شبیه سازی عددی رفتار خاک تحت تراکم دینامیکی (مطالعه موردی بندر بوشهر)

توضیحات

شبیه سازی عددی رفتار خاک تحت تراکم دینامیکی (مطالعه موردی بندر بوشهر)
این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد
چکیده
تراکم دینامیکی یکی از روش­های بهسازی خاک­های سست می­باشد. در این روش با اعمال ضربات سنگین به سطح خاک میزان تراکم و در نتیجه ظرفیت باربری آن افزایش می­یابد. این امر از طریق انتقال انرژی به وسیله امواج صورت می­گیرد. تراکم دینامیکی یک روش تجربی بوده و برای هر محل بر اساس مشخصات زمین آن محل و امکانات در دسترس، مؤثرترین و اقتصادی ترین الگو انتخاب می­شود. با وجود کاربرد گسترده این روش اساس طراحی آن هنوز تجربی یا نیمه تجربی است و فرآیندهای درگیر در مسئله به طور کامل مشخص نشده است. بنابراین در این تحقیق جهت بررسی و تعیین الگوی بهینه عملیات تراکم دینامیکی، پروژه انجام گرفته در بندر بوشهر بصورت عددی شبیه سازی شده است.
در تحقیق حاضر، مدلسازی عملیات تراکم دینامیکی در خاک­های دانه­ای با استفاده از روش تفاضل محدود و نرم افزار FLAC2D انجام شده است. با استفاده از فرض تقارن محوری تنها نیمی از توده خاک و کوبه به صورت دو بعدی مدل شده است. برای مدلسازی اثر ضربه به سطح خاک از تاریخچه زمانی تنش استفاده شده است. برای تحلیل تراکم دینامیکی خاک­ از مدل رفتاری موهر کولمب استفاده شده است.
نتایج نشست نهایی کوبه با نتایج اندازه­گیری شده در پروژه تراکم دینامیکی مجتمع کشتی سازی شهید محلاتی بندر بوشهر مورد مقایسه قرار گرفته است و تطابق خوبی بین مقادیر اندازه گیری شده و به دست آمده در مدل عددی وجود دارد. همچنین با مقایسه مقادیر چگالی نسبی نهایی در لایه روانگرا در منطقه و مدلسازی عددی، تطابق قابل قبولی بین این مقادیر مشاهده شد.
با استفاده از نتایج مدلسازی و پس از تعيين ماکزيمم کرنشهاي ايجاد شده در مدل، مي‌توان ميزان بهسازي در اعماق مختلف را تخمين زد و مقادير بهبود يافته هر يک از پارامترهاي توده خاک را پيش بيني کرد. با انجام اين تحليل براي ضربات متوالي، مي‌توان ميزان تاثير هر يک از ضربات را نيز در رسيدن به حدنهايي بهسازي و افزايش پارامترهاي مهندسي توده خاک تعيين کرد و نیز تعداد ضربات لازم برای رسیدن به حد مطلوب بهسازی را تعیین کرد. همچنین با بررسی افزایش چگالی نسبی در عرض می­توان الگوی مناسب برای شبکه کوبش بدست آورد.
واژگان کلیدی: تراکم دینامیکی، مدلسازی عددی، روش تفاضل محدود
فهرست مطالب
فصل 1 مقدمه 1
1-1 مقدمه 2
فصل 2: مروري بر منابع 4
2-1 مقدمه 5
2-2 تاریخچه 5
2-3 مبانی تئوری تراکم دینامیکی 5
2-3-1 تئوری تراکم دینامیکی در خاکهای دانه­ای 8
2-3-2 تئوری تراکم دینامیکی در خاکهای ریز دانه 8
2-3-2-1 قابلیت تراکم 8
2-3-2-2 روانگرایی 8
2-3-2-3 نفوذ پذیری 9
2-3-2-4 بندش بازیافتی خاک 9
2-3-2-5 نمایش ترسیمی 10
2-4 کاربرد تراکم دینامیکی در خاکهای مختلف 10
2-5 واژگان 14
2-6 روش شناسی 15
2-7 نشست به وجود آمده در اثر کوبش 18
2-8 لرزشهای زمین 21
2-9 عمق مؤثر بهسازی 24
