عنوان : ارزیابی مقایسه ای مکانیسم شکست شیروانی های خاکی تحت تراوش براساس روش های تعادل حدی و عددی

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد زنجان

دانشکده فنی و مهندسی، گروه خاک و پی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

گرایش: عمران – خاک و پی

عنوان:

ارزیابی مقایسه ای مکانیسم شکست شیروانی های خاکی تحت تراوش براساس روش های تعادل حدی و عددی

استاد راهنما:

دکتر محمدرضا حسنلو

استاد مشاور

دکتر محمود حسنلوراد

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
فهرست مطالب:
چکیده ………………………………………………………………………………………… 1
مقدمه…………………………………………………………………………………………. 2
فصل اول: مقدمه
1-1 مقدمه……………………………………………………………………………………. 4
1-2  اظهار مسئله …………………………………………………………………………… 6
1-3 ضرورت انجام پژوهش ……………………………………………………………….. 8
1- 4 اهداف پژوهش……………………………………………………………………….. 9
1-5 سوالات پژوهش………………………………………………………………………. 10
1-6 فرضیه های پژوهش…………………………………………………………………. 11
1-7 تعاریف عملیاتی متغیّرها و واژه های کلیدی………………………………………. 12
1-8 روش پژوهش……………………………………………………………………………. 12
1-9 محدودیّت های پژوهش………………………………………………………………… 12
1-10 ساختار پایان نامه……………………………………………………………………. 13
فصل دوم: مروری بر متون فنّی و تحقیقات گذشته
2-1 پیش گفتار…………………………………………………………………………….. 15
2-2 مبانی روش های مطالعه پایداری شیروانی های خاکی ………………………… 15
2-2-1 مقدمه………………………………………………………………………………. 15
2-3 مطالعه کاربردی روش های کنترلی پایداری شیروانی های خاکی…………….. 16
2-3-1 روش عددی………………………………………………………………………….. 16
2-3-2 روش های تعادل حدی………………………………………………………….. 18
2-3-2-1مروری دقیق تر بر روش های خاص تعادل حدی………………………………. 20
2-4 کلیّات خاک های مسلح………………………………………………………………. 22
2-5 نگاهی به موثرترین تحقیقات ژئوتکنیکی اخیر…………………………………… 23
فصل سوم: روش و مبانی پژوهش
3-1 مقدمه………………………………………………………………………………… 34
3-2 روش های تحلیل پایداری مورد بهره گیری در این پژوهش………………………… 34
3-3 انتخاب نرم افزار…………………………………………………………………….. 35
3-3-1 آشنایی با نرم افزار GeoStudio………………………………………………….
3-3-1-1 آشنایی با نرم افزار SEEP/W وSLOPE/W…………………………………..
3-3-2 طریقه ایجاد و تحلیل مدل ها در SEEP/W و SLOPE/W………………………..
3-3-2-1 تنظیمات و مشخصات اولیه نرم افزارGeoStudio………………………….
3-3-3 طریقه ایجاد و تحلیل مدل ها با نرم افزار Plaxis……………………………….
3-4 اطلاعات اولیّه مدل های نرم افزاری ……………………………………………… 45
3-4-1 هندسه مدل ها…………………………………………………………………. 46
3-4-2 مشخصّات فنّی مصالح و مدل های رفتاری آن ها…………………………… 47
3-4-3 تعریف و ترسیم مسلح کننده ها……………………………………………… 49
فصل چهارم: مطالعه و تحلیل نتایج
4-1 مقدمه…………………………………………………………………………….. 52
4-2 نتایج مدل سازی ها……………………………………………………………. 52
4-3 معرفی کاراکترهای  نمودارهای ضرایب اطمینان  پایان نامه…………………. 55
4-4 نمودارهای ضرایب اطمینان  ……………………………………………………. 56
