دانلود جزوه مکانیک خاک ضمنا این جزوه بسیارخوب و کامل میباشد.
برای دانلودکلیک کنید
برای دانلودکلیک کنید
۱۳۸۸ تیر ۸, دوشنبه
مکانیک خاک
مکانیک خاک از دو کلمه Soil به معنی خاک و Mechanics به معنی مکانیک گرفته شده است. در علوم مهندسی ، خاک مخلوط غیر یکپارچه‌ای از دانه‌های کانیها و مواد آلی فاسد شده میباشد که فضای خالی بین آنها توسط آب و هوا (گازها) اشغال شده است. خاک به عنوان مصالح ساختمانی در طرح‌های مهمی در مهندسی عمران بکار گرفته میشود و همچنین شالوده اکثر سازه‌ها بر روی آن متکی است.بنابراین مهندسان عمران باید بخوبی خواص خاک از قبیل مبدا پیدایش ، دانه بندی ، قابلیت زهکشی آب ، نشست ، مقاومت برشی ، ظرفیت باربری و غیره را مطالعه نمایند. مکانیک خاک شاخه‌ای از علوم مهندسی است که به مطالعه مشخصات فیزیکی و رفتار توده خاکی تحت بارهای وارده می‌پردازد. مهندسی پی ، کاربرد اصول مکانیک خاک در مسائل عملی است. در ادامه مطلب عناوینی زیر به طور خلاصه برای آشنایی با این رشته ارایه می شود :
1) تاریخچه
2) کاربرد مکانیک خاک
3) اندازه گیری ویژگیهای خاک
4) چگونگی تشکیل خاک
5) روشهای اندازه گیری ویژگیهای خاک
6) خواص مکانیکی خاکها
تاریخچه
مکانیک خاک از سال 1925 میلادی به صورت یک شاخه مهم شناخته شد. تزراقی (پدر علم مکانیک خاک) با کتاب اصول مکانیک خاک بنیانگذار این علم است.
در ایران نیز تحت عنوان مکانیک خاک به عنوان یک رشته مستقل در مقطع کارشناسی ارشد مهندسی عمران و به عنوان یک درس اختیاری و اصلی در مقاطع مختلف کارشناسی و کارشناسی ارشد زمین شناسی ارائه می شود.
تاریخچه عملیات خاکی را میتوان به دوره‌های دور تاریخ بشری نسبت داد و آن را با قدمت پیدایش شهرنشینی یکی دانست. حفر قناتها ، کانالهای آبرسانی ، ایجاد پلها و سدهای محکم و سایر بناهایی که آثار آنها در کشورهای دنیا از ده‌ها قرن قبل تا کنون به یادگار مانده است، همه از مواردی است که به نحوی با عملیات خاکی ارتباط دارد. توجه به بررسی و مطالعه خاک با یک دیدگاه مهندسی و به منظور تحلیل ریاضی خواص آن ، از قرن 18 میلادی آغاز شد و در واقع اولین بار در عین حال مهمترین رابطه ساده در زمینه مکانیک خاک ، در سال 1773 توسط کولمب یک مهندس ارتشی فرانسه ارائه گردید. این رابطه ساده ، که یک رابطه اساسی در بررسی مقاومت یا عدم مقاومت خاک است عبارت است از:
τ=c+bntan(φ)
کارهای بوسینسک در مورد تئوری اجسام الاستیک که در سال 1885 انتشار یافت به ارائه راه حل‌های دقیق در محاسبه تنش‌ها و تغییر شکل‌های درون محیط خاکی منجر گردید و توانست در تحلیل بخش مهمی از مبحث مکانیک خاک ، پاسخگو باشد. دانش مکانیک خاک به صورت مدرن ، در ابتدای قرن حاضر گسترش روز افزونی یافت و مانند سایر علوم مهندسی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت بطوری که در سال 1925 کارل ترزاگی ، استاد دانشگاه هاروارد ، نتیجه تحقیقات خود را به صورت مقاله‌ای ارائه داد و در سال 1943 کتاب «اصول نظری مکانیک خاک» را تدوین و منتشر کرد.
کارل ترازگی (1963-1883) را به حق بنیانگذار دانش مکانیک خاک نامیده‌اند. در اینجا شایسته است از سهم محققین روسی نیز یادآور گردد، چه پژوهشگرانی چون سیتوویچ در کشور روسیه به موازات دانشمندان غربی در توسعه دادن مبحث مکانیک خاک کارهای زیادی ارائه دادند. نامبرده نیز در سال 1934 کتاب اصول علم مکانیک خاک را منتشر نمود.
امروزه اهمیت دانش مکانیک خاک مانند علوم دیگر روز به روز رو به فزونی است و این بویژه به این علت است که تجربه‌های گذشته در این زمینه بدون گسترش تئوریهای مطمئن‌تر و راه حل‌های اقتصادی‌تر تکافوی حل مسائل جدید را در عمل نمی‌نماید. به علاوه ، بسط مسائل مبحث مکانیک خاک همراه با توسعه روشها و دیدگاههای جدید در زمینه مکانیک محیط دانه‌ای ، گسترش و افزایش دقت در تحلیل‌های ریاضی و مدل سازی‌ها را در هر دو زمینه الزامی نموده و نیز به نتیجه رسانده است.
طرح تئوریهایی که نشان دهنده رفتار توده خاکی در برابر عوامل بیرونی ، مثل نیروهای مختلف ، باشد.
کاربرد معلومات تئوری و تجربی در موارد و مسائل اجرایی مباحث کلی مکانیک خاک می باشد .
کاربرد مکانیک خاک
خاک از یک طرف به عنوان مصالح مورد توجه مهندسین و طراحان قرار می‌گیرد و از سوی دیگر به عنوان یک محیط طبیعی که در اختیار آدمی قرار گرفته است مورد توجه و استفاده است. جایی که به عنوان مصالح مورد نظر است مانند خاکریزها ، سرای خاکی ، روسازی راه و فرودگاه ، پشت دیوار حایل ، زهکش‌ها ، و به عنوان بخشی از بتن ، ماده اصلی تهیه آجر و سرامیک ، ماده اصلی تهیه چینی و کاشی ، و... حالت انتخابی و اختیاری دارد، و در جایی که به عنوان محیط مورد توجه است.
مانند زیر پی‌ها ، زیر پایه پلها و زیربنای جاده‌ها و محل حفر تونل‌ها و محل قرار دادن لوله‌ها و تاسیسات مکانیکی و الکتریکی (کابل های تلفن و برق و لوله کشی گاز و فاضلاب و محل احداث قناتها و محل حفر چاهها و کانال‌ها و ... همه حالت غیر انتخابی (یعنی اجباری) دارد. به هر حال در تمام موارد ذکر شده ، شناخت خواص فیزیکی و مکانیکی خاک ضرورت غیر قابل اجتناب دارد. مثلا در یک پروژه راه سازی ، چه نوع خاکی با چه نوع دانه بندی باید انتخاب شود و لایه‌های آن با چه ضخامتی و با چه رطوبتی و تا چه حد باید کوبیده شود تا جایی حاصل بتواند در برابر نیروهای وارد بر آن مقاوم باشد و وجود آبهای سطحی و بارندگی بر دوام آن اثر مخرب نداشته باشد و در برابر یخ‌زدگی و فرسایش و تغییرات جوی نیز پایدار بماند.
در ایجاد یک سد خاکی ، شیب‌ها چه مقدار باشد که هم پایدار باشد و هم اقتصادی ، در صورتی که سد همگن با زهکشی است، لایه‌های زهکشی با چه ابعادی و با چه دانه بندی و چه مقدار نفوذپذیری باید باشد؟ سرعت حرکت آب و .... زه چه مقدار است؟ تورم یا نشست خاک چه مقدار باشد؟ میزان تراکم و درصد رطوبت و ضخامت لایه‌ها برای کمپاکت کردن خاک چه مقدار باید باشد؟ روشهای حفاظت دامنه‌ها و تاج سر به چه عواملی بستگی دارد؟ و بسیاری پرسش‌های دیگر که مهندس طراح باید برای آنها جواب دقیق داشته باشد. به این ترتیب درمورد هرگونه پروژه ساختمانی و راه سازی و سد سازی مسائل متعددی از فیزیک و مکانیک خاک باید پاسخ داده شود. اهمیت دقت بیشتر و نیاز به تئوریهای دقیق‌تر هنگامی بیشتر میشود که حجم کارها و اهمیت پروژه بیشتر باشد.
رابطه مکانیک خاک با سایر علوم
مبحث مکانیک خاک دانشی است که در آن خواص فیزیکی و مکانیکی خاکها ، ارتباط این خواص با عوامل بیرونی ، مقاومت خاک در برابر نیروها ، تغییر شکل خاک در اثر نیروها ، مسایل مربوط به حرکت یا سکون آب در خاک ، چگونگی و مقدار فشرده شدن خاکها و چگونگی و مقدار تنش‌ها و تغییر شکل‌های هر نقطه از محیط خاکی در اثر عملکرد یک نیروی خارجی و ... بحث میشود.
در این راستا گاهی نیاز به مطالعه خواص شیمیایی و کانی شناسی دانه‌های خاک است و گاهی نیاز به بررسی پیدایش و منشا خاکها و گاهی نیاز به استفاده از دانش هیدرولیک و دانش‌های دیگر است. از اینرو ارتباط این مبحث با دیگر مباحث علمی چون فیزیک ، شیمی ، زمین شناسی ، کانی شناسی ، هیدرولیک و مکانیک سیالات را نباید از نظر دور داشت.
اندازه گیری ویژگیهای خاک
خاک مخلوطی منفصل از کانیها و سنگ دانه ها و بقایای مواد آلی (گیاهی- جانورزی) است که فضاهای خالی آن توسط آب و هوا پر شده است و معمولا قسمت سطحی زمین را ی پوشاند. و معادل لاتین Soil می باشد.
