فایل بررسی روش تحلیلی برای تعیین رفتار پی‏های سطحی مستقر بر خاک مسلح

توضیحات

فایل بررسی روش تحلیلی برای تعیین رفتار پی‏های سطحی مستقر بر خاک مسلح
این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد
چکیده
در این پایان‏نامه به منظور تحلیل رفتار پی‏های سطحی مستقر بر خاک مسلح از یک روش ساده‏ی فیزیکی مبتنی بر مقاومت مصالح به نام «روش مخروط» استفاده شده است که در واقع به عنوان جایگزینی برای روش‏های حل دقیق که مبتنی بر تئوری الاستودینامیک سه‏بعدی هستند، به‏کار می‏رود. روش مخروط توانایی ترکیب پیچیدگی شرایط خاک‏های لایه‏ای و بررسی چگونگی انتشار امواج در این محیط‏ها را دارا می‏باشد و از دقت مهندسی قابل قبولی برخوردار است.
به منظور مدل‏سازی خاک مسلح با ژئوسل با استفاده از روش مخروط، هر لایه ژئوسل و خاک پرکننده‏ی آن، با استفاده از یک مدل تجربی مرکب مبتنی بر تئوری تنش حلقه مدل‏سازی شد. در این مدل مرکب، خصوصیات ژئوسل و خاک پر‏کننده‏ی آن در نظر گرفته شد و لایه‏ی ژئوسل به صورت یک لایه‏ی همگن مدل‏سازی شد. همچنین تاثیر چند پارامتر روی سختی دینامیکی پی سطحی واقع بر خاک مسلح بررسی شد، از قبیل: خصوصیات هندسی ژئوسل، تعداد لایه‏های آن، تراکم خاک پر‎کننده‏ و همچنین عمق قرارگیری لایه‏ی ژئوسل. متعاقبا ضرایب مربوط به سختی دینامیکی برای درجه‏ی آزادی قائم به ازای هر یک به دست آمد. به طور کلی هر چه بالشتک ژئوسل دارای دیواره‏ی بلند‏تر، حفرات کوچک‏تر و مدول سکانت بیش‏تر باشد نتایج بهتری را به دست می‏دهد. . با افزایش تعداد لایه‏های ژئوسل میزان ضریب سختی فنر و ضریب میرایی و در نتیجه ضریب سختی دینامیکی افزایش می‏یابد. از طرفی هرچه عمق قرارگیری ژئوسل به سطح خاک نزدیک‏تر باشد سختی فنر بیش‏تر و ضریب میرایی کم‏تر خواهد شد. به طور کلی از بین این دو پارامتر‏ مربوط به سختی دینامیکی، نقش ضریب میرایی در بررسی پی مستقر بر خاک مسلح پر‏رنگ‏تر و تعیین‏کننده‏تر بوده است. چرا که یکی از بارز‏ترین ویژگی‏های مصالح ژئوسنتتیکی در خاک، صرف نظر از سختی بیش‏تری که به خاک می‏دهد، درصد میرایی مصالح تشکیل دهنده آن است.