4-4-1 نمودارهای (DH, FS)…………………………………………………………. 57
4-4-2 نمودارهای (DH/H, FS)…………………………………………………….. 71
4-4-3 نمودارهای تسلیح شده…………………………………………………… 72
4-5 مکانیسم گسیختگی…………………………………………………………… 96
4-6 مدل های بازسازی شده……………………………………………………….. 105
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادها
5-1 مقدمه…………………………………………………………………………… 110
5-2 نتایج حاصل از مطالعات……………………………………………………….. 110
گواهی مقالات ارائه شده در هفتمین کنگره ملی عمران …………………….. 120
5-3 پیشنهادات…………………………………………………………………….. 124
منابع و ماخذ
منابع فارسی………………………………………………………………………… 127
منابع انگلیسی…………………………………………………………………… 130
چکیده:
با در نظر داشتن اینکه تمامی زیر ساخت های مهندسی و اماکن و شریان های حیاتی شهری و غیر شهری از قبیل: پی ساختمان ها، پل ها، سیلوها، سدها، دیوارهای حائل، سازه های دریایی، تأسیات صنعتی و . . . همگی بر بستری به نام زمین گسترده می شو­­­ند. اهمیت مطالعه نوع ناپایداری در شیروانی ‌های خاکی‌ تحت تراوش‌ و شیروانی‌ های خاکی‌ تحت تراوش‌ مسلح راهکارهای مقابله با آن ها زمانی بیشتر عیان می گردد که لغزش شیروانی ها می تواند خسارت‌ های عظیم و جبران ناپذیری ایجاد نماید، دو روش مهم برای تحلیل پایداری شیروانی‌ها، روش تعادل حدی و روش عددی می‌باشد. هدف مشترکی که در تمامی این روش‌ها دنبال می گردد مطالعه پایداری شیب های طبیعی ومصنوعی وتعیین ضریب اطمینان پایداری آنها می‌باشد. بر اساس تعریف ترزاقی و پک (1967میلادی)، لغزش ها  به هر شکل قابل تصوری، آهسته یا ناگهانی و با هر عامل محرکی می توانند اتفاق بیافتند.گسیختگی شیب ها معمولاً ناشی از هرگونه عامل کاهش  ناگهانی مقاومت خاک یا تغییری در شرایط هندسی روی می دهد، به گونه کلی می توان شیروانی ها را به دو دسته  شیروانی های  طبیعی و شیروانی های طراحی شده، دسته بندی نمود. این پایان نامه که در قالب پایان نامه کارشناسی ارشد ارائه می گردد  به ارزیابی و مقایسه ضرایب اطمینان و سطوح گسیختگی در خاک هایی از جنس رس و ماسه که با روش های تعادل حدی و روش عددی در حالات تحت تراوش بدون مهار و با مهار به دست آمده می باشد، می پردازیم.
مقدمه:
یکی از مهمترین موضوعات دانش ژئوتکنیک تحلیل پایداری شیروانی‌ها‌ی خاکی تحت تراوش‌ و تعیین سطحی با کمترین ضریب اطمینان و به بیانی دیگر سطح بحرانی شکست می باشد. در ساخت وبهره برداری از شیب ها و دیواره های خاکی، مسئله پایداری و مطالعه مکانیسم های شکست احتمالی، به علت ملاحظات اقتصادی (اغلب پروژه های ژئوتکنیک با بودجه دولتی و سرمایه ملت عزیز ایران زمین ساخته می شوند) و در بعضی سازه ها جلوگیری از بروز فاجعه ی انسانی (گاه لغزش یک شیروانی طبیعی یا یک سد خاکی باعث مدفون شدن یک روستا و قربانی شدن هزاران تن می گردد) و از طرفی سرزمین پاکمان با بلاهای طبیعی نظیر سیل و زلزله و غیره مواجه می باشد و اهمیت دین مبین اسلام به مقام والای بشر و بیت المال وظیفه مهندسین عمران و اهمیت موضوع را  صد چندان می کند. روش‌های مختلفی برای مطالعه پایداری شیب‌ها و شیروانی‌ها ارائه می گردد که مانند آن‌ها می توان به