اندازه گیری ویژگیهای خاک بر عهده علم مکانیک خاک است که هدف از اندازه گیری ویژگیهای خاک کاربرد این ویژگیها برای مقاصد و اهداف خاص است برای این منظور ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک را به کمک آزمایشات و یا محاسبات ریاضی مختلف اندازه گیری و ارزیابی می کنند. از جمله این ویژگیها می توان، حجم، وزن، رطوبت، تخلخل، چگالی و مقاومت برشی)شکست)، مقاومت کششی و مقاومت فشاری و... را نام برد که هر یک را به اختصار بررسی می کنیم:
چگونگی تشکیل خاک
فرض کنیم که یک تو.ده سنگی، مثلا گرانیت روی سطح زمین قرار گرفته است. این توده سنگی در اثر عوامل فیزیکی و شیمیایی مثل تاثیر دما، آب های جوی، باد و ... هوازده شده و به قسمت های کوچک و بزرگ خرد می شود و بعد از تاثیر دیگر فرآیندها و سپری شدن زمان زیاد، به خاک تبدیل می شود. نرخ تولید خاک به صورت طبیعی خیلی کم بوده و در حدود 1 سانتیمتر در هر 100 سال است.
خاک دارای سه فاز (حالت) است:
1-جامد (ذرات خاک) 2- مایع (آب) 3- گاز (هوا)
روشهای اندازه گیری ویژگیهای خاک:
خواص فیزیکی و شیمیایی خاک : شناخت خواص فیزیکی ، شیمیایی و کانی شناسی خاکها در بسیاری از بررسی‌ها و مطالعات و تصمیم گیری‌ها در عملیات خاکی نقش مهمی دارد. خواص فیزیکی و شیمیایی خاکها را باید عمدتا در عوامل زیر جستجو کرده و مربوط به آنها دانست.
حجم خاک:
با حرف V نمایش می دهند. برای اندازه گیری حجم خاکهای چسبنده، روشهای مختلفی وجود دارد:
روش اول:وارد کردن نمونه در داخل استوانه مدرج حاوی مقداری جیوه که نمونه را وارد آن می کنیم و اختلاف ارتفاع جیوه، حجم نمونه را نشان می دهد.
روش دوم: موم اندود کردن نمونه و قرار دادن در استوانه مدرج حاوی آب، که اختلاف ارتفاع آب در استوانه بیانگر حجم نمونه خاک است (دلیل موم اندود کردن روش دوم این است که آب وارد درز و شکافهای نمونه نشود چون خاصیت مویینگی آب ، موجب نفوذ آن به درون این درزه ها میشود ولی در مورد جیوه چنین نیست)
وزن خاک:
با (W) نمایش می دهند. که می توان جرم خاک را توسط ترازوی دقیقی اندازه گرفت که وزن را می توان طبق رابطه مقابل بدست آورد. ( شتاب گرانش زمین9.81m/s2 =g )W =m.g
تخلخل:
که با n نمایش م دهند و عبارت است از نسبت حجم فضاهای خالی (Vr) به حجم کل خاک (V) که به درصد بیان میشود.
درصد رطوبت:
که با ω نمایش می دهند و عبارت است از نسبت وزن آب موجود در خاک (Ww) به وزن خشک خاک (Ws) . درصد رطوبت در خاکهایی که مقدار زیادی رسی وارد گاها به 300% نیز می رسد.
چگالی ویژه ذرات جامد خاک Gs
دیگر ویژگیهای فیزیکوشیمیایی خاک را با روشها و روابط پیچیده دیگری می توان اندازه گیری کرد که در حد پیشرفته و تخصصی است، از جمله این ویژگیها می توان، مقاومت برش، مقاومت فشاری، و کششی، حدالاستیک و پلاستیک، واگرایی و همگرایی خاک و... نام برد که هر یک نسبت به هدف کار مورد بررسی قرار می گیرد.
- اندازه گیری ویژگیهای خاک در علوم مختلف مثل مکانیک خاک، مهندسی عمران (گرایش پی و سازه)، زمین شناسی وکشاورزی و... کاربرد وسیعی داشته و به علوم مختلف مثل، فیزیک، شیمی و زمین شناسی وابسته است.
- از جمله کاربردهای مکانیک خاک در مطالعات قبل از احداث کلیه سازه های مهندسی، از قبیل سد،
تونل ، راههای ارتباطی، ساختمانهای مسکونی و ... است. بدین صورت که از ویژگیهای مختلفی که یک خاک نشان می دهد می توان میزان مقاومت آن را اندازه گیری کرده و در نتیجه تمهیدات لازم برای پایداری سازه بر روی خاک را اندیشید.
ترکیب کانی شناسی دانه‌ها : از آنجایی که خاکها از تجزیه و هوازدگی سنگهای پوسته زمین پدید آمده است، لذا کانیهای تشکیل دهنده خاکها باید همان کانیهای تشکیل دهنده سنگ مادر باشد.
طبیعت سطح ذرات خاک (سطح مخصوص) : سطح خارجی دانه‌های خاک ، یعنی فصل مشترک محیط جامد با محیط مجاور آن که ممکن است، آب یا هوا باشد. محل پدید آمدن بعضی پدیده‌های فیزیکی یا شیمیایی است که این پدیده‌ها برخواص دیگر خاک مثل؛ مقاومت و نفوذپذیری و ... تاثیر می‌گذارد.
پدیده‌های فیزیکی و شیمیایی در سطح مشترک خاک و آب :ذرات جسم جامد از شبکه‌ای از یون‌های مختلف تشکیل شده است که از اینرو بین سطح خارجی ذره و محیط اطراف آن کنش و واکنش‌هایی پدیدار می‌گردد.
خاصیت مویینگی : خاصیت بالا رفتن آب در لوله‌های مویین و در حفره‌های بین ذرات خاک را خاصیت مویینگی گویند.
نیروهای دافعه و جاذبه بین ذرات : نیروهای بین ذره‌ای در خاک به دو گونه‌اند. نیروهای جاذبه مولکولی بین دانه‌ها (وان در والس) و نیروهای دافعه که از نوع نیروی الکتروکینیماتیکی است.
خواص مکانیکی خاکها
اصطکاک : مقاومت جسم در برابر حرکت به علت وجود اصطکاک بین دو سطح تماس است.
چسبندگی: مقاومت خاکی به علت چسبندگی دانه‌ها حاصل از مقاومت مولکولی (یعنی نیروی جاذیه الکتروشیمیایی) بین ذرات ریز است.
گسیختگی توده خاک : گسیختگی توده خاک عبارتست از پایان شرایط مقاومت و آغاز برش در خاک است.
تحکیم: تحکیم عبارتست از کاهش حجم حفره‌های آب‌دار درون خاک به علت افزایش فشارهای جانبی.
1) تاریخچه
2) کاربرد مکانیک خاک
3) اندازه گیری ویژگیهای خاک
4) چگونگی تشکیل خاک
5) روشهای اندازه گیری ویژگیهای خاک
6) خواص مکانیکی خاکها
تاریخچه
مکانیک خاک از سال 1925 میلادی به صورت یک شاخه مهم شناخته شد. تزراقی (پدر علم مکانیک خاک) با کتاب اصول مکانیک خاک بنیانگذار این علم است.
در ایران نیز تحت عنوان مکانیک خاک به عنوان یک رشته مستقل در مقطع کارشناسی ارشد مهندسی عمران و به عنوان یک درس اختیاری و اصلی در مقاطع مختلف کارشناسی و کارشناسی ارشد زمین شناسی ارائه می شود.
تاریخچه عملیات خاکی را میتوان به دوره‌های دور تاریخ بشری نسبت داد و آن را با قدمت پیدایش شهرنشینی یکی دانست. حفر قناتها ، کانالهای آبرسانی ، ایجاد پلها و سدهای محکم و سایر بناهایی که آثار آنها در کشورهای دنیا از ده‌ها قرن قبل تا کنون به یادگار مانده است، همه از مواردی است که به نحوی با عملیات خاکی ارتباط دارد. توجه به بررسی و مطالعه خاک با یک دیدگاه مهندسی و به منظور تحلیل ریاضی خواص آن ، از قرن 18 میلادی آغاز شد و در واقع اولین بار در عین حال مهمترین رابطه ساده در زمینه مکانیک خاک ، در سال 1773 توسط کولمب یک مهندس ارتشی فرانسه ارائه گردید. این رابطه ساده ، که یک رابطه اساسی در بررسی مقاومت یا عدم مقاومت خاک است عبارت است از:
τ=c+bntan(φ)
کارهای بوسینسک در مورد تئوری اجسام الاستیک که در سال 1885 انتشار یافت به ارائه راه حل‌های دقیق در محاسبه تنش‌ها و تغییر شکل‌های درون محیط خاکی منجر گردید و توانست در تحلیل بخش مهمی از مبحث مکانیک خاک ، پاسخگو باشد. دانش مکانیک خاک به صورت مدرن ، در ابتدای قرن حاضر گسترش روز افزونی یافت و مانند سایر علوم مهندسی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت بطوری که در سال 1925 کارل ترزاگی ، استاد دانشگاه هاروارد ، نتیجه تحقیقات خود را به صورت مقاله‌ای ارائه داد و در سال 1943 کتاب «اصول نظری مکانیک خاک» را تدوین و منتشر کرد.
کارل ترازگی (1963-1883) را به حق بنیانگذار دانش مکانیک خاک نامیده‌اند. در اینجا شایسته است از سهم محققین روسی نیز یادآور گردد، چه پژوهشگرانی چون سیتوویچ در کشور روسیه به موازات دانشمندان غربی در توسعه دادن مبحث مکانیک خاک کارهای زیادی ارائه دادند. نامبرده نیز در سال 1934 کتاب اصول علم مکانیک خاک را منتشر نمود.
امروزه اهمیت دانش مکانیک خاک مانند علوم دیگر روز به روز رو به فزونی است و این بویژه به این علت است که تجربه‌های گذشته در این زمینه بدون گسترش تئوریهای مطمئن‌تر و راه حل‌های اقتصادی‌تر تکافوی حل مسائل جدید را در عمل نمی‌نماید. به علاوه ، بسط مسائل مبحث مکانیک خاک همراه با توسعه روشها و دیدگاههای جدید در زمینه مکانیک محیط دانه‌ای ، گسترش و افزایش دقت در تحلیل‌های ریاضی و مدل سازی‌ها را در هر دو زمینه الزامی نموده و نیز به نتیجه رسانده است.
طرح تئوریهایی که نشان دهنده رفتار توده خاکی در برابر عوامل بیرونی ، مثل نیروهای مختلف ، باشد.
کاربرد معلومات تئوری و تجربی در موارد و مسائل اجرایی مباحث کلی مکانیک خاک می باشد .
