مبحث پایدارسازی شیب و شیروانی خاکی جزء یکی از اصلی‌ترین مباحث مورد مطالعه در مهندسی ژئوتکنیک و مکانیک خاک و سنگ است. جهت ورود به این مبحث ابتدا لازم است تا اندکی در خصوص، مقاومت برشی در خاک و سنگ، باند برش و نیرو‌های وارد بر خاک و سنگ توضیحی ارایه شود.
خاک ساختاری متخلل و دارای سه فاز مختلف، دانه‌های جامد، مایعی مانند آب و فاز گاز مانند هوا است. مهندسان رشته ژئومکانیک، جهت بررسی خصوصیات مکانیکی و مقاومتی خاک، این ساختار متخلخل چندفازی را بصورت یک محیط جامد پیوسته (Continuum Solid) در نظر می‌گیرند. با این فرض اصول مکانیک محیط‌های پیوسته را می‌توان برای خاک نیز در نظر گرفت و تنش‌های وارد بر خاک را مورد بررسی قرارداد. سپس با انتخاب یک مدل ساختمندی مناسب (مانند مدل ساختمندی موهر-کولمب و یا مدل ساختمندی دراکر و پراگر و مانند آن …) که بتواند شرایط خاک شیروانی مورد نظر را بصورت نزدیک به واقع بیان کند، و مقایسه شرایط تنش‌های اصلی وارد به شیروانی با پوش گسیختگی معرفی شده توسط مدل ساختمندی انتخاب شده، می‌توان شرایط پایداری و یا ناپایداری شیروانی را بررسی نمود. همواره در بررسی شرایط پایداری شیروانی‌های خاکی، ضریب اطمینانی در جهت در پایدارسازی آن لحاظ می‌گردد.
در صورت ارضای شرایط گسیختگی خاک طبق آنچه پیشتر تشریح شد، پدیده‌ی موضعی شدن تغییر شکل‌ها در شیروانی پدید می‌آید و در نهایت با تشکیل باند برش شیروانی خاکی شروع به لغزیدن می‌کند. جهت باند برش در فضا را می‌توان نسبت به جهت کوچکترین تنش اصلی خاک تعریف نمود که مقدار آن مابین دو زاویه محاسبه شده توسط تئوری کولمب و تئوری خطوط تغییر طول صفر (Zero Extention Lines) قهرمانی-روسکو است.
نیرو‌های وارد بر یک شیروانی خاکی یا بصورت نیرو‌های حجمی (Body Forces) و یا نیرو‌های سطحی (Surface Forces) نمایان می‌شود. نیرو‌های حجمی وارد بر شیروانی خاکی ناشی از وزن خاک و یا نیروی اعمالی در اثر شتاب زلزله بر شیروانی خاکی است. نیرو‌های سطحی نیز ناشی از بار‌های زنده و مرده اعمالی بصورت فشاری و یا کششی بر سطح شیروانی است (سربار). درصورتی که تعادل نیرو‌های محرک و نیرو‌های مقاوم در یک شیروانی خاکی برهم خورد و طبق آنچه گفته شد پدیده‌ی موضعی شدن تغییر شکل‌ها و به طبع آن گسیختگی شیروانی خاکی رخ خواهد داد.
روش‌های پایدارسازی شیروانی خاکی:
ایجاد Berm در شیروانی‌های خاکی
جهت پایدارسازی شیروانی‌های خاکی می‌بایست یکی از عوامل برهم خوردن تعادل نیرو‌ها و یا موضعی شدن تغییر شکل‌ها را خنثی نمود. یکی از روش‌های اولیه ایجاد تعادل بین نیرو‌های مقاوم و محرک و افزایش پایداری شیروانی‌ها خاکی، ایجاد Berm در شیروانی‌های خاکی جهت کاهش بزرگای نیرو‌های حجمی محرک و در نتیجه تأمین پایداری لازم با توجه به ضریب اطمینان مورد نظر است. این روش ابتدایی‌ترین روش جهت پایدارسازی شیروانی‌های خاکی و سنگی است.
اجرای Shotcrete بر سطح شیروانی خاکی
یکی از دیگر روش‌های معمول پایدارسازی شیروانی‌های خاکی و سنگی اجرای Shotcrete بر سطح شیروانی خاکی است. Shotcrete را می‌توان بصورت مسلح نشده و یا مسلح شده توسط شبکه‌های فلزی و یا افزودنی‌های مسلح‌کننده بتن مانند الیاف پلی‌پروپیلنی، پلاستیکی و فلزی، بر روی شیروانی خاکی اجرا کرد. اجرای Shotcrete باعث افزایش نیرو‌های مقاوم جهت برقراری تعادل نیرو‌ها به نفع پایدارسازی شیروانی و افزایش ضریب اطمینان در برابر لغزش و گسیختگی می‌گردد.
اجرای شمع کوبشی و یا در جا در پای شیروانی خاکی
روش دیگر اجرای شمع کوبشی و یا در جا در پای شیروانی خاکی و یا در رخ آن است. با توجه به مقاومت خمشی بالای شمع‌های فلزی و بتنی، می‌توان از ایجاد باند برش در شیروانی خاکی جلوگیری کرده و باعث افزایش ضریب اطمینان شیروانی خاکی در برابر لغزش و افزایش پایداری آن شد.
کوبش صفحات فلزی به نام Sheet Pile در پاشنه‌ی شیروانی
روش دیگر نزدیک به اجرای شمع در پای شیروانی، کوبش صفحات فلزی به نام Sheet Pile در پاشنه‌ی شیروانی است. این روش هم همانند روش اجرای شمع مانع از موضعی شدن تغییر شکل و تشکیل باند برش می‌گردد.