روش‌های تعادل حدی مانند: روش فلینیوس، بیشاپ و مورگنسترن و نیز روش‌های ‌عددی تصریح نمود. هدف مشترکی که در تمامی این روش‌ها دنبال می گردد تعیین حداقل ضریب اطمینان پایداری و سطح گسیختگی متناظر با آن که شیروانی در امتداد آن لغزیده و گسیخته خواهد گردید، می‌باشد. در این پژوهش با مدل سازی و مطالعه دقیق یک سری شیروانی خاکی با شرایط نزدیک به شرایط صحرایی با هر دو روش ذکر گردیده کوشش می گردد این دو روش با هم مقایسه شوند. بدین مقصود آغاز ترانشه ای با مشخصات معین فرض و با بهره گیری از روش عددی (نرم افزار پلکسیس) مدل سازی و ضریب اطمینان، نوع، محل و چگونگی شکست احتمالی وسطح لغزش بحرانی آن را مشخص می کنیم و سپس همان ترانشه را با روش تعادل حدی (نرم افزار ژئواستدیو) مدل و مطالعه می نماییم، در این مدلسازی رفتار خاک به صورت الاستوپلاستیک با معیار گسیختگی موهر کولمب با کرنش مسطح و دو بعدی فرض می گردد.
فصل اول: کلیات پژوهش
1-1- مقدمه
مطالعه پایداری شیروانی های خاکی و یافتن راهی برای ارزیابی دقیق تر پایداری شیب ها وترانشه های خاکی، از دیرباز  مورد توجه کارشناسان و متخصصان ژئوتکنیک بوده می باشد. تخمین افزایش ضریب اطمینان پایداری شیروانی ها و شیب های خاکی در شرایط و پروژه های مختلف اعم از سدسازی،    کانال ها، خاکریزها، بزرگراه ها، اسکله ها و… .، در همین راستا کوشش برای افزایش پایداری شیب ها امری تعیین کننده در پایداری کلی سازه ها به شمار می رود. نتیجه لغزش یا شکست یک شیب      می تواند باعث از دست رفتن عملکردی آن پروژه ( شیب) و حتی باعث از دست رفتن جان عده ای بشر گردد. مهندسان ژئوتکنیک بایستی در ارزیابی پایداری شیروانی های خاکی توجه خاصی به       زمین شناسی، زهکشی سطحی، آب زیرزمینی و مقاومت برشی خاک مبذول داشته باشند.
مطالعه شیروانی های خاکی یکی از مسائل اصلی مهندسی ژئوتکنیک می باشد، سدهای خاکی،  گودبرداری ها، ترانشه ها و… سازه های خاکی محسوب می شوند که از نظر اهمیت در درجه بالایی حتی برای تمدن بشری قرار دارند، پس تحلیل، طراحی ورفتارنگاری این سازه ها در طول زمان  مد نظر مهندسین می باشد، از این رو، کوشش های زیادی برای تحلیل شیروانی های خاکی انجام می گردد. اما عدم قطعیت ها، معضلات تئوریک تحلیل، تنوع مسائل  ژئوتکنیک  و نیازهای روز افزون به طراحی شیروانی های جدید که هر کدام معضلات خاص خود را دارند، محققین را بر آن داشته که هر چه بیشتر به این موضوع بپردازند. در مطالعه پایداری شیروانی ها در هر دو روش تعادل حدی و عددی، معمول می باشد که نیروهای محرک  و مقاوم محاسبه گردیده و  بزرگی  آن ها نسبت به هم سنجیده گردد          با این حال چیزی که اکثر اوقات از نظر مهندسان  ژئوتکنیک مورد بی توجهی واقع می گردد،  این می باشد که هر یک از نیروهای محرک و مقاوم خود تابع عوامل مختلفی مانند: پارامترهای خاک، هندسه شیب، بارگذاری خارجی و… می باشند، از سوی دیگر وجود آب در پروژه های عمرانی همواره برای مهندسان ایجاد مشکل کرده و باعث گسیختگی سازه ها به خصوص شیروانی های خاکی گردیده می باشد، در همین راستا خاک مسلح همواره به عنوان یک مصالح مهندسی کارآمد مورد بهره گیری