کلیدواژه‏ها: روش فیزیکی، مدل مخروط، انتشار امواج، پی سطحی، خاک مسلح
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فهرست علائم و نشانه‌ها ث‌
فهرست شکل‌‌ها ح‌
فهرست نمودار‏ها.........................................................................................................................................................د
فهرست جدول‌‌ها ر‌
فصل 1- کلیات و مقدمه 1
1-1- پيشگفتار 1
1-2- بیان موضوع 2
1-3- ضرورت تحقیق 3
1-4- هدف پژوهش 4
1-5- قلمرو پژوهش 4
1-6- روش انجام پژوهش 5
1-7- ساختار پایان نامه 5
فصل 2- مروری بر تاریخچه‏ی موضوع 7
2-1- مقدمه….. 7
2-2- مروری بر تاریخچه و مطالعات انجام شده در زمینه‏ی کاربرد ژئوسل 7
2-2-1- سیستم‏‏های ژئوسل و کاربرد‏ها 7
2-2-2- مطالعات انجام شده روی ژئوسل 8
2-2-3- مطالعات انجام شده در زمینه‏ی اندرکنش غشا و پرکننده 16
2-3- مروری بر تاریخچه‏ی توسعه‏ی روش مخروط 19
2-4- خلاصه و جمع‏بندی 25
فصل 3- معرفی مبانی مدل مخروط 27
3-1- مقدمه…… 27
3-2- فرضیات در مدل مخروط 27
3-3- تعیین سختی دینامیکی پی سطحی 29
3-3-1- مدل تک مخروطي 30
3-3-2- مدل دو مخروطی 30
3-3-3- پی سطحی واقع بر محیط نیمه بی‏نهایت همگن 31
3-3-3-1- مدل مخروط انتقالی 32
3-3-4- اصلاحات مدل مخروط 36
3-3-4-1- سرعت موج…………… 37
3-3-4-2- جرم محبوس……………… 38
3-3-4-3- ضرایب سختی دینامیکی 40
3-3-5- در نظر گرفتن میرایی 42
3-3-6- انعکاس و انکسار موج در ناپیوستگی مصالح در یک مخروط 43
3-3-6-1- ضریب انعکاس………….. 43
3-3-7- پی سطحی واقع بر لایه‏ی مستقر بر نیم‏فضای همگن 46
3-3-8- پی سطحی واقع بر لایه‏ی مستقر بر بستر صلب 48
3-3-9- پی سطحی واقع بر نیم فضای چندلایه 50
3-4- خلاصه……… 51
فصل 4- تحلیل پی سطحی واقع بر خاک مسلح با استفاده از روش مخروط 52
4-1- مقدمه………… 52
4-2- ارائه‏ی روش تحلیل با استفاده از توده‏ی مخروطی 53
4-2-1- دیسک مجازی واقع بر سطح مشترک 55
4-2-2- تشکیل ماتریس سختی دینامیکی 56
4-2-2-1- حرکت انتقالی………….. 57
4-2-3- ارزیابی دقت روش مخروط 62
4-3- لایه‏ی مسلح‏کننده 64
4-3-1- مصالح سازنده‏ی ژئوسل 65
4-4- مدل‏سازی لایه‏ی ژئوسل به‏صورت خاک معادل 66
4-4-1- در نظر گرفتن میرایی مصالح ژئوسل در مدل‏سازی 68
4-5- طرح مسئله و ارزیابی آن 68
4-5-1- حالت خاک غیرمسلح 68
4-5-2- حالت خاک مسلح با یک لایه‏ ژئوسل 69
4-5-3- مقایسه و ارزیابی 70
4-6- خلاصه……. 72
فصل 5- مطالعات پارامتریک 74
5-1- مقدمه……. 74
5-2- تعیین عمق بهینه‏ی قرارگیری اولین لایه‏ی ژئوسل 75
5-3- بررسی اثر ارتفاع ژئوسل 77
5-4- بررسی اثر نسبت ابعادی ژئوسل 79
5-5- بررسی اثر میرایی مصالح ژئوسل 81
5-6- بررسی اثر سختی مصالح ژئوسل 83
5-7- بررسی اثر تراکم خاک پر‏کننده 85
5-8- تعیین حد فاصل بهینه بین لایه‏های ژئوسل در خاک 87
5-9- بررسی اثر افزایش تعداد لایه‏های ژئوسل 90
5-10- خلاصه‏…….. 92
فصل 6- جمع‏بندی، نتیجه‏گیری و پیشنهادات 93