کاربرد مکانیک خاک
خاک از یک طرف به عنوان مصالح مورد توجه مهندسین و طراحان قرار می‌گیرد و از سوی دیگر به عنوان یک محیط طبیعی که در اختیار آدمی قرار گرفته است مورد توجه و استفاده است. جایی که به عنوان مصالح مورد نظر است مانند خاکریزها ، سرای خاکی ، روسازی راه و فرودگاه ، پشت دیوار حایل ، زهکش‌ها ، و به عنوان بخشی از بتن ، ماده اصلی تهیه آجر و سرامیک ، ماده اصلی تهیه چینی و کاشی ، و... حالت انتخابی و اختیاری دارد، و در جایی که به عنوان محیط مورد توجه است.
مانند زیر پی‌ها ، زیر پایه پلها و زیربنای جاده‌ها و محل حفر تونل‌ها و محل قرار دادن لوله‌ها و تاسیسات مکانیکی و الکتریکی (کابل های تلفن و برق و لوله کشی گاز و فاضلاب و محل احداث قناتها و محل حفر چاهها و کانال‌ها و ... همه حالت غیر انتخابی (یعنی اجباری) دارد. به هر حال در تمام موارد ذکر شده ، شناخت خواص فیزیکی و مکانیکی خاک ضرورت غیر قابل اجتناب دارد. مثلا در یک پروژه راه سازی ، چه نوع خاکی با چه نوع دانه بندی باید انتخاب شود و لایه‌های آن با چه ضخامتی و با چه رطوبتی و تا چه حد باید کوبیده شود تا جایی حاصل بتواند در برابر نیروهای وارد بر آن مقاوم باشد و وجود آبهای سطحی و بارندگی بر دوام آن اثر مخرب نداشته باشد و در برابر یخ‌زدگی و فرسایش و تغییرات جوی نیز پایدار بماند.
در ایجاد یک سد خاکی ، شیب‌ها چه مقدار باشد که هم پایدار باشد و هم اقتصادی ، در صورتی که سد همگن با زهکشی است، لایه‌های زهکشی با چه ابعادی و با چه دانه بندی و چه مقدار نفوذپذیری باید باشد؟ سرعت حرکت آب و .... زه چه مقدار است؟ تورم یا نشست خاک چه مقدار باشد؟ میزان تراکم و درصد رطوبت و ضخامت لایه‌ها برای کمپاکت کردن خاک چه مقدار باید باشد؟ روشهای حفاظت دامنه‌ها و تاج سر به چه عواملی بستگی دارد؟ و بسیاری پرسش‌های دیگر که مهندس طراح باید برای آنها جواب دقیق داشته باشد. به این ترتیب درمورد هرگونه پروژه ساختمانی و راه سازی و سد سازی مسائل متعددی از فیزیک و مکانیک خاک باید پاسخ داده شود. اهمیت دقت بیشتر و نیاز به تئوریهای دقیق‌تر هنگامی بیشتر میشود که حجم کارها و اهمیت پروژه بیشتر باشد.
رابطه مکانیک خاک با سایر علوم
مبحث مکانیک خاک دانشی است که در آن خواص فیزیکی و مکانیکی خاکها ، ارتباط این خواص با عوامل بیرونی ، مقاومت خاک در برابر نیروها ، تغییر شکل خاک در اثر نیروها ، مسایل مربوط به حرکت یا سکون آب در خاک ، چگونگی و مقدار فشرده شدن خاکها و چگونگی و مقدار تنش‌ها و تغییر شکل‌های هر نقطه از محیط خاکی در اثر عملکرد یک نیروی خارجی و ... بحث میشود.
در این راستا گاهی نیاز به مطالعه خواص شیمیایی و کانی شناسی دانه‌های خاک است و گاهی نیاز به بررسی پیدایش و منشا خاکها و گاهی نیاز به استفاده از دانش هیدرولیک و دانش‌های دیگر است. از اینرو ارتباط این مبحث با دیگر مباحث علمی چون فیزیک ، شیمی ، زمین شناسی ، کانی شناسی ، هیدرولیک و مکانیک سیالات را نباید از نظر دور داشت.
اندازه گیری ویژگیهای خاک
خاک مخلوطی منفصل از کانیها و سنگ دانه ها و بقایای مواد آلی (گیاهی- جانورزی) است که فضاهای خالی آن توسط آب و هوا پر شده است و معمولا قسمت سطحی زمین را ی پوشاند. و معادل لاتین Soil می باشد.
اندازه گیری ویژگیهای خاک بر عهده علم مکانیک خاک است که هدف از اندازه گیری ویژگیهای خاک کاربرد این ویژگیها برای مقاصد و اهداف خاص است برای این منظور ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک را به کمک آزمایشات و یا محاسبات ریاضی مختلف اندازه گیری و ارزیابی می کنند. از جمله این ویژگیها می توان، حجم، وزن، رطوبت، تخلخل، چگالی و مقاومت برشی)شکست)، مقاومت کششی و مقاومت فشاری و... را نام برد که هر یک را به اختصار بررسی می کنیم:
چگونگی تشکیل خاک
فرض کنیم که یک تو.ده سنگی، مثلا گرانیت روی سطح زمین قرار گرفته است. این توده سنگی در اثر عوامل فیزیکی و شیمیایی مثل تاثیر دما، آب های جوی، باد و ... هوازده شده و به قسمت های کوچک و بزرگ خرد می شود و بعد از تاثیر دیگر فرآیندها و سپری شدن زمان زیاد، به خاک تبدیل می شود. نرخ تولید خاک به صورت طبیعی خیلی کم بوده و در حدود 1 سانتیمتر در هر 100 سال است.
خاک دارای سه فاز (حالت) است:
1-جامد (ذرات خاک) 2- مایع (آب) 3- گاز (هوا)
روشهای اندازه گیری ویژگیهای خاک:
خواص فیزیکی و شیمیایی خاک : شناخت خواص فیزیکی ، شیمیایی و کانی شناسی خاکها در بسیاری از بررسی‌ها و مطالعات و تصمیم گیری‌ها در عملیات خاکی نقش مهمی دارد. خواص فیزیکی و شیمیایی خاکها را باید عمدتا در عوامل زیر جستجو کرده و مربوط به آنها دانست.
حجم خاک:
با حرف V نمایش می دهند. برای اندازه گیری حجم خاکهای چسبنده، روشهای مختلفی وجود دارد:
روش اول:وارد کردن نمونه در داخل استوانه مدرج حاوی مقداری جیوه که نمونه را وارد آن می کنیم و اختلاف ارتفاع جیوه، حجم نمونه را نشان می دهد.
روش دوم: موم اندود کردن نمونه و قرار دادن در استوانه مدرج حاوی آب، که اختلاف ارتفاع آب در استوانه بیانگر حجم نمونه خاک است (دلیل موم اندود کردن روش دوم این است که آب وارد درز و شکافهای نمونه نشود چون خاصیت مویینگی آب ، موجب نفوذ آن به درون این درزه ها میشود ولی در مورد جیوه چنین نیست)
وزن خاک:
با (W) نمایش می دهند. که می توان جرم خاک را توسط ترازوی دقیقی اندازه گرفت که وزن را می توان طبق رابطه مقابل بدست آورد. ( شتاب گرانش زمین9.81m/s2 =g )W =m.g
تخلخل:
که با n نمایش م دهند و عبارت است از نسبت حجم فضاهای خالی (Vr) به حجم کل خاک (V) که به درصد بیان میشود.
درصد رطوبت:
که با ω نمایش می دهند و عبارت است از نسبت وزن آب موجود در خاک (Ww) به وزن خشک خاک (Ws) . درصد رطوبت در خاکهایی که مقدار زیادی رسی وارد گاها به 300% نیز می رسد.
چگالی ویژه ذرات جامد خاک Gs
دیگر ویژگیهای فیزیکوشیمیایی خاک را با روشها و روابط پیچیده دیگری می توان اندازه گیری کرد که در حد پیشرفته و تخصصی است، از جمله این ویژگیها می توان، مقاومت برش، مقاومت فشاری، و کششی، حدالاستیک و پلاستیک، واگرایی و همگرایی خاک و... نام برد که هر یک نسبت به هدف کار مورد بررسی قرار می گیرد.
- اندازه گیری ویژگیهای خاک در علوم مختلف مثل مکانیک خاک، مهندسی عمران (گرایش پی و سازه)، زمین شناسی وکشاورزی و... کاربرد وسیعی داشته و به علوم مختلف مثل، فیزیک، شیمی و زمین شناسی وابسته است.
- از جمله کاربردهای مکانیک خاک در مطالعات قبل از احداث کلیه سازه های مهندسی، از قبیل سد،
تونل ، راههای ارتباطی، ساختمانهای مسکونی و ... است. بدین صورت که از ویژگیهای مختلفی که یک خاک نشان می دهد می توان میزان مقاومت آن را اندازه گیری کرده و در نتیجه تمهیدات لازم برای پایداری سازه بر روی خاک را اندیشید.
ترکیب کانی شناسی دانه‌ها : از آنجایی که خاکها از تجزیه و هوازدگی سنگهای پوسته زمین پدید آمده است، لذا کانیهای تشکیل دهنده خاکها باید همان کانیهای تشکیل دهنده سنگ مادر باشد.
طبیعت سطح ذرات خاک (سطح مخصوص) : سطح خارجی دانه‌های خاک ، یعنی فصل مشترک محیط جامد با محیط مجاور آن که ممکن است، آب یا هوا باشد. محل پدید آمدن بعضی پدیده‌های فیزیکی یا شیمیایی است که این پدیده‌ها برخواص دیگر خاک مثل؛ مقاومت و نفوذپذیری و ... تاثیر می‌گذارد.
پدیده‌های فیزیکی و شیمیایی در سطح مشترک خاک و آب :ذرات جسم جامد از شبکه‌ای از یون‌های مختلف تشکیل شده است که از اینرو بین سطح خارجی ذره و محیط اطراف آن کنش و واکنش‌هایی پدیدار می‌گردد.
خاصیت مویینگی : خاصیت بالا رفتن آب در لوله‌های مویین و در حفره‌های بین ذرات خاک را خاصیت مویینگی گویند.
نیروهای دافعه و جاذبه بین ذرات : نیروهای بین ذره‌ای در خاک به دو گونه‌اند. نیروهای جاذبه مولکولی بین دانه‌ها (وان در والس) و نیروهای دافعه که از نوع نیروی الکتروکینیماتیکی است.
خواص مکانیکی خاکها
اصطکاک : مقاومت جسم در برابر حرکت به علت وجود اصطکاک بین دو سطح تماس است.