بشر بوده می باشد،مفهوم خاک مسلح به صورت امروزی نخستین بار توسط یک مهندس فرانسوی به نام هنری ویدال[1] در سال 1966 میلادی مطرح گردید، با مطالعه خواص و شرایط خاک نمایان می گردد که یکی از اشکال های اصلی خاک، مقاومت کششی پایین آن می باشد و وجود آب نیز این نقطه اشکال را تقویت می کند، ایده ی خاک مسلح در حقیقت راه حلی برای رفع این نقطه اشکال  می باشد؛ به بیانی دیگر اساس سیستم خاک مسلح بر مبنای بهره گیری از مصالحی درون خاک می باشد که توانایی تحمل تنش های کششی بالایی را دارند به گونه ای که توده خاک مسلح  از گسیختگی بگریزد و یا به بیانی دیگر پایدار باشند. امروزه با در نظر داشتن پیشرفت های علوم مهندسی و افزایش روزافزون احداث ابنیه و سازه های پیچیده ، که گاه در مناطق کوهستانی و پر شیب ساخته می شوند، لزوم پایداری شیب های طبیعی و مصنوعی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته می باشد، روش های متعددی جهت پایدار سازی شیب ها هست که هدف مشترک همه ی این روش ها، افزایش نیروهای مقاوم در برابر نیروهای محرک و در نتیجه افزایش مقدار ضریب اطمینان می باشد. به کارگیری مسلح کننده ها نیروی مقاوم را در توده خاک از طریق تامین نیروی کششی افزایش می دهند و تغییر شکل های افقی را نیز کاهش می دهند، که این دو امر در نهایت منجر به افزایش پایداری کلی در سازه های خاکی می شوند.
2-1- اظهار مسأله
در ساخت و بهره برداری از شیب ها و دیواره های خاکی، مسئله پایداری و مطالعه مکانیسم های شکست احتمالی، ملاحظه های اقتصادی و حتی در بعضی سازه ها فاجعه ی انسانی بسیار مهم        می باشد، پس شناخت نوع پایداری و ناپایداری در شیروانی ها به جهت تشخیص راه های جلوگیری و مقابله با آن، امری مهم و ارزشمند می باشد. دو روش مهم در تحلیل پایداری شیب ها و شیروانی ها روش های تعادل حدی و عددی می باشد. در این پژوهش با مدل سازی و مطالعه دقیق یک شیب با دو زاویه گوناگون در شرایط تحت تراوش بدونمهار و با مهار در خاک های رس و ماسه  با        هر دو روش ذکر و این دو روش با هم مقایسه می گردد.
روش تعادل حدی
یکی از روش های تحلیل پایداری شیب ها روش تعادل حدی می باشد، در این روش اولین تحلیل را کولمان در اواخر قرن هجدهم ارائه داده می باشد، در این گونه روش ها فرض اصلی این می باشد که سطحی در امتداد سطح لغزش اختیار می گردد (منحنی یا مستوی) معیار گسیختگی مشخصی (مثلاً: موهر –‌ کولمب) حاکم بوده و بخش لغزنده بصورت مجزا و صلب بر سطح گسیختگی جا به جا می گردد، آنگاه تمام نیروهای موثر بر لغزندگی و برای جلوگیری از آن در نظر گرفته می گردد و با مقایسه مقاومت برشی لازم جهت حفظ پایداری با مقاومت برشی موجود در خاک ضریب ایمنی تعیین می گردد.
در یک روش کاربردی از این گروه که به روش قطعات موسوم می باشد، بخش لغزنده خاک به قطعاتی قائم تقسیم می گردد و مطالعه تعادل استاتیکی نیروها روی هر قطعه به گونه مجزا صورت می گیرد، روش های مبتنی بر تعادل حدی به علت وضوح مفاهیم و سادگی بهره گیری، کاربردی ترین روش های مطالعه پایداری شیب ها می باشند و در دفتر مهندسین مشاور کاربرد وسیع دارند.
روش عددی