6-1- جمع‏بندی 93
6-2- نتیجه‏گیری 94
6-3- پیشنهادات برای کارهای آینده 95
فهرست مراجع 96
واژه‏نامه فارسي به انگليسي 100
واژه‏نامه انگليسي به فارسی 102
فهرست علائم و نشانه‌ها
عنوان علامت اختصاري
z0
ارتفاع راس مخروط
h
ارتفاع ژئوسل
deq
اندازه‏ی معادل حفره‏ی ژئوسل
T
پارامتر زمان رفت و برگشت موج در لايه
Ke
پارامتر بدون بعد مدول
Tj,j(ω)
تابع انتقال
u
تغییرمکان
σ3
تنش افقی متوسط
Δσ3
تنش محصورکننده
EjF
ثابت اکو
λ
ثابت لامه
ΔM
جرم محبوس افزوده
ρ
جرم حجمی
H
حد فاصل دو لایه‏ی ژئوسل در خاک
T(ω)
دامنه‏ی لنگر پیچشی
M(ω)
دامنه‏ی لنگر چرخشی
g
دامنه‏ی موج انعکاسی
f
دامنه‎‏ی موج برخوردی
V(ω)
دامنه‏ی نیروی برشی
N(ω)
دامنه‏ی نیروی قائم
J
دوران
S
سختی دینامیکی
Kr
سختی معادل لایه‏ی ژئوسل
Eg
سختی معادل لایه‏ی ژئوسل
CLa
سرعت ظاهری لایسمر
Cs
سرعت موج برشی
CL
سرعت موج برگشتی
Cp
سرعت موج فشاری
r0
شعاع پی سطحی
d
ضخامت لایه‎ی خاک
k
ضريب بدون بعد لايه
K
ضریب استاتیکی فنر
α
ضریب انعکاس
μ
ضریب جرم محبوس
C
ضریب میرایی
Z
عمق خاک
U
عمق مدفون بالاترین لایه‏ی ژئوسل
a0
فرکانس بدون بعد
ω
فرکانس زاویه ای
d0
قطر اولیه معادل تک سلول ژئوسل
D
قطر پی سطحی
εa
کرنش محوری شکست
E
مدول الاستیسیته‏ی خاک
G
مدول برشی
Ec
مدول مقید شده
M
مدون سکانت ژئوسل
Ag
مساحت حفره ژئوسل
A
مساحت قاعده مخروط روی سطح مشترک
ΔMJ
ممان اینرسی دورانی اضافه شده
I0
ممان اینرسی قطبی
ξ
میرایی مصالح خاک
ν
نسبت پواسون
Q(ω)
نیروی خارجی
P
نیروی قائم
فهرست شکل‌‌ها
عنوان صفحه
شکل ‏1‑1: انتشار امواج در مخروط [2] 3
شکل ‏2‑1: سیستم ژئوسل ساخته شده از نوارهایی از ورق‏های پلیمری جوش شده به هم 8
شکل ‏2‑2: سیستم ژئوسل ساخته شده از ژئوگرید؛ الف) شکل نمونه‏ی ژئوسل.ب)اتصال ژئوگرید‏ها [7] 8
شکل ‏2‑3: تصویر شماتیک پیکربندی آزمایش توسط رئا و میشل [8] 9
شکل ‏2‑4: نحوه‏ی قرارگیری صفحه‏ی بار در آزمایش‏های رئا و میشل [8] 9
شکل ‏2‑5: تصویر شماتیک مدل آزمایشگاهی مهایسکار و ماندال [10] 11
شکل ‏2‑6: تصویر شماتیک مدل آزمایشگاهی باتهرست و کرو برای تست مقاومت برشی بین لایه‏های مسلح [5] 11
شکل ‏2‑7: تصویر شماتیک مدل آزمایشگاهی کریشناسوامی و همکاران [12] 12
شکل ‏2‑8: الگو‏های استفاده شده در ساخت ژئوسل از ژئوگرید 12
شکل ‏2‑9: تصویر شماتیک نحوه‏ی انجام آزمایش توسط دش و همکاران [13] 13
شکل ‏2‑10: تصویر شماتیک از مکانیزم شکست و نیرو‏های موثر بر شیب مسلح با ژئوسل [22] 15
شکل ‏2‑11: نحوه‏ی انجام آزمایش‏های سه‏محوری روی ژئوسل توسط راجاگوپال و همکاران [27] 18
شکل‏2‑12: انتشار امواج برای دیسک مدفون در خاک لایه‏ای 22
شکل‏2‑13:پی متقارن محوری با شکل دلخواه. الف)پی‏کاملا مدفون درخاک‏لایه‏ای نیم‏فضا؛‏ب)پی ‏مدفون در خاک‏لایه‏ای‏بر بستر صلب [42] 22
شکل‏2‑14: تقسیم‏بندی ناحیه‏ی خاک بستر زیر دو پی مجاور هم [43] 23
شکل‏2‑15: کاربرد مدل مخروط در آنالیز لرزه‏ای هتل آزادی [44] 24