2-10 توزیع تنش در اثر ضربه 26
2-11 تراکم دینامیکی در نوشیرو ژاپن 32
فصل 3: روش تحقيق 34
3-1 مقدمه 35
3-2 روش تفاضل محدود 35
3-3 معرفی نرم افزار FLAC 36
3-4 مراحل محاسباتی برنامه FLAC 36
3-5 مراحل کلی مدلسازی در FLAC 37
3-5-1 انتخاب محدوده مناسبی از توده سنگ و خاک 37
3-5-2 انتخاب مدل رفتاری مناسب و تعیین پارامترهای آن 37
3-5-3 اعمال شرایط مرزی و تنش­های اولیه 38
3-5-4 حل مدل تا رسیدن به تعادل 38
3-5-5 ایجاد تغییرات در مدل 38
3-5-6 حل مجدد مدل 38
3-6 الگوریتم حل مدل در FLAC 40
3-7 مروری بر مطالعات عددی 41
3-7-1 پارن و رودریگز 41
3-7-2 پن و سلبی 41
3-7-3 گو و لی 42
3-8 شبیه سازی اثر برخورد کوبه با سطح زمین 42
3-8-1 مدلسازی برخورد با استفاده از تنش 42
3-8-2 مدلسازی برخورد با استفاده از فرمولاسیون تماس بین دو یا چند جسم 43
3-5-6 مدلسازی برخورد با در نظر گرفتن شرایط سرعت اولیه 43
3-9 ایجاد تغییرات در مدل 44
فصل 4: نتايج و تفسير آنها 45
4-1 مقدمه 46
4-2 معرفی منطقه مورد مطالعه 46
4-2-1 موقعیت جغرافیایی 46
4-2-2 وضعیت ژئوتکنیکی 46
4-3 پروژه انجام شده در مجتمع شهید محلاتی بندر بوشهر 47
4-4 شبیه سازی عددی عملیات تراکم دینامیکی در مجتمع شهید محلاتی بندر بوشهر 49
4-4-1 شبکه مش بندی در روش تفاضل محدود 49
4-4-2 پارامترهای استفاده شده برای مدلسازی 49
4-5 بررسی تطبیقی نتایج شبیه سازی و پروژه انجام شده 50
4-5-1 عمق چاله ایجاد شده 52
4-2-1 چگالی نسبی 54
4-6 تعداد ضربه بهینه جهت فرآیند تراکم 55
4-7 گسترش افقی ناحیه متراکم شده 56
4-8 عوامل ژئومکانیکی مؤثر بر تراکم دینامیکی 57
4-8-1 جرم و ارتفاع سقوط کوبه 57
4-8-2 سطح مقطع کوبه 59
4-8 بررسی تنش قائم 61
فصل 5: جمع‌بندي و پيشنهادها 63
5-1 مقدمه 64
5-2 جمع بندی 64
5-3 نتیجه گیری 65
5-4 پیشنهادات 65
مراجع 66
پيوست‌ها 70
فهرست شکل ها
شکل (2-1) تنش برشی عامل تراکم در خاکهای دانه­ای 6
شکل (2-2) نحوه انتشار امواج در محیط در اثر بارگذاری دینامیکی ناشی از ضربه 7
شکل (2-3) امواج برشی، تراکمی و سطحی ایجاد شده در اثر تراکم دینامیکی 7
شکل (2-4) مقایسه تئوری تراکم تحکیم دینامیکی و کلاسیک 11
شکل (2-5) روشهای مختلف بهسازی در ارتباط با اندازه ذرات 11
شکل (2-6) روشهای مختلف بهسازی مکانیکی در ارتباط با اندازه ذرات 12
شکل (2-7) کاربرد تراکم دینامیکی برای بهسازی گروه­های مختلف خاک 13
شکل (2-8) محدوده مناسب تراکم دینامیکی در ارتباط با حد روانی و شاخص خمیری 14
شکل (2-9) هیستوگرام تراز انرژی در واحد سطح برای پرژه­های تراکم دینامیکی 16
شکل (2-10) ارتباط بین وزنه و ارتفاع سقوط وزنه 17
شکل (2-11) جرثقیل سه پایه طراحی شده توسط منارد 17
شکل (2-12) عمق حفرات ایجاد شده در برابر سقوط وزنه 18
شکل (2-13) نسبت عمق حفرات به ریشه دوم انرژی سقوط در برابر تعداد سقوط وزنه 18
شکل (2-14) نشست ایجاد شده در برابر شدت انرژی اعمال شده 19
شکل (2-15) نشست ایجاد شده به وسیله تراکم دینامیکی 21
شکل (2-16) حداکثر سرعت ذره­ای خاک در اثر تراکم دینامیکی 22