چسبندگی: مقاومت خاکی به علت چسبندگی دانه‌ها حاصل از مقاومت مولکولی (یعنی نیروی جاذیه الکتروشیمیایی) بین ذرات ریز است.
گسیختگی توده خاک : گسیختگی توده خاک عبارتست از پایان شرایط مقاومت و آغاز برش در خاک است.
تحکیم: تحکیم عبارتست از کاهش حجم حفره‌های آب‌دار درون خاک به علت افزایش فشارهای جانبی.
بدست آوردن حدود آتربرگ
گزارش سوم عملیات مکانیک خاک
هدف آزمایش :بدست آوردن حدود آتربرگ
بحث:
وقتی کانیهای رسی در خاکهای ریز دانه وجود داشته باشد خاک میتواند با وجود مقداری رطوبت بدون خرد شدن به صورت خمیری در اید.این حالت چسبندگی ناشی از آب جذب شده در پیرامون ذرات رس است. در ابتدای دهه 1990 یک دانشمند سوئدی به نام آتربرگ روسی را برای توصیف حساسیت خاکهای ریز دانه در ارتباط با تغییر درصد رطوبت آنها ابداع کرد. در درصد رطوبت بسیار کم خاک شبیه به یک جسم سفت(جامد) رفتار میکند.وقتی درصد رطوبت بسیار زیاد است خاک و آب شبیه یک مایع به حرکت در می ایند.بنابراین بر اساس یک اصل قراردادی بسته به درصد رطوبت طبیعت و رفتار خاک میتواند به چهار حالت مهم تقسیم شود که عبارتنداز :سفت(جامد) و نیمه سفت(نیمه جامد) و خمیر(پلاستیک) و مایع(روان) میباشد درصد رطوبتی که در آن درصد رطوبت حالت سفت به نیمه سفت تبدیل میشود را حد انقباض مینامند.در صد رطوبتی که در آن نقطه خاک از حالت نیمه سفت به حالت خمیر در می اید را حد خمیری می گویند و به درصد رطوبتی که از حالت خمیری به حالت مایع یا روان تبدیل میشود حد مایع یا روانی اطلاق میشود.
در بخشهای گذشته برای توضیح فیزیکی حالتهای یک لایه درشت دانه از روابطی مانند و و ... استفاده کردیم که میتوانستیم خاکهای بزرگ دانه را دسته بندی کنیم.ولی این معیارها برای خاکهای ریز دانه کافی نیست. برای رسها و سیلتها دسته بندی معمول حاصل از ویزگیهای مهندسی مربوط به تغییر شرایط رطوبتی میباشد. به طور مرسوم این خصوصیات با میزان سفتی[1] توضیح داده میشود. حال روش تجربی آتربرگ[2] بیشتر برای خاکهای چسبنده کاربرد دارد.
وقتی که خاکی چسبنده با مقدار زیادی آب مخلوط میشود به یک حالت روانی یا مایع گونه در می اید و مانند یک سیال غلیظ مانند جریان می یابد.زمانی که این سیال غلیظ به تدریج خشک شود و رطوبت خود را از دست دهد به یک حالت خمیری یا پلاستیک میرسد.
با کاهش بیشتر رطوبت خاک به یک حالت نیمه جامد و بعد به حالت کاملا جامد میرسد.
وسایل آزمایش
1- دستگاه حد روانی کاساگرانده
2- شیار کش
3- کاردک
4- گرمکن
5- ترازو با دقت 01/0 گرم
6- دستمال برای پاک کردن کاسه دستگاه
7- شیشه که به عنوان میز کار میباشد
روش انجام کار
ابتدا مقداری خاک را از الک شماره 40 (قطر آن 425/0) عبور داده و از آن به مقدار 300 تا 500 گرم جدا کرده و به مدت 16 ساعت در مجاورت آب قرار داده تا کاملا رطوبت جذب کند. برای این ما این کار را انجام میدهیم که تمام قسمتهای خاک رطوبت کافی جذب کند تا حدودی که بدست می آوریم صحیح باشد.
بعد از این خاک مرطوب را روی شیشه ریخته و با کاردک عمل خمیر گیری را انجام میدهیم تا کاملا همگن شود. و داخل کاسه دستگاه کاساگرانده را پر کرده (به مقدار ) و بعد با شیار زن یک شیار روی خاک مرطوب ایجاد کرده و دستگاه را به برق میزنیم. در هر بار کاسه دستگاه به مقدار یک سانتیمتر بالا رفته و در برگشت ضربه ای به خاک وارد میکند و هر ضربه معادل 1 تنش برشی به خاک وارد میکند.
باید سعی کنیم که تعداد ضربات ما بین 20 تا 30 ضربه باشد تا بتوان با 4 تا 5 نقطه منحنی روانی[3] را رسم کرد. اگر رطوبت کم باشد باید آب به خاک اضافه کرده و مخلوط میکنیم و اگر رطوبت زیاد باشد باید آن را در oven قرار میدهیم و از اضافه کردن خاک به آن خودداری میکنیم.بعد از هر بار باید مقداری خاک نمونه ای را برداشته و درصد رطوبت آن را بدست آوریم. سپس میتوان نموداری برای ا ین نقاط برازش دهیم و رطوبت n=25 را از آن پیدا کرد.
برای بدست آوردن حد خمیری نیز چنین عمل میکنیم که ابتدا خاک مرطوب را با دست و روی شیشه به صورت فتیله های در آورده تا ضخامت این فتیله ها به 3 میلیمتر باشد و نباید در حین این عمل این فتیله ترک بخورد پس تا زمانی این کار را ادامه میدهیم تا فتیلیه ای به ضخامت 3 میلیمتر در بیاید.سپس میتوان درصد رطوبت این فتیله را بدست آورد و به راحتی حد خمیری این خاک بدست می اید.
برای بدست آوردن حد انقباض نیز چنین عمل میکنیم که ابتدا رطوبت خاک مرطوب را بالا برده و آن را در یک قوطی ای که با روغن اندود شده است ریخته و بعد به مدت 24 ساعت در همین حالت قرار داده تا کاملا آب جذب این خاک شود وبعد از 24 ساعت مجموعه را وزن کرده و در ovenقرار داده تا به مدت 24 ساعت بماند و بعد از وقت مقرر آنرا بیرون آورده و وزن و حجم آنرا بدست می آوریم. برای بدست آوردن حجم آن از دستگاه مخصوصی که در آزمایشگاه موجود میباشد استفاده میکنیم.
محاسبات:
حد خمیری
حد انقباض
شماره قوطی
12
22
14
23
41
13
وزن قوطی
21.08
17.61
18.75
19.42
20.12
18.04
وزن خاك + خاك مرطوب
53.78
42.77
62
54.89
30.53
182.66
وزن قوطی+خاك خشك
46.59
37.3
52.27
47.39
28.82
141.53
درصد رطوبت
28.2
27.8
29.0
26.8
19.7
19.55
تعداد ضربه
23
27
17
32
درصد رطوبت برای قوطی شماره 12
درصد رطوبت برای قوطی شماره22
درصد رطوبت برای قوطی شماره14
درصد رطوبت برای قوطی شماره23
در صد رطوبت برای حد انقباض از رابطه زیر بدست می اید:
که در آن درصد رطوبت حد انقباض میباشد. و به ترتیب حجم خاک مرطوب برای بدست آوردن حد انقباض و حجم خاک خشک بعد از بیرون آوردن از گرمکن میباشد. نیز در واقع درصد رطوبت خاک مرطوب قبل از قرار دادن در oven میباشد. پس با استفاده فرمول بالا درصد رطوبت حد انقباض عبارتند از:
با استفاده از محاسبه درصد رطوبت فتیله حد انقباض نیز محاسبه میشود:
نمودار Flow curve
نمودار مربوط به حد انقباض
با توجه نمودار flow curve میتوان درصد رطوبت حد روانی را به دست اورد كه در این صورت این مقدار برابر 83/27 درصد خواهد بود.
منابع :
- مکانیک خاک تالیف: براجام داس ترجمه:حسین صالح زاده دانشگاه علم و صنعت
- Geotecnical Engineering تالیف Cernica جلد اول
- آزمایشگاه مکانیک خاک تالیف: دکتر بازیار دانشگاه علم و صنعت
- مطالب ارئه شده در کلاس تئوری دکتر حسن رحیمی
- مطالب ارائه شده در کلاس عملی مهندس عباسی
[1] Degree of firmness
[2] Atterberg
[3] Flow curve
بحث:
وقتی کانیهای رسی در خاکهای ریز دانه وجود داشته باشد خاک میتواند با وجود مقداری رطوبت بدون خرد شدن به صورت خمیری در اید.این حالت چسبندگی ناشی از آب جذب شده در پیرامون ذرات رس است. در ابتدای دهه 1990 یک دانشمند سوئدی به نام آتربرگ روسی را برای توصیف حساسیت خاکهای ریز دانه در ارتباط با تغییر درصد رطوبت آنها ابداع کرد. در درصد رطوبت بسیار کم خاک شبیه به یک جسم سفت(جامد) رفتار میکند.وقتی درصد رطوبت بسیار زیاد است خاک و آب شبیه یک مایع به حرکت در می ایند.بنابراین بر اساس یک اصل قراردادی بسته به درصد رطوبت طبیعت و رفتار خاک میتواند به چهار حالت مهم تقسیم شود که عبارتنداز :سفت(جامد) و نیمه سفت(نیمه جامد) و خمیر(پلاستیک) و مایع(روان) میباشد درصد رطوبتی که در آن درصد رطوبت حالت سفت به نیمه سفت تبدیل میشود را حد انقباض مینامند.در صد رطوبتی که در آن نقطه خاک از حالت نیمه سفت به حالت خمیر در می اید را حد خمیری می گویند و به درصد رطوبتی که از حالت خمیری به حالت مایع یا روان تبدیل میشود حد مایع یا روانی اطلاق میشود.
در بخشهای گذشته برای توضیح فیزیکی حالتهای یک لایه درشت دانه از روابطی مانند و و ... استفاده کردیم که میتوانستیم خاکهای بزرگ دانه را دسته بندی کنیم.ولی این معیارها برای خاکهای ریز دانه کافی نیست. برای رسها و سیلتها دسته بندی معمول حاصل از ویزگیهای مهندسی مربوط به تغییر شرایط رطوبتی میباشد. به طور مرسوم این خصوصیات با میزان سفتی[1] توضیح داده میشود. حال روش تجربی آتربرگ[2] بیشتر برای خاکهای چسبنده کاربرد دارد.