شکل ‏2‑16: تحلیل گروه شمع در خاک لایه‏ای توسط یزدانی [46] 25
شکل ‏3‑1: انتشار امواج در مخروط ناقص. الف) مخروط اولیه؛ ب) امواج انعکاس یافته و انکسار ‏یافته [28] 28
شکل ‏3‑2: مخروط یک‏طرفه 30
شکل ‏3‑3: مخروط دو‏طرفه [49] 31
شکل ‏3‑4: مخروط‏ها برای درجات آزادی مختلف [28] 32
شکل ‏3‑5: دیسک واقع بر سطح نیمه بی‏نهایت همگن. الف) مخروط ناقص نیمه بی‏نهایت برای حرکت قائم ب) مدل پارامتر متمرکز [28] 33
شکل ‏3‑6: مدل خاک-سازه به وسیله جرم متمرکز-فنر-میراگر [49] 35
شکل ‏3‑7: جرم محبوس ΔM برای درجه آزادی عمودی [42] 38
شکل ‏3‑8: مدل مخروط و مدل‏ گسسته برای پی واقع بر سطح نیم‏فضای همگن. الف) مخروط نیمه نامحدود ناقص؛ ب) مدل گسسته برای درجه آزادی انتقالی؛ پ) مدل گسسته برای درجه آزادی دورانی [28]. 39
شکل ‏3‑9: انتشار موج در مخروط‏ها. الف)موج برخوردی به سطح مشترک ؛ب)موج انکسار‏یافته؛پ) موج انعکاس‏یافته [48] 44
شکل ‏3‑10: پی واقع بر لايه‏ی خاک مستقر بر نيم‏فضاي ويسکوالاستيک و انعکاس و انکسار امواج در فصل مشترک لايه‏ها 46
شکل ‏3‑11: انتشار موج در مخروط‏ها برای لایه‏ی مستقر بر بستر صلب [3] 48
شکل ‏3‑12: نمایش الگوی انکسار و انعکاس موج در مرز ناپیوستگی ها [28] 50
شکل ‏3‑13: دیسک واقع بر نیم‏فضای چندلایه. الف) تقسیم‏بندی با 20 لایه‏ی متکی بر نیم‏فضای همگن؛ ب) مدول برشی افزایشی با عمق به صورت خطی [28] 51
شکل ‏4‑1: لایه ی خاکی بین دو سطح مشترک به عنوان یک مخروط ناقص 53
شکل ‏4‑2: توده مخروطی متشکل از مخروط‏های ناقص برای یک محیط خاکی با لایه‏بندی افقی تحت بارگذاری قائم [48] 54
شکل ‏4‑3: مدل‏سازی نیم‏فضای زیرین. الف) مخروط ناقص تکی برای مدل سازی نیم فضای الاستیک؛ ب) دو نوع مخروط اولیه، موج های بالا رونده و موج های پایین رونده 55
شکل ‏4‑4: دیسک قرارگرفته در عمق یک نیم‏فضا [49] 55
شکل ‏4‑5: شرایط تقارن برای دیسک مجازی اصلی و تصویر آن در مدل مخروط دو سویه [49] 56
شکل ‏4‑6: الف) امواج پایین رونده؛ ب) امواج بالا رونده [48] 57
شکل ‏4‑7: دیسک های صلب و تصویر آنها در فضای کامل [48] 58
شکل ‏4‑8: دیسک واقع بر دو لایه‏ی قرار گرفته بر یک نیم‏فضای انعطاف‏پذیر [28] 62
شکل ‏4‑9: بستر خاکی مسلح نشده با ژئوسل 69
شکل ‏4‑10: بستر خاکی مسلح شده با ژئوسل 70
شکل ‏5‑1: هندسه و نحوه قرارگیری ژئوسل در خاک ماسه‏ای واقع بر محیط نیمه‏ بی‏نهایت 74
شکل ‏5‑2: پی سطحی مستقر بر خاک مسلح با دو لایه‏ی ژئوسل 88
فهرست نمودار‌‌ها
عنوان صفحه
نمودار ‏3‑1: ضریب سختی فنر دیسک واقع بر نیم‏فضای همگن برای درجه‏ی آزادی عمودی به ازای نسبت‏های پواسون مختلف 41
نمودار ‏3‑2: ضریب میرایی دیسک واقع بر نیم‏فضای همگن برای درجه‏ی آزادی عمودی به ازای نسبت‏های پواسون مختلف 42
نمودار ‏4‑1: ضریب سختی فنر دیسک واقع بر دو لایه‏ی مستقر بر نیم‏فضای انعطاف‏پذیر برای درجه آزادی عمودی 63