اجرای انکراژ و نیلینگ Soil Nailing and Anchorage
روش بعدی اجرای انکراژ و نیلینگ Soil Nailing and Anchorage است. انکراژ به دو صورت Passive و یا Active قابل اجرا است. در حالت Passive طبق محاسبات پیشین حفاری با عمق و قطر مشخص انجام می‌گردد و میله انکر توسط دوغاب و یا وسایل مکانیکی داخل گمانه حفاری شده متصل می‌گردد. در اثر حرکت شیروانی نیروی محوری کششی در میله انکر شکل می‌گیرد و بدین ترتیب انکر نیروی مقاوم در برابر لغزش را تأمین می‌کند و سبب افزایش ضریب اطمینان و افزایش پایداری می‌گردد.
در گود‌های ساختمانی که اغلب نیاز به حفاری بصورت عمودی است، اجرای روش‌های گفته شده در بالا و همچنین استفاده از مهاربند‌های متقابل که بصورت سازه‌های خرپایی نیروی فشاری دیواره‌های گود را بصورت عمل و عکس‌العمل دیواره‌ها تحمل می‌کنند متداول است.
استفاده از دیوار‌های حائل
اما روش دیگری که کاربرد فراوانی جهت پایدارسازی شیروانی‌های خاکی و گود‌های ساختمانی دارد، استفاده از دیوار‌های حائل است. دیوار حائل بصورت Passive در برابر حرکت شیروانی مقاومت کرده و بدین ترتیب جلوی ایجاد باند برش را می‌گیرد. همچنین دیوار حائل با اعمال نیروی عکس‌العمل به شیروانی و گود و به تعادل رساندن نیروی مقاوم در برابر نیروی محرک باعث افزایش ضریب اطمینان در برابر لغزش و گسیختگی شیروانی می‌گردد.
دیوار‌های بتنی، دیوار‌های سنگی و دیوار‌های خاک مسلح را جزء دیوار‌های حائل دسته‌بندی می‌کنند. دیوار‌های حائل خاک مسلح خود به انواع مختلف شامل دیوار‌های حائل خاک مسلح تسمه فلزی، دیوار‌های حائل خاک مسلح با ژئوتکستایل و دیوار‌های حائل خاک مسلح با ژئوگرید طبقه‌بندی می‌شوند.
دیوار حائل خاک مسلح ژئوگریدی:
یکی از خصوصیات مهم ژئوگرید‌های پلی استری، مقاومت بالا در کرنش‌های پایین است. به سبب همین خاصیت الیاف پلی‌استری و همچنین وزن بسیار کم و مقاومت کششی بسیار بالای آن، استفاده از آن به عنوان مسلح‌کننده خاک یکی از ارزانترین و مطمئن‌ترین روش‌های حال حاضر است. بصورتی که دیوار‌های خاک مسلح ژئوگریدی حداقل برای عمر سرویس 120 سال طراحی می‌شوند.
دانه‌های خاک که در داخل روزنه‌های ژئوگرید‌ها به دام می‌افتند باعث بالا رفتن زاویه اصطکاک داخلی بین دانه‌های خاک و در نتیجه منبسط شدن پوش گسیختگی خاک و جلوگیری از حرکت پلاستیک خاک و موضعی شدن کرنش‌ها در خاک را می‌گیرد که این یعنی جلوگیری از ایجاد باند برش. از طرف دیگر، کاربرد ژئوگرید‌ها در ساخت دیوار حائل ژئو گریدی تنها بصورت یک لایه در دیوار نیست، بلکه با توجه به شرایط و طبق آیین‌نامه‌های FHWA و َAASHTO در هر 40 الی 80 سانتی‌متر می‌بایست یک لایه از ژئوگرید مورد نظر را طبق طراحی انجام شده اجرا نمود. بنابراین با توجه به آنچه که گفته شد، دیوار‌های خاک مسلح ژئوگریدی از دو طریق توانایی افزایش پایداری دیواره‌های گود و ترانشه و شیروانی‌های خاکی را دارست، اول مانند آنچه گفته شد با مقاومت در برابر از هم گسستگی خاک و ایجاد باند برش جلوی لغزش را گرفته و در حالت دوم با بالابردن زاویه اصطکاک و سختی خمشی دیوار خاک نیروی مقاوم لازم جهت پایدارسازی را تأمین می‌کند.
از طرف دیگر با توجه به مزایای دیوار خاک مسلح ژئوگریدی نسبت به سایر دیوار‌های حائل، مانند عدم محدودیت در ارتفاع دیوار، امکان انتخاب نما‌های متنوع، هزینه‌ی اجرایی بسیار پایین‌تر، عدم نیاز به نیروی کار متخصص و ماشین آلات پیشرفته جهت احداث دیوار، مقاومت بسیار خوب آن در برابر نیرو‌های حجمی وارد مانند زلزله و سرعت اجرای بالای آن، می‌توان دیوار خاک مسلح ژئوگریدی را بهترین و در دسترس‌ترین گزینه جهت احداث دیوار‌های حائل دانست. با توجه به اینکه مصالح لازم جهت احداث این نوع دیوار حائل خاک موجود در محل است، استفاده از این روش موجب کاهش مصرف انرژی و مصرف مواد معدنی شده و بهترین روش جهت دستیابی به اهداف توسعه‌ی پایدار است.
