلب

فوائد دعامات الأنابيب يوفر استخدام دعامات الأنابيب في البناء العديد من المزايا الملحوظة: القوة والقدرة على التحمل: تشتهر دعامات الأنابيب بنسبة القوة العالية إلى الوزن. تقوم الأنابيب المترابطة بتوزيع الأحمال بالتساوي, مما أدى إلى هيكل قوي وموثوق. وهذا يسمح ببناء مسافات كبيرة دون الحاجة إلى أعمدة أو كمرات دعم زائدة.

ما هو معيار السوائل التي تنقل الأنابيب والتطبيقات غير الملحومة?

يعتمد معيار الأنابيب غير الملحومة لنقل السوائل على البلد أو المنطقة التي تتواجد فيها, وكذلك التطبيق المحدد. لكن, بعض المعايير الدولية المستخدمة على نطاق واسع للأنابيب غير الملحومة لنقل السوائل هي: أستم A106: هذه هي المواصفة القياسية لأنابيب الصلب الكربوني غير الملحومة للخدمة في درجات الحرارة العالية في الولايات المتحدة. ويستخدم عادة في محطات الطاقة, المصافي, والتطبيقات الصناعية الأخرى حيث توجد درجات حرارة وضغوط عالية. ويغطي الأنابيب في الدرجات أ, ب, و ج, مع خصائص ميكانيكية مختلفة اعتمادا على الصف. API 5L: هذه هي المواصفات القياسية لأنابيب الخطوط المستخدمة في صناعة النفط والغاز. ويغطي الأنابيب الفولاذية الملحومة وغير الملحومة لأنظمة نقل خطوط الأنابيب, بما في ذلك أنابيب لنقل الغاز, الماء, والنفط. تتوفر أنابيب API 5L بدرجات مختلفة, مثل X42, X52, X60, وX65, اعتمادا على خصائص المواد ومتطلبات التطبيق. أستم A53: هذه هي المواصفة القياسية للأنابيب الفولاذية المجلفنة السوداء والملحومة بالغمس الساخن المستخدمة في مختلف الصناعات., بما في ذلك تطبيقات نقل السوائل. ويغطي الأنابيب في درجتين, أ و ب, مع خصائص ميكانيكية مختلفة والاستخدامات المقصودة. من 2448 / في 10216: هذه هي المعايير الأوروبية للأنابيب الفولاذية غير الملحومة المستخدمة في تطبيقات نقل السوائل, بما في ذلك الماء, غاز, والسوائل الأخرى. اقرأ أكثر

ما هي أكثر أنواع التآكل شيوعًا التي صممت الأنابيب غير الملحومة الناقلة للسوائل لمقاومتها?

تم تصميم الأنابيب غير الملحومة الناقلة للسوائل لمقاومة أنواع مختلفة من التآكل اعتمادًا على المادة المستخدمة والتطبيق المحدد. تشمل بعض أنواع التآكل الأكثر شيوعًا والتي تم تصميم هذه الأنابيب لمقاومتها: التآكل الموحد: هذا هو النوع الأكثر شيوعا من التآكل, حيث يتآكل كامل سطح الأنبوب بشكل موحد. لمقاومة هذا النوع من التآكل, غالبًا ما تكون الأنابيب مصنوعة من مواد مقاومة للتآكل, مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو المبطنة بطبقات واقية. التآكل الجلفاني: يحدث هذا عندما يكون معدنان مختلفان على اتصال مع بعضهما البعض في وجود المنحل بالكهرباء, مما يؤدي إلى تآكل المعدن الأكثر نشاطا. لمنع التآكل كلفاني, يمكن تصنيع الأنابيب من معادن مماثلة, أو يمكن عزلها عن بعضها البعض باستخدام المواد العازلة أو الطلاءات. تأليب التآكل: الحفر هو شكل موضعي من التآكل يحدث عندما تصبح المناطق الصغيرة على سطح الأنبوب أكثر عرضة للهجوم, مما يؤدي إلى تكوين حفر صغيرة. يمكن منع هذا النوع من التآكل باستخدام مواد ذات مقاومة عالية للتنقر, مثل سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ مع إضافة الموليبدينوم, أو عن طريق تطبيق الطلاءات الواقية. تآكل الشقوق: يحدث تآكل الشقوق في المساحات الضيقة أو الفجوات بين سطحين, هذه اقرأ أكثر

ما هي الأنواع المختلفة لشاشات الأسلاك الإسفينية?

شاشات سلكية إسفين, تُعرف أيضًا باسم شاشات الأسلاك الشخصية, تُستخدم بشكل شائع في مختلف الصناعات لقدراتها الفائقة على الفحص. وهي مصنوعة من سلك على شكل مثلث,

ما هو الفرق بين الغلاف المثقب وأنبوب الغلاف المشقوق ?

2 7/8في J55 K55، تعتبر أنابيب غلاف الآبار المثقبة واحدة من المنتجات الأساسية للصلب, يمكن استخدامها للمياه, زيت, حقول حفر آبار الغاز. يمكن توفير السماكة من 5.51 إلى 11.18 ملم بناءً على عمق بئر العميل والخواص الميكانيكية المطلوبة. عادة يتم تزويدهم بوصلة خيطية, مثل نيو أو الاتحاد الأوروبي, والتي سيكون من الأسهل تثبيتها في الموقع. يتوفر طول أنابيب الغلاف المثقبة من 3 إلى 12 مترًا لارتفاعات منصات الحفر المختلفة للعميل. يتم أيضًا تخصيص قطر الثقب والمنطقة المفتوحة على السطح. قطر الثقب الشائع هو 9 ملم, 12مم, 15مم, 16مم, 19مم, إلخ.