نمودار ‏4‑2: ضریب میرایی دیسک واقع بر دو لایه‏ی مستقر بر نیم‏فضای انعطاف‏پذیر برای درجه آزادی عمودی 63
نمودار ‏4‑3: ضرایب سختی دینامیکی دیسک واقع بر دو لایه‏ی مستقر بر نیم‏فضای انعطاف‏پذیر برای درجه آزادی عمودی 64
نمودار ‏4‑4 : مقایسه‏ی ضریب فنر به‏دست آمده از روش مخروط برای خاک غیر مسلح و خاک مسلح 71
نمودار ‏4‑5 : مقایسه‏ی ضریب میرایی به‏دست آمده از روش مخروط برای خاک غیر مسلح و خاک مسلح 71
نمودار ‏4‑6 : مقایسه‏ی بزرگی سختی دینامیکی به‏دست آمده از روش مخروط برای خاک غیر مسلح و خاک مسلح 72
نمودار ‏5‑1 : اثر عمق‏های مختلف قرار‏گیری لایه‏ی ژئوسل بر ضریب فنر 76
نمودار ‏5‑2 : اثر عمق‏های مختلف قرار‏گیری ژئوسل بر ضریب میرایی 76
نمودار ‏5‑3 : بزرگی سختی دینامیکی به‏ازای عمق‏های مختلف قرار‏گیری ژئوسل 77
نمودار ‏5‑4 : اثر ارتفاع ژئوسل بر ضریب فنر 78
نمودار ‏5‑5 : اثر ارتفاع ژئوسل بر ضریب میرایی 78
نمودار ‏5‑6 : اثر ارتفاع ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی 79
نمودار ‏5‑7 : اثر اندازه‏‏ی حفرات ژئوسل بر ضریب فنر 80
نمودار ‏5‑8 : اثر اندازه‏‏ی حفرات ژئوسل بر ضریب میرایی 80
نمودار ‏5‑9 : اثر اندازه‏‏ی حفرات ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی 81
نمودار ‏5‑10 : اثر درصد میرایی ژئوسل بر ضریب فنر 82
نمودار ‏5‑11 : اثر درصد میرایی ژئوسل بر ضریب میرایی 82
نمودار ‏5‑12 : اثر درصد میرایی ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی 83
نمودار ‏5‑13 : اثر سختی مصالح ژئوسل بر ضریب فنر 84
نمودار ‏5‑14 : اثر سختی مصالح ژئوسل بر ضریب میرایی 84
نمودار ‏5‑15 : اثر سختی مصالح ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی 85
نمودار ‏5‑16 : اثر تراکم خاک پرکننده بر ضریب فنر 86
نمودار ‏5‑17 : اثر تراکم خاک پرکننده بر ضریب میرایی 86
نمودار ‏5‑18 : اثر تراکم خاک پرکننده بر بزرگی سختی دینامیکی 87
نمودار ‏5‑19 : فاصله‏ی مناسب بین لایه‏های ژئوسل براساس بیش‏ترین مقدار ضریب فنر 88
نمودار ‏5‑20 : فاصله‏ی مناسب بین لایه‏های ژئوسل براساس بیش‏ترین مقدار ضریب میرایی 89
نمودار ‏5‑21 : فاصله‏ی مناسب بین لایه‏های ژئوسل براساس بیش‏ترین مقدار سختی دینامیکی 89
نمودار ‏5‑22 : اثر افزایش تعداد لایه‏های ژئوسل بر ضریب فنر 90
نمودار ‏5‑23 : اثر افزایش تعداد لایه‏های ژئوسل بر ضریب میرایی 91
نمودار ‏5‑24 : اثر افزایش تعداد لایه‏های ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی 91
فهرست جدول‌‌ها
عنوان صفحه
جدول ‏3‑1: ضرایب فنر، میراگر و جرم مدل مخروط و مدل گسسته برای یک پی سطحی 37
جدول ‏4‑1: خصوصیات ژئوگریدها 65
جدول ‏4‑2: مشخصات بستر خاکی زیر پی سطحی 69
جدول ‏4‑3: مشخصات مسلح‏کننده (ژئوسل) و خاک پرکننده‏ی آن 70
جدول ‏5‑1: جزئیات مدل‏سازی مربوط به تاثیر پارامترهای مختلف 75
جدول ‏5‑2: مشخصات مدل‏سازی جهت بررسی اثر افزایش تعداد لایه‏های ژئوسل 90