شکل (2-17) رابطه بین حداکثر سرعت ذره­ای و فاکتور بدون بعد انرژی 23
شکل (2-18) ارتباط بین عمق مؤثر بهسازی و ریشه دوم انرژی سقوط 25
شکل (2-19) رابطه بین عمق مؤثر بهسازی و ریشه دوم انرژی سقوط 26
شکل (2-20) نفوذ وزنه در اثر ضربه 27
شکل (2-21) تغییرات نیرو، شتاب و سرعت با زمان 28
شکل (2-22) تغییرات شتاب کند شونده وزنه در اثر برخورد به زمین با گذشت زمان 28
شکل (2-23) رابطه بین ماکزیمم شتاب و ارتفاع سقوط کوبه 30
شکل (2-24) ارتباط بین ارتفاع سقوط و پارامتر m/A در شتابهای کندشونده مختلف 30
شکل (2-25) ارتباط بین تداوم ضربه و جرم واحد سطح وزنه 31
شکل (2-26) پروفیل آزمایش ضربه و نفوذ استاندارد قبل و بعد از کوبش در پروژه نوشیرو 33
شکل (2-27) عمق حفره ایجاد شده در برابر تعداد دفعات سقوط در پروژه نوشیرو 33
شکل (3-1) روند عمومی مراحل محاسباتی در برنامه FLAC 37
شکل (3-2) الگوریتم حل مدل 40
شکل (4-1) پروفیل زیر سطحی همراه با نتایج نفوذ مخروط در منطقه آزمایشی دوم 47
شکل (4-2) شبکه کوبش و محل آزمایشهای نفوذ مخروط 48
شکل (4-3) هندسه و نحوه المان بندی مدل ساخته شده 49
شکل (4-4) تاریخچه زمانی تنش استفاده شده برای معرفی وزنه 50
شکل (4-5) جابجایی قائم ایجاد شده در اثر ضربه اول 51
شکل (4-6) جابجایی ایجاد شده در اثر ضربه دوم 51
شکل (4-7) تغییر مکان در برابر زمان 52
شکل (4-8) مقایسه نتایج محاسبه شده برای عمق چاله و نتایج اندازه گیری شده 53
شکل (4-9) نمودار جابجایی در برابر زمان تا عمق 10 متری 53
شکل (4-10) تغییرات چگالی در برابر تعداد ضربات در عمق 8/7 متری 54
شکل (4-11) توزیع تغییر مکان افقی در برابر عمق 55
شکل (4-12) جابجایی افقی در برابر تعداد ضربات در عمق 8/7 متری 56
شکل (4-13) تغییر شکل افقی در عمق بعد از ضربه 47 ام 56
شکل (4-14) تغییرات چگالی در فواصل افقی از محور تقارن 57
شکل (4-15) تغییرات عمق چاله ایجاد شده برای جرمهای مختلف کوبه 58
شکل (4-16) تغییرات عمق چاله ایجاد شده برای ارتفاع­های سقوط مختلف 59
شکل (4-17) عمق چاله ایجاد شده برای سطح مقطع­های مختلف 59
شکل (4-18) تغییرات در شبکه تفاضل محدود پس از ضربه با سطوح تماس مختلف 60
شکل (4-19) تغییرات تنش قائم در محل ضربه در برابر زمان 61
شکل (4-20) تغییرات تنش قائم در فواصل افقی از محور تقارن 61
شکل (4-21) تغییرات تنش قائم در عمق پس از ضربات اول و دوم 62
فهرست جدول ها
جدول (2-1) مناسب بودن مصالح برای کاربرد تراکم دینامیکی با توجه اندازه ذرات 13
جدول (2-2) انرژی سقوط و فشار حدی قبل و بعد از بهسازی 20
جدول (2-3) حداکثر سرعت ذره­ای خاک با توجه به نوع آسیب رسانی 23
جدول (2-4) مقدار n با توجه به درجه اشباع و نوع خاک 24
جدول (2-5) مقادیر n که توسط محققین مختلف ارائه شده 24
جدول (3-1) مدلهای رفتاری مختلف به کار رفته در نرم افزار FLAC 39
جدول (4-1) شرایط ژئوتکنیکی منطقه آزمایشی دوم 48
جدول (4-2) پارامترهای فیزیکی مصالح زیرسطحی منطقه آزمایشی دوم 50
جدول (4-3) عمق چاله ایجاد شده برای ارتفاع سقوط و جرم کوبه متفاوت در یک انرژی ثابت 59