وقتی که خاکی چسبنده با مقدار زیادی آب مخلوط میشود به یک حالت روانی یا مایع گونه در می اید و مانند یک سیال غلیظ مانند جریان می یابد.زمانی که این سیال غلیظ به تدریج خشک شود و رطوبت خود را از دست دهد به یک حالت خمیری یا پلاستیک میرسد.
با کاهش بیشتر رطوبت خاک به یک حالت نیمه جامد و بعد به حالت کاملا جامد میرسد.
وسایل آزمایش
1- دستگاه حد روانی کاساگرانده
2- شیار کش
3- کاردک
4- گرمکن
5- ترازو با دقت 01/0 گرم
6- دستمال برای پاک کردن کاسه دستگاه
7- شیشه که به عنوان میز کار میباشد
روش انجام کار
ابتدا مقداری خاک را از الک شماره 40 (قطر آن 425/0) عبور داده و از آن به مقدار 300 تا 500 گرم جدا کرده و به مدت 16 ساعت در مجاورت آب قرار داده تا کاملا رطوبت جذب کند. برای این ما این کار را انجام میدهیم که تمام قسمتهای خاک رطوبت کافی جذب کند تا حدودی که بدست می آوریم صحیح باشد.
بعد از این خاک مرطوب را روی شیشه ریخته و با کاردک عمل خمیر گیری را انجام میدهیم تا کاملا همگن شود. و داخل کاسه دستگاه کاساگرانده را پر کرده (به مقدار ) و بعد با شیار زن یک شیار روی خاک مرطوب ایجاد کرده و دستگاه را به برق میزنیم. در هر بار کاسه دستگاه به مقدار یک سانتیمتر بالا رفته و در برگشت ضربه ای به خاک وارد میکند و هر ضربه معادل 1 تنش برشی به خاک وارد میکند.
باید سعی کنیم که تعداد ضربات ما بین 20 تا 30 ضربه باشد تا بتوان با 4 تا 5 نقطه منحنی روانی[3] را رسم کرد. اگر رطوبت کم باشد باید آب به خاک اضافه کرده و مخلوط میکنیم و اگر رطوبت زیاد باشد باید آن را در oven قرار میدهیم و از اضافه کردن خاک به آن خودداری میکنیم.بعد از هر بار باید مقداری خاک نمونه ای را برداشته و درصد رطوبت آن را بدست آوریم. سپس میتوان نموداری برای ا ین نقاط برازش دهیم و رطوبت n=25 را از آن پیدا کرد.
برای بدست آوردن حد خمیری نیز چنین عمل میکنیم که ابتدا خاک مرطوب را با دست و روی شیشه به صورت فتیله های در آورده تا ضخامت این فتیله ها به 3 میلیمتر باشد و نباید در حین این عمل این فتیله ترک بخورد پس تا زمانی این کار را ادامه میدهیم تا فتیلیه ای به ضخامت 3 میلیمتر در بیاید.سپس میتوان درصد رطوبت این فتیله را بدست آورد و به راحتی حد خمیری این خاک بدست می اید.
برای بدست آوردن حد انقباض نیز چنین عمل میکنیم که ابتدا رطوبت خاک مرطوب را بالا برده و آن را در یک قوطی ای که با روغن اندود شده است ریخته و بعد به مدت 24 ساعت در همین حالت قرار داده تا کاملا آب جذب این خاک شود وبعد از 24 ساعت مجموعه را وزن کرده و در ovenقرار داده تا به مدت 24 ساعت بماند و بعد از وقت مقرر آنرا بیرون آورده و وزن و حجم آنرا بدست می آوریم. برای بدست آوردن حجم آن از دستگاه مخصوصی که در آزمایشگاه موجود میباشد استفاده میکنیم.
محاسبات:
حد خمیری
حد انقباض
شماره قوطی
12
22
14
23
41
13
وزن قوطی
21.08
17.61
18.75
19.42
20.12
18.04
وزن خاك + خاك مرطوب
53.78
42.77
62
54.89
30.53
182.66
وزن قوطی+خاك خشك
46.59
37.3
52.27
47.39
28.82
141.53
درصد رطوبت
28.2
27.8
29.0
26.8
19.7
19.55
تعداد ضربه
23
27
17
32
درصد رطوبت برای قوطی شماره 12
درصد رطوبت برای قوطی شماره22
درصد رطوبت برای قوطی شماره14
درصد رطوبت برای قوطی شماره23
در صد رطوبت برای حد انقباض از رابطه زیر بدست می اید:
که در آن درصد رطوبت حد انقباض میباشد. و به ترتیب حجم خاک مرطوب برای بدست آوردن حد انقباض و حجم خاک خشک بعد از بیرون آوردن از گرمکن میباشد. نیز در واقع درصد رطوبت خاک مرطوب قبل از قرار دادن در oven میباشد. پس با استفاده فرمول بالا درصد رطوبت حد انقباض عبارتند از:
با استفاده از محاسبه درصد رطوبت فتیله حد انقباض نیز محاسبه میشود:
نمودار Flow curve
نمودار مربوط به حد انقباض
با توجه نمودار flow curve میتوان درصد رطوبت حد روانی را به دست اورد كه در این صورت این مقدار برابر 83/27 درصد خواهد بود.
منابع :
- مکانیک خاک تالیف: براجام داس ترجمه:حسین صالح زاده دانشگاه علم و صنعت
- Geotecnical Engineering تالیف Cernica جلد اول
- آزمایشگاه مکانیک خاک تالیف: دکتر بازیار دانشگاه علم و صنعت
- مطالب ارئه شده در کلاس تئوری دکتر حسن رحیمی
- مطالب ارائه شده در کلاس عملی مهندس عباسی
[1] Degree of firmness
[2] Atterberg
[3] Flow curve
رفتار خاک در برابر زمین
در اثر اعمال تنش برشی چرخه‌ای به خاک ، که ناشی از امواج رسیده سنگ بستر است، خاک تحریک میشود.=-تقسیم بندی خاکها بر اساس پاسخ به حرکات سنگ بستر· حرکتهای پایدار که با تغییر شکل کشسان و خمیرسان باعث میرایی حرکت لرزه· ای می· شوند،· با این حال هنوز تا حدی مقاومت خود را حفظ می· کنند.· خاکهای ناپایدار که بطور ناگهانی متراکم شده یا بر اثر آبگونگی بطور کامل مقاومتشان را از دست می· دهند.دو ویژگی بارز خاکهایی که تحت تاثیر تنش چرخه‌ای قرار می‌گیرند، یکی «مدول برشی» و دیگری «سنت میرایی داخلی» است. مدول برشی واسطه بین تنش و تنجش برشی بر اثر لرزشهای دارای دامنه کوتاه ، مثل بارگذاریهای ناشی از زمین لرزه را بیان میکند.سنت میرایی داخلی معرف استهلاک انرژی در طول بارگذاری چرخه‌ای است. مدول برشی و میرایی مهمترین ویژگیهایی هستند که معمولا در تجزیه) و تحلیلها بکار می‌روند. بخشی از تغییر شکل خاکها در برابر بار دینامیک ، صرف‌نظر از دامنه تنجش ، غیر قابل بازگشت بوده و لذا منحنیهای بارگذاری - باربرداری و تنش - تنجش بر یکدیگر منطبق نمی‌شوند.نشست و آبگونگیلرزشهای ناشی از زمین لرزه میتواند چند پدیده مهم را در خاک باعث شود که از این جمله است:· تراکم خاکهای دانه· ای که منجر به نشست سطح زمین می· شود و می· تواند در محدوده وسیعی اتفاق بیافتد.· آبگونه شدن ماسه· های ریز و ماسه· های لایه· دار که منجر به از بین رفتن کامل مقاومت خاک شده و باعث نشست و حتی برگشتن سازه· ها و گسیخته شدن دامنه· های می· شود.· کاهش مقاومت در خاکهای چسبنده نرم که منجر به نشست سازه شد،· و می تواند برای سالها ادامه داشته باشد. این پدیده بر اثر نوعی آبگونگی نیز حاصل می شود.نشست حاصل از تراکمتنجشهای برشی چرخه‌ای باعث تراکم خاکهای دانه‌ای میشود که نشست زمین را به همراه دارد. حرکات افقی ناشی از لرزشها تا زمانی که چرخه‌ها نسبتا نزدیک به هم باشند، حتی اگر تنجشهای برشی چرخه‌ای نسبتا کوچک باشد، باعث تراکم خاک می‌شوند. در مقابل ، شتاب قائم فراتر از شتاب جاذبه زمین (1g) لازم است تا ماسه‌ها را به نحو قابل ملاحظه‌ای متراکم نماید و این رقمی به مراتب فراتر از شتاب سطحی حاصل از اغلب زمین لرزه‌هاست.قابلیت تراکم خاک در زمان لرزش زمین به دانه بندی ، چگالی نسبی ، پوکی ، فشار جانبی ، دامنه نوسان تنش برشی یا تنجش چرخه‌ای و بالاخره تعداد چرخه‌های اعمال تنش یا طول مدت آن وابسته است. نشست ناشی از تراکم و آبگونگی بسیار به هم مرتبط هستند و مهمترین عامل در وقوع هر یک از آنها قابلیت زهکشی خاک در زمان بارگذاری چرخه‌ای است. تراکم در خاکهای دارای زهکشی خوب و آبگونگی در خاکهای با زهکشی ضعیف انجام می‌شوند.پدیده روانگراییروانگرایی (یا آبگونگی) چرخه‌ای ، به واکنش خاک در برابر بارهای دینامیکی یا تحریک ناشی از امواج برشی زودگذر اطلاق میشود که در نتیجه آن مقاومت خاک بطور کامل از بین رفته و خاک حالتی آبگونه به خود می‌گیرد. آبگونگی چرخه‌ای با روانگونگی ناشی از جریان به سمت بالای آب زیرزمینی در شرایطی اگر آب ماسه نتواند به سرعت از محیط خارج و به اصطلاح زهکشی شود، کاهش حجم باعث افزایش فشار منفذی برابر فشار مواد دوباره شود، تنش موثر بین ذرات خاک صفر میشود و ماسه بطور کامل مقاومت برشی خود را از دست می‌دهد و در نتیجه حالت آبگونه پیدا میکند.