 نرم افزارهای مختلفی براساس روش اجزاء محدود یا تفاضل محدود در بازار موجود می باشند از جمله: پلکسیس، فلک، فلک سه بعدی، ژئواسلوپ، یودک، تری دک، سی ای تو و انسیس و … .
 از بین نرم افزارها بنا بر علت های زیر، روش عددی انتخاب می گردد و مورد مطالعه جدی قرار می گیرد:
– علاوه بر الگوی اصلی خاک، الگوی رفتاری مو هر-کولمب، دارای الگوهای رفتاری الاستیک، الگوی خاک سخت شونده، الگوی خاک نرم و الگوی خاک نرم توأم با خزش را داراست که می توان از هر کدام از آن ها با توجه به نوع خاک و رفتارهای گوناگون از آن بهره گیری نمود.
– از نظر تعداد درجات آزادی برای الگوکردن سیستم خاک مسلح این نرم افزار با محدودیت خاصی مواجه نمی گردد.
– فایل ورودی که این برنامه می سازد، بسیار قابل فهم می باشد به نحوی که به راحتی می توان تغییرات مورد نظر را در فایل ورودی وارد نمود و نیازی به الگوکردن مجدد الگو نمی باشد.
– امکانات گرافیکی این برنامه بسیار مناسب می باشد به نحوی که، علاوه بر نظاره کانتورهای تنش ها وتغییرشکل‌ها می توان چگونگی تغییرات آن ها را نیز از آغاز تا انتهای بارگذاری مورد مطالعه قرار داد.
3-1- ضرورت انجام پژوهش
یکی از مهمترین موضوعات دانش ژئوتکنیک تحلیل پایداری شیروانی‌ها‌ی خاکی تحت تراوش‌ و تعیین سطحی با کمترین ضریب اطمینان و به عبارت دیگر سطح بحرانی شکست می باشد. در ساخت و  بهره برداری از شیب ها و دیواره های خاکی، مسئله پایداری و مطالعه مکانیسم های شکست احتمالی،  به علت ملاحظات اقتصادی (اغلب پروژه های ژئوتکنیک با بودجه دولتی و سرمایه ملت عزیز ایران زمین ساخته می شوند)  و در بعضی سازه ها جلوگیری از بروز فاجعه ی انسانی (گاه لغزش یک شیروانی طبیعی یا یک سد خاکی باعث مدفون شدن یک روستا و قربانی شدن هزاران تن می گردد) و از طرفی سرزمین پاکمان با بلاهای طبیعی نظیر سیل و زلزله و غیره مواجه می باشد و از طرف دیگر اهمیت دین مبین اسلام به مقام والای بشر و بیت المال وظیفه مهندسین عمران و اهمیت موضوع را صد چندان می کند.  نکته ی قابل ذکر آن می باشد که یافتن معیاری دقیق برای مطالعه پایداری شیروانی های خاکی از دو منظر قابل توجه می باشد؛ نخست آن که نتایج به شدت محافظه کارانه در تخمین و تعیین ضریب ایمنی و پایداری، موجب اتلاف منابع مالی و اقتصادی و رسیدن به حاشیه ی امنی از پایداری خواهد گردید، که در محدوده ی قابل بهره گیری ی پایداری قرار نخواهد گرفت، از سوی دیگر نتایج غیر مطمئن و ناامن نیز موجب تخریب و ضررهای مالی و جانی فراوان خواهد گردید.
بر اساس پژوهش کارشناسان عمران  و ژئوتکنیک،  دو روش مهم، در تحلیل پایداری شیب ها  و شیروانی ها، روش تعادل حدی و روش عددی می باشد، در این مطالعه با مدل سازی و مطالعه دقیق یک شیب با دو زاویه گوناگون در شرایط تحت تراوش بدون مهار و با مهار در خاک های رس و ماسه  با هر دو روش،  کوشش  می گردد این دو روش با هم مقایسه گردند.
[1]. Henry Vidal
تعداد صفحه : 147
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه ارشد: تحلیل هیدرودینامیکی سکوی نیمه شناور خرپایی تحت امواج تصادفی

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

دسته‌ها: عمران