فایل بررسی روش تحلیلی برای تعیین رفتار پیهای سطحی مستقر بر خاک مسلح
دسته بندي :
کالاهای دیجیتال »
رشته عمران و نقشه برداری (آموزش_و_پژوهش)
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