پدیده روانگرایی ممکن است در یک نهشته سطحی یا در یک لایه عمقی اتفاق بیافتد. در صورتی که آبگونگی در عمق اتفاق بیافتد فشارهای هیدرواستاتیک اضافی ایجاد شده در منطقه آبگونه شده ، با جریان یافتن آب به سمت بالا ، از بین می‌رود. یک گرادیان هیدرولیکی قابل توجه قادر است تا شرایط آبگونگی را در لایه‌های فوقانی نیز القا نماید. نتیجه این عمل در سطح بصورت «فوران گل» و ایجاد «ماسه سریع» تظاهر میکند. در جاهایی که از سطح ایستایی بالایی برخوردارند، آبگونه شدن سطحی و نشست زمین منجر به خروج آب و جریان آن در سطح زمین میشود.در مواردی که آبگونگی سطحی نیز صورت نگرفته است، وقوع آبگونگی در اعماق قادر است قابلیت باربری لایه‌های فوقانی را به مقدار قابل ملاحظه‌ای کاهش دهد. پدیده آبگونگی ممکن است بطور بخشی در خاکهای چسبند نرم نیز ایجاد شود. در اینجا امواج طولی به دلیل خاصیت فشاری و استنباطی آنها باعث افزایش فشار آب منفذی در رسهای اشباع شده می‌شوند. این فشارهای آب منفذی حاصل از لرزش باعث کاهش مقاومت برشی خاک و در نتیجه قدرت باربری آن شده و به گسیختگی کلی یا بخشی منجر میشود. این عمل همچنین ممکن است باعث نشست مداوم سازه‌ها شود.عوامل موثر در افزایش استعداد آبگونه شدن خاک· فرایندهای رسوبگذاری· سن رسوبات· تاریخ زمین شناسی· عمق سطح استیابی· دانه بندی· عمق مدفون شدن· شیب دامنه· نزدیکی آن به یک سطح آزادبا افزایش سن رسوبات استعداد آبگونه شدن آنها کاهش می یابد. علت این امر پیش تنیدگی خاک بر اثر وزن رسوباتی که بعدا از بین رفته‌اند، یا زمین لرزه‌های قدیمی است. بیشترین استعداد آبگونگی در نواحی ساحلی حاوی آبرفتهای ریزدانه اشباع شده ، که از تراکم رس کمی برخوردارند، دیده میشود. آبگونگی بستر دریاها عمدتا بر اثر عملکرد زمین لرزه‌ها یا امواج ایجاد میشود.عوامل امکان آبگونگی· دانه بندی : ماسه· ها و ماسه· های لایه· دار مستعدترین رسوبات هستند،· مخصوصا اگر از دانه بندی ضعیفی برخوردار باشند. نفوذپذیری این مصلح نسبتا پایین و زهکشی آن آهسته است.· شرایط آب زیرزمینی : رسوباتی مستعد آبگونگی· اند که در زیر سطح ایستایی قرار گرفته و اشباع شده باشند و نتوانند به طور آزاد زهکشی شوند.· آبگونگی معمولا در خاکهای برون چسبندگی یکنواخت که 10 درصد اندازه آن بین 0.01 تا 0.25 میلیمتر و «ضریب یکنواختی» آن بین 2 و 10 باشد،· ایجاد می· شود.
تعيين ضريب پايداري سد خاکي با شبکه عصبي
Determination of earth dam sloop stability factory by neural network
در این پایان نامه سعی شده است که دو موضوع علمی روز یعنی پایداری شیروانی و شبکه عصبی بحث شود و ضریب پایداری شیروانی سد خاکی با شبکه عصبی تعیین و با خروجی های نرم افزار المان محدود Plaxis مقایسه می شود. برای آموزش این که عصبی از اطلاعات بدست آمده از مدل نزدیک به 300 سد خاکی در نرم افزار المان محدود Plaxis استفاده شده است.
در تحلیل پایداری شیروانی ها، محاسبه ضریب اطمینان برای سطح لغزش معین ، سابقه ای بیش از 70 سال دارد. تحلیل پایداری شیروانی به منظور تعیین ضریب اطمینان در سطح لغزش مورد نظر و تعیین محتمل ترین فرایند گسیختگی و کمترین ضریب اطمینان مربوطه به آن، انجام می گیرد.
در روشهای تعادل حدی به منظور تحلیل پایداری شیروانی معمولاً لازم است تا سطح لغزش بحرانی که کمترین ضریب اطمینان را دارد تعیین شود، اغلب روشهای تعادل حدی برای تحلیل پایداری شیروانی، سطح لغزش را با شکل های مشخصی مانند دایره ای و یا اسپیرال لگاریتمی در نظر می گیرند. این فرضیات به منظور سادگی کار و دوروی از پیچیدگی های سطح لغزش دلخواه است.
در این پایان نامه نشان داده شده که چه الگوی آموزشی با چه تعداد لایه و چه تعداد سلول و چه نوع تابع تحریک بهترین یادگیری را داراست و همچنین سعی شده است تاثیر پارامتر ها موثر بر روی ضریب پایداری شیروانی سد خاکی تعیین گردد. 6 پارامتر مهم و تاثیر گذار در پایداری سد خاکی در نظرگرفته شده است که این پارامترها عبارتند از ارتفاع سد (H)، عرض تاج سد (B)، شیب دامنه سد (Ө)، ضریب اصطکاک داخلی(φ)، وزن مخصوص خاک(γ) و ضریب چسبندگی خاک (C) می باشند. در این پایان نامه در مورد تاثیر پارامترهای بالا در ضریب پایداری شیروانی تحقیق شده است. در این تحقیق پارامترها به دو گروه پارامترهای مستقل و پارامترهای وابسته تقسیم شده است. در این تحقیق از نرم افزاری المان محدود پیشرفته Plaxis که برای تحلیل تغیر شکل ها و پایداری در پروژه های مهندسی ژئوتکنیک کاربرد دارد، استفاده شده است. این نرم افزار توسط موسسه Center for Civil Engineering Research and Codes (CUR) نیز مورد تائید وپشتیبانی قرار گرفته است. در مجموعه داده های بدست آمده از Plaxis فشار آب بالا دست سد بوسیله محاسبات جریان در حالت steady state لحاظ شده است.
Determination of earth dam sloop stability factory by neural network PDF
امیدوارم این فایل مشکل قبل را نداشته باشد لطفا دانلود کنید اگه به مشکلی برخوردین با من تماس بگیرید
واژگان کلیدی: سد خاکی، ضریب پایداری، شبکه عصبی مصنوعی، تابع تحریک، المان محدود، پارامترهای موثر، پارامترهای وابسته، پارامترهای مستقل، Plaxis
آزمايش تراكم خاك
آزمایش تراكم : عبارتست از كاهش دادن حجم خاك در اثر خارج ساختن هوا با استفاده از اعمال نیرو. كه در این حالت اصطكاك بین ذره ها بیشتر می شود و وزن واحد آن زیاد می گردد.و این وزن معیار تراكم خاك است. تراكم به منظور افزایش مقاومت نیروی برشی است و كاهش نفوذپذیری كه این به علت این است كه منافذ خاك كوچكتر می شود و در نتیجه عبور آب از این منافذ کمتر است.در خاكهای رسی یك مشكل وجود دارد و آن افزایش پتانسیل تورم. عوامل موثر در تراكم خاك بستگی دارد به : 1-نوع خاك 2- انرژی 3-رطوبت نحوه تراكم خاكها با توجه به مشخصات فیزیكی آن مختلف است. عبارتنداز تراكم خاكهای غیر چسبنده و تراكم خاكهای چسبنده. 1) تراكم خاكهای غیر چسبنده(شن و ماسه):خاكهای غیر چسبنده معمولا از ذرات درشت دانه و نسبتا كروی شكل تشكیل می شوند و درجه تركم آنها بستگی به طرز قرار گرفتن ذرات در كنار یكدیگر دارد. از آنحایی كه ذرات تقریبا غیر قابل تغییر شكل و تراكم ناپذیر هستند استفاده از ارتعاش و لرزه بهترین وسیله جهت متراكم كردن اینگونه خاكها می باشد. روشهای تراكم خاكهای درشت دانه نوع ماسه روش ایجاد تراكم ماسه خشك ارتعاش ماسه مرطوب استغراق+ارتعاش ماسه مستغرق ارتعاش 2) تراكم خاكهای چسبنده(سیلت و رس): به علت ساختمان ویژه ذرات ریز دانه چسبنده مثل سیلت ریز و رس تراكم آنها به وسیله ارتعاش مقدور نیست و بار یا فشار استاتیك بهترین وسیله برای تراكم این گونه خاكهاست. برای نشان دادن تراكم پذیری این گونه خاكها تحت فشار میتوان مقداری آب به توده ای از خاك میكا افزود و آنرا در یك لیوان قرار داد.چنانچه با یك استوانه فلزی مقداری فشار روی سطح خاك در لیوان وارد اید مشاهده خواهد شد كه سطح خاك نشست قابل ملاحظه ای نموده است یعنی تحت تاثیر فشار استاتیك متراكم شده است.با انرژی های مختلف میتوان تراكم های مختلف داشته باشیم.از طرفی برای تراكم كردن خاك میتوان رطوبت را نیز زیاد كرد. و برای این كه پروژه ای از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشد باید مقدار رطوبت به حد اپتیمم باشد.آزمایشهای دیگر نیز برای تراكم وجود دارد كه اصولا به 8 روش انجام پذیر است. ولی ما برای تراكم از روشهای استاندارد و اصلاح شده استفاده میكنیم.روش كار در همه یكسان است ولی تفاوت در مقدار وزنه و دیگر مشخصات می باشد.در هنگام ساخت و اجرای بزرگراه ها و فرودگاهها و سازه ها دیگر متراكم كردن خاك یك امر ضروری جهت بهبود مقاومت خاك می باشد.پروكتور(1933) یك آزمایش تراكم آزمایشگاهی ابداع كرد تا به وسیله آن حداكثر وزن مخصوص خشك خاك كه برای تراكم در محل میتواند استفاده شود را تعیین كند این آزمایش به نام آزمایش تراكم پروكتور مشهور می باشد و در این بخش توضیح داده میشود. برای آزمایش پراكتور استاندارد یك استوانه وجود دارد كه یك وزنه داخل آن وجود دارد كه وزن آن 5/5 پوند می باشد كه از ارتفاع 1 فوت در اثر نیروی ثقل سقوط میكند. این آزمایش برای سه لایه انجام میشود برای هر لایه 25 ضربه اعمال میشود. حجم قالب حاوی برای این آزمایش برابر1/30 می باشد.كه مقدار انرژی آن برابر 25*1*5.5*3*30=12400 ib.ft/ft3 برای آزمایش اصلاح شده تعداد لایه ها 5 عدد بوده و ارتفاع سقوط برابر5/1 فوت و وزن آن برابر 10 پوند می باشد كه در این حالت انرژی آن برابر است با: 25*1.5*5*30=56200 ib.ft/ft3 وسایل انجام آزمایش : 1- قالب تراكم 2- الك شماره 4 3- چكش استاندارد پرو كتور و اصلاح شده 4- ترازو با دقت 01/0 گرم 5- استامبولی 6- جك 7- صفحه فلزی برای صاف كردن سطح قالب 8- oven 9- ظرف فلزی روش انجام آزمایش : 3 كیلو خاك را از الك شماره 4 رد می كنند. باید برای آزمایش استاندارد درصد رطوبت اولیه خاك باید بین 3% تا 5% باشد. بعد این مقدار خاك را درون استامبولی میریزنند. وزن قالب را به وسیله ترازوی 01/0گرم اندازه می گیرنند .مقداری خاك را در درون قالب ریخته و با 25 ضربه متراكم كرده و برای لایه سوم نیز این عمل را انجام می دهند. برای این كه خاك در قالب كاملا پر شده باشد باید مقدار خاك, كمی از ارتفاع قالب بیشتر باشد. بعد گردنی را جدا كرده و با استفاده از صفحه فلزی كاملا سطح خاك را صاف و كل مجموعه را با ترازو وزن می کنند و توسط جك قالب خاك را از داخل قالب بیرون آورده و مقداری از خاك را برای اندازه گیری وزن مخصوص خاك خشك در درون ظرف فلزی میریزنند و بعد آن را وزن كرده و در آون قرار می دهینند برای بار دوم به اندازه 2% وزن خاك آب به آن اضافه میكنیم(60سی سی). بعد از اضافه كردن آب باید خاك كاملا مخلوط شود تا رطوبت به طور كامل برای همه خاك یكسان باشد. این آزمایش را 5 بار تكرار میكنیم. بعد از تكرار سوم به بعد مشاهده میشود كه با وجود اعمال ضربه مقدار وزن مخصوص خاك خشك كاهش می یابد. این همان خاصیتی است كه برای خاكها وجود دارد كه میتوان با استفاده از رسم نمودار مربوطه رطوبت اپتیمم را بدست آورد. ما در تحلیل از روش دیگری نیز استفاده میكنیم كه آن روش اصلاح شده می باشد. طرز انجام این آزمایش نیز به طریق آزمایش استاندارد است. جدول زیر مربوط به این آزمایشهای می باشد. برای آزمایش اصلاح شده: شماره آزمایش 1 2 3 4 5 6 شماره ظرف 23 42 16 11 4 31 وزن ظرف 19.42 18.93 18.57 20.14 17.52 19.87 وزن ظرف+وزن خاك مرطوب 57.29 135.26 62.73 132.3 86.96 122.6 وزن ظرف+وزن خاك خشك 52.18 112.48 58.54 111.1 75.77 101.43 درصد رطوبت 15.60 24.35 10.48 23.24 19.21 25.96 این جدول برای بدست آوردن درصد رطوبت است كه با توجه به هر تكرار بدست می اید. حال می توان برای هر تكرار یك δd بدست آورد كه با استفاده از فرمول δd= δm / ( 1+ w )مقدار وزن مخصوص خاك خشك را بدست آورد. كه در آن درصد رطوبت است كه در جدول با بدست آمده است. در جدول صفحه بعد نیز این محاسبات در جدولی موجود می باشد. شماره آزمایش وزن قالب وزن قالب+وزن خاك وزن خاك مرطوب w2-w1) /943.89) درصد رطوبت وزن مخصوص خشك W1 W2 W2-w1 وزن مخصوص مرطوب w δd 1 4275 5900 1625 1.72 0.16 1.49 2 4275 6070 1795 1.90 0.24 1.53 3 4275 5825 1550 1.64 0.10 1.49 4 4275 6055 1780 1.89 0.23 1.53 5 4275 6030 1755 1.86 0.19 1.56 6 4275 6090 1815 1.92 0.26 1.53 برای آزمایش استاندارد(پروكتور): شماره آزمایش 1 2 3 4 5 شماره ظرف a b c d e وزن ظرف 10.57 12.53 10.21 20.67 20.58 وزن ظرف+وزن خاك مرطوب 61.2 55.41 60.09 80.74 104.7 وزن ظرف+وزن خاك خشك 56.57 49.88 52.08 70.17 88.59 درصد رطوبت 10.07 14.81 19.13 21.35 23.61 برای محاسبات جدول زیر را برای آزمایش پروكتور داریم: شماره آزمایش وزن قالب وزن قالب+وزن خاك وزن خاك مرطوب w2-w1) /943.89) درصد رطوبت وزن مخصوص خشك W1 W2 W2-w1 وزن مخصوص مرطوب w δd 1 4275 6060 1785 1.89 0.10 1.72 2 4275 6240 1965 2.08 0.15 1.90 3 4275 6291 2016 پ 0.19 1.76 4 4275 6260 1985 2.10 0.21 1.70 5 4275 6245 1970 2.09 0.24 1.60 برای آزمایش اصلاح شده منحنی تراكم به این شكل است: برای منحنی استاندارد اعداد به طور نامطلوب بوده است لذا از رسم آن در این جا خودداری می كنیم. میتوان برای صفر درصد هوا(ZAV) و همچنین منحنی 95% اشباع را رسم كرد. با توجه به نمودار میتوان مشاهده كرد كه نمودار صفر درصد هوا به هیچ وجه منحنی تراكم را قطع نمیكند. زیرا در هیچ شرایطی كل هوا نمیتوان از خاك خارج شود. اگر نمودار مربوط به روش استاندارد صحیح بود میتوانستیم كه آن منحنی زیر منحنی اصلاح شده قرار می گرفت . منابع خطا : برای این آزمایش می توان یكی از منابع خطا را یكنواخت نبودن رطوبت در خاك همچنین انداز گیری وزن موارد استفاده بیان كرد یا امكان دارد كه چكش از ارتقاع مورد نظر سقوط نكند كه نمودار تراكم كمی ناموزون شود.
آنالیز دینامیکی سد خاکی با Plaxis و تحلیل خروجیهای برنامه PDF
کشور ایران به عنوان یکی از مناطق زلزله خیز جهان همواره در طی سالیان گذشته در معرض زلزله های ویران کننده ای قرار داشته است. شرایط طبیعی و زمین شناسی ایران از نقطه نظر وقوع زلزله به طورجدی در دستورکار مهندسین و برنامه ریزان قرار گرفته است. با توجه به اینکه سدهای بسیاری در مناطق زلزله خیز احداث شده و یا در دست ساخت قرار دارند، طراحی ایمن آنها در برابر زلزله از اهمیت و جایگاه ویژه ای برخورداراست. بررسی دقیق پایداری لرزه ای سدهای خاکی از مسائل پیچیده در حوزه سازه های خاکی است. تنوع خواص دینامیکی بدنه سد و گوناگونی جنس و ضخامت شالوده که می توانند در انتقال، تضعیف و تقویت امواج زلزله نقش اساسی داشته باشند، وجود یا عدم وجود گسل فعال در محدوده محور سد، ویژگی های زلزله مانند فاصله مرکز زلزله تا سد، شدت و طول زمان وقوع زلزله، نوع و امتداد امواج رسیده به سد و محتوی فرکانسی امواج، همه از عواملی هستند که درپاسخ دینامیکی سد نقش به سزایی دارند.
به طور کلی سدهای خاکی، سازه هایی سه بعدی، عظیم، نا همگن، غیرایزوتروپ و غیر ارتجاعی هستند که در اندر کنش با شالوده و آب مخزن می باشند. مدلهای عددی که بتوانند تمام عوامل فوق را در نظر بگیرند از پیچیدگی زیادی برخوردار خواهند بود. بسته به اینکه کدام یک از شرایط فوق به طور مشخص حاکم بر مسئله باشد مدل می تواند آن پارامتر را ملحوظ نموده و به منظور یافتن رفتار واقعی تر سد آنها را در نظر بگیرد. در سالهای اخیر پیشرفتهای صورت گرفته در هر دو زمینه نرم افزار و سخت افزار کامپیوتر بسیاری از این مشکلات را خصوصا در زمینه مدل کردن هندسه سه بعدی بدنه سدها و رفتار غیر خطی و غیر ارتجاعی خاک قابل حل نموده است. به همین نسبت پیشرفتهای صورت گرفته در زمینه روشهای آزمایشگاهی و صحرایی در ارزیابی خواص دینامیکی مصالح سد و نتایج حاصل از آزمایش های ارتعاش اجباری سدها و ثبت پاسخ سدها در برابر زلزله های واقعی در جهت تصحیح و اعتبار بخشیدن به روشهای عددی و تحلیلی بسیار موثر بوده است.
با توجه به مشاهدات و تجربه های موجود میتوان علل محتمل آسیب پذیری سدهای خاکی را در برابر زلزله به شرح زیر پیش بینی نمود.
1ـ شکست و فروریختن سد به علت وجود گسل اصلی در زیر بدنه سد
2ـ گسیختگی شیب های شیروانی سد در اثر تکان زلزله
3ـ از بین رفتن ارتفاع آزاد در اثر نشست ویا لغزش دامنه ها
4ـ لغزش سد بر روی لایه های ضعیف در اثر بارگذاری زلزله
5ـ سرریز شدن آب از روی سد در اثرایجاد امواج در آب مخزن و یا تاثیر زمین لغزه در مخزن سد
6ـ شکست سرریز یا لوله های خروجی آب
7ـ روانگرایی ماسه های اشباع با دانسیته کم و یا از بین رفتن مقاومت رس های اشباع در اثر زلزله ( در رسهای حساس )
8ـ ترکهای طولی که در نزدیکی تاج، در اثر کرنش های کششی بزرگ ناشی از ارتعاش جانبی بوجود می آیند.
9- ترکهای عرضی که در اثر کرنش های کششی ناشی از ارتعاش طولی و یا پاسخ جانبی متفاوت و در
نزدیکی تکیه گاههای جانبی با شیب تند و یا مرکز تاج ایجاد می شوند.
با توجه به دامنه کاربرد سدهای خاکی در مقايسه با ديگر انواع سدها در کشور لرزه خيز ايران، تحليل ديناميکی اين گونه سدها از اهميت ويژه ای برخوردار است. روشهای مختلفی تاکنون برای پيش بينی رفتار انواع مختلف سدهای خاکی توصیه و بکار رفته است. روش شبه استاتيکی که بر مبنای تحليلهای تعادل حدی قرار گرفته است، هر چند با کاربرد آسان و فرضيات ساده ايمنی سد را ارائه می دهد، اما در کنار اين مزايا اين روش قادر به در نظر گرفتن عامل افزايش فشار آب حفره ای در سد نمی باشد. از طرف ديگر روش شبه استاتيکی، بعضاً می تواند به نتايج بسيار بدبينانه نسبت به پايداری لرزه ای سازه منجر شود که خود به ارائه طرحی غيراقتصادی ختم می گردد.
امروزه با پيشرفت روزافزون و فراگيرشدن کامپيوتر، استفاده از روشهای عددی در تحليل و طراحی سدهای خاکی در مقابل زلزله بمراتب از گذشته بيشتر شده است. انتخاب مدل رفتاری مناسب مهمترين فاکتور در آناليز با روشهای اجزای محدود يا تفاضل محدود سدهای خاکی، برای مدل کردن رفتار تنش ـ کرنش خاکريز می باشد. به دليل اينکه رفتار خاک الاستيک خطی نيست، استفاده از چنین مدلهایی می تواند به نتايج غيرايمن و غير اقتصادی منجر شود. همچنین در حين ساخت سد و بعد از آن بويژه در مرحله آبگيری، مسيرهای مختلفی از تنش همراه با دوران جهت تنشهای اصلی در خاکريز رخ می دهند که در نتیجه مدلهای الاستيک غيرخطی نیز قادر به در نظر گرفتن وابستگی رفتار به مسير تنش که در اثر رفتار غيرارتجاعی خاک حادث می شود، نمی باشند. در همين راستا سعی می شود در اين تحقيق پاسخ ديناميکی سدهای خاکی با استفاده از مدلهای الاستوپلاستيک تحليل شود. نرم افزار اصلی مورد استفاده PLAXIS V8.2 می باشد که در حال حاضر بصورت گسترده ای در مسائل مکانيک خاک مورد استفاده قرار می گيرد.
سدهای خاکی و سنگریز از جمله سازه های ژئوتکنیکی هستند که گسیختگی در آنها می تواند منجر به خسارات جبران ناپذیری گردد، از اینرو در طراحی آنها لازم است تمام کنترلها و حساسیتهای لازم بعمل آید. یکی از این موارد، کنترل پایداری سد در طول زلزله و بعد از آن میباشد. بررسی دقیق پایداری سدهای خاکی در برابر زلزله از پیچیده ترین مسایل در حوزه سازهای خاکی است. علت این مسئله این است که مجموعه معلومات و روابط بین آنها در تحلیل این مسئله بسیار متنوع و متفاوت است. با توجه به وسعت کاربرد این نوع سدها و همچنین لرزه خیزی کشور ایران، برآورد ایمنی لرزه ای اینگونه سدها نقش ارزنده ای دارد.
این پایان نامه ارزشمند توسط دوست عزیز آقای مهندس مهدی سلیمی تهیه و نگارش شده است. ایشان از فارغ التحصیلان کارشناسی ارشد خاک و پی از دانشگاه صنعت آب و برق می باشند. در صورت تمایل می تواننی با ایمیلsalimy_1981@yahoo.com با ایشان در تماس باشید
آنالیز دینامیکی سد خاکی با Plaxis و تحلیل خروجیهای برنامه PDF
http://www.box.net/shared/yro3zplx1i
به طور کلی سدهای خاکی، سازه هایی سه بعدی، عظیم، نا همگن، غیرایزوتروپ و غیر ارتجاعی هستند که در اندر کنش با شالوده و آب مخزن می باشند. مدلهای عددی که بتوانند تمام عوامل فوق را در نظر بگیرند از پیچیدگی زیادی برخوردار خواهند بود. بسته به اینکه کدام یک از شرایط فوق به طور مشخص حاکم بر مسئله باشد مدل می تواند آن پارامتر را ملحوظ نموده و به منظور یافتن رفتار واقعی تر سد آنها را در نظر بگیرد. در سالهای اخیر پیشرفتهای صورت گرفته در هر دو زمینه نرم افزار و سخت افزار کامپیوتر بسیاری از این مشکلات را خصوصا در زمینه مدل کردن هندسه سه بعدی بدنه سدها و رفتار غیر خطی و غیر ارتجاعی خاک قابل حل نموده است. به همین نسبت پیشرفتهای صورت گرفته در زمینه روشهای آزمایشگاهی و صحرایی در ارزیابی خواص دینامیکی مصالح سد و نتایج حاصل از آزمایش های ارتعاش اجباری سدها و ثبت پاسخ سدها در برابر زلزله های واقعی در جهت تصحیح و اعتبار بخشیدن به روشهای عددی و تحلیلی بسیار موثر بوده است.
با توجه به مشاهدات و تجربه های موجود میتوان علل محتمل آسیب پذیری سدهای خاکی را در برابر زلزله به شرح زیر پیش بینی نمود.
1ـ شکست و فروریختن سد به علت وجود گسل اصلی در زیر بدنه سد
2ـ گسیختگی شیب های شیروانی سد در اثر تکان زلزله
3ـ از بین رفتن ارتفاع آزاد در اثر نشست ویا لغزش دامنه ها
4ـ لغزش سد بر روی لایه های ضعیف در اثر بارگذاری زلزله
5ـ سرریز شدن آب از روی سد در اثرایجاد امواج در آب مخزن و یا تاثیر زمین لغزه در مخزن سد
6ـ شکست سرریز یا لوله های خروجی آب
7ـ روانگرایی ماسه های اشباع با دانسیته کم و یا از بین رفتن مقاومت رس های اشباع در اثر زلزله ( در رسهای حساس )
8ـ ترکهای طولی که در نزدیکی تاج، در اثر کرنش های کششی بزرگ ناشی از ارتعاش جانبی بوجود می آیند.
9- ترکهای عرضی که در اثر کرنش های کششی ناشی از ارتعاش طولی و یا پاسخ جانبی متفاوت و در
نزدیکی تکیه گاههای جانبی با شیب تند و یا مرکز تاج ایجاد می شوند.
با توجه به دامنه کاربرد سدهای خاکی در مقايسه با ديگر انواع سدها در کشور لرزه خيز ايران، تحليل ديناميکی اين گونه سدها از اهميت ويژه ای برخوردار است. روشهای مختلفی تاکنون برای پيش بينی رفتار انواع مختلف سدهای خاکی توصیه و بکار رفته است. روش شبه استاتيکی که بر مبنای تحليلهای تعادل حدی قرار گرفته است، هر چند با کاربرد آسان و فرضيات ساده ايمنی سد را ارائه می دهد، اما در کنار اين مزايا اين روش قادر به در نظر گرفتن عامل افزايش فشار آب حفره ای در سد نمی باشد. از طرف ديگر روش شبه استاتيکی، بعضاً می تواند به نتايج بسيار بدبينانه نسبت به پايداری لرزه ای سازه منجر شود که خود به ارائه طرحی غيراقتصادی ختم می گردد.
امروزه با پيشرفت روزافزون و فراگيرشدن کامپيوتر، استفاده از روشهای عددی در تحليل و طراحی سدهای خاکی در مقابل زلزله بمراتب از گذشته بيشتر شده است. انتخاب مدل رفتاری مناسب مهمترين فاکتور در آناليز با روشهای اجزای محدود يا تفاضل محدود سدهای خاکی، برای مدل کردن رفتار تنش ـ کرنش خاکريز می باشد. به دليل اينکه رفتار خاک الاستيک خطی نيست، استفاده از چنین مدلهایی می تواند به نتايج غيرايمن و غير اقتصادی منجر شود. همچنین در حين ساخت سد و بعد از آن بويژه در مرحله آبگيری، مسيرهای مختلفی از تنش همراه با دوران جهت تنشهای اصلی در خاکريز رخ می دهند که در نتیجه مدلهای الاستيک غيرخطی نیز قادر به در نظر گرفتن وابستگی رفتار به مسير تنش که در اثر رفتار غيرارتجاعی خاک حادث می شود، نمی باشند. در همين راستا سعی می شود در اين تحقيق پاسخ ديناميکی سدهای خاکی با استفاده از مدلهای الاستوپلاستيک تحليل شود. نرم افزار اصلی مورد استفاده PLAXIS V8.2 می باشد که در حال حاضر بصورت گسترده ای در مسائل مکانيک خاک مورد استفاده قرار می گيرد.
سدهای خاکی و سنگریز از جمله سازه های ژئوتکنیکی هستند که گسیختگی در آنها می تواند منجر به خسارات جبران ناپذیری گردد، از اینرو در طراحی آنها لازم است تمام کنترلها و حساسیتهای لازم بعمل آید. یکی از این موارد، کنترل پایداری سد در طول زلزله و بعد از آن میباشد. بررسی دقیق پایداری سدهای خاکی در برابر زلزله از پیچیده ترین مسایل در حوزه سازهای خاکی است. علت این مسئله این است که مجموعه معلومات و روابط بین آنها در تحلیل این مسئله بسیار متنوع و متفاوت است. با توجه به وسعت کاربرد این نوع سدها و همچنین لرزه خیزی کشور ایران، برآورد ایمنی لرزه ای اینگونه سدها نقش ارزنده ای دارد.
این پایان نامه ارزشمند توسط دوست عزیز آقای مهندس مهدی سلیمی تهیه و نگارش شده است. ایشان از فارغ التحصیلان کارشناسی ارشد خاک و پی از دانشگاه صنعت آب و برق می باشند. در صورت تمایل می تواننی با ایمیلsalimy_1981@yahoo.com با ایشان در تماس باشید
آنالیز دینامیکی سد خاکی با Plaxis و تحلیل خروجیهای برنامه PDF
http://www.box.net/shared/yro3zplx1i
اشتراک در:
پست‌ها (Atom)
