دانلود پایان نامه ارشد: بررسی آزمایشگاهی و عددی پدیده قوسی خاک

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران

گرایش : مکانیک خاک و پی

عنوان: بررسی آزمایشگاهی و عددی پدیده قوسی خاک

دانشگاه محقق اردبیلی

دانشکده فنی و مهندسی

گروه آموزشی عمران

پایان­ نامه برای دریافت درجه­ی کارشناسی ارشد

در رشته­ مهندسی عمران گرایش مکانیک خاک و پی

عنوان:

بررسی آزمایشگاهی و عددی پدیده قوسی خاک

استاد راهنما:

دکتر احد اوریا

استاد مشاور:

مهندس طاهر باهرطالاری

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فصل اول: کلیات پژوهش

1-1- مقدمه…………………………………………………………………………………….2

1-2- بیان مسئله………………………………………………………………………………17

1-3- اهداف تحقیق…………………………………………………………………………….18

1-3-1- اهداف کلی………………………………………………………………………………18

1-3-2- اهداف جزئی…………………………………………………………………………….18

فصل دوم: تئوری­های مربوط به فشار جانبی خاک روی دیوار حائل

2-1- مقدمه………………………………………………………………………………………20

2-2- فشار جانبی خاک در حالت سکون………………………………………………………..21

2-3- نظریه فشار خاک رانکین……………………………………………………………………24

2-3-1- فشار جانبی محرک خاک رانکین…………………………………………………………..25

2-3-2- فشار جانبی مقاوم خاک رانکین………………………………………………………..27

2-4- نظریه فشار خاک کولمب……………………………………………………………………31

2-4-1- فشار جانبی محرک خاک کولمب………………………………………………………..30

2-4-2- فشار جانبی مقاوم خاک کولمب………………………………………………………34

2-4-3- روش ترسیمی محاسبه فشار خاک محرک کولمب……………………………………35

2-4-4- روش ترسیمی محاسبه فشار محرک خاک با خاک‌ریز چسبنده………………………38

2-5- فشار جانبی خاک بر اساس روش­های تحلیل سایر محققان…………………………..43

2-6- فشار جانبی خاک بر اساس وزن توده……………………………………………………44

فصل سوم: تئوری آرچینگ ترزاقی

3-1- مقدمه……………………………………………………………………………47

3-3- تئوری آرچینگ……………………………………………………………………………50

فصل چهارم: آزمایشات و مدل­سازی عددی

4-1- مقدمه…………………………………………………………………………………….59

4-2- مشخصات خاک مصرفی………………………………………………………………59

4-2-1- منحنی دانه­بندی………………………………………………………………….59

4-2-2- محاسبه زاویه­ی اصطکاک داخلی ( )……………………………………………..61

4-2-3- محاسبه وزن مخصوص ( )………………………………………………………….62

4-3-مشخصات مدل فیزیکی……………………………………………………………….63

4-4- مدل­سازی آزمایشگاهی…………………………………………………………….64

4-4-1- ارتفاع 15 سانتیمتر………………………………………………………………64

4-4-2- ارتفاع 20سانتیمتر…………………………………………………………………….72

4-4-3- ارتفاع 25 سانتیمتر………………………………………………………………….78

4-4-4- مقایسه نتایج به‌دست‌آمده از آزمایشات…..……………………………………..84

4-4-5- بررسی درصد کاهش فشار در پشت دریچه……………………………………….87

4-5- مدل­سازی عددی…………………………………………………………………………91

فصل پنجم: بحث و نتیجه ­گیری

5-1- بحث و نتیجه­ گیری…………………………………………………………………….97

5-2-پیشنهادات………………………………………………………………………………..98

فهرست منابع و مآخذ…………………………………………………………………………99

چکیده:

مقاومت قوسی خاک یکی از پدیده­های مهم در مسائل ژئوتکنیکی از قبیل سازه­های زیرزمینی، تونل­ها، شمع­های سرباز، دیوارهای حائل و غیره، می­باشد. تئوری آرچینگ حدود 150 سال پیش شناخته شد. تحقیقات در حقیقت به‌صورت پراکنده و اغلب نسبت به یک ناحیه­ی خاص که از اهمیت ویژه­ای در آن نقطه زمانی داشته است، می­باشد. در سال 1943 عمومی­ترین تعریف قابل‌قبول برای پدیده قوسی توسط ترزاقی ارائه گردید، به‌طور خلاصه اگر قسمتی از دریچه­ی صلب توده­ی خاک رو به پایین حرکت کند، خاک مجاور، با توجه به باقی‌مانده از توده خاک، حرکت می‌کند. در این پایان‌نامه با ساخت جعبه­ای با دریچه­های متغیر که قابلیت جابجایی دارند، در محیط آزمایشگاهی سعی شده حرکت دریچه در راستای افق بوده و پدیده­ی قوسی خاک بر روی دو نوع ماسه در این حالت مورد بررسی قرار گیرد. سپس میزان خاک جابجا شده، شکل و سطح گسیختگی اندازه­ گیری شده و تغییرات تنش در پشت دیوار به نسبت عرض آن مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین یک نمونه از آزمایش­های انجام شده در محیط نرم­افزار عددی PLAXIS مدل شده و مورد مقایسه قرار گرفته است. درنهایت می­توان دید که سطح گسیختگی غیره­خطی بوده و توزیع تنش در پشت دریچه به‌شدت به عرض دیوار بستگی دارد که. با افزایش عرض دریچه عرض گسیختگی افزایش می­یابد که با میل عرض دریچه به بینهایت سطح گسیختگی منطبق بر سطح گسیختگی تئوری می­شود؛ و درنهایت مشاهده می­شود، خاک پشت دریچه از خود مقاومت قوسی نشان می­دهد.

فصل اول: کلیات پژوهش

1-1- مقدمه

وجود هرگونه سازه در داخل توده­­ی زمین باعث تغییر در توزیع تنش[1] در محل شده و انتظار می­رود که این تغییر نیرو بر سازه تأثیر بگذارد. علاوه بر این زمین واقع در مجاورت یک سازه می­تواند تا حد زیادی ظرفیت باربری آن را در مقایسه با سازه­ی مشابه غیره­مدفون افزایش دهد. در طراحی سازه­هایی از قبیل تونل­ها، گودال­ها، مجاری آب­های زیرزمینی و غیره نمی­توانند از آیین­نامه­های موجود برای سازه­هایی که بر روی زمین احداث می‌شوند، تبعیت کنند. سه عامل اصلی برای تصمیم­گیری این‌که چه سطح از تنش تغییر می­کند (مک نالتی[2]، 1965): خواص فیزیکی سازه، رفتار بار-تغییرشکل سازه، خواص زمین اطراف سازه به‌خصوص قابلیت انتقال نیروها می­توان اشاره کرد. این روند که باعث می­شود، تنش­ها بر یا به اطراف سازه­ی مدفون شده در خاک از میان تنش­های برشی ناشی از جابجایی­های مرتبط انتقال پیدا کنند پدیده قوسی یا همان Arching گویند.

1-1-1- پیشینه تحقیق

پدیده قوسی[1] حدود 150 سال پیش شناخته شد. تحقیقات در این زمینه به‌صورت پراکنده و اغلب نسبت به یک ناحیه­ی خاص که از اهمیت ویژه­ای در آن نقطه زمانی داشته است، می­باشد. پدیده قوسی در بسیاری از مسائل ژئوتکنیک وجود دارد. درحالی‌که پدیده قوسی در ابتدا در زمینه­ی غیره ژئوتکنیکی شناخته شده و مورد بررسی قرار گرفته است. در حدود سال 1800 مهندسان نیروی نظامی فرانسه اقدام به طراحی مخزن سیلو نمودند (فلد[2]، 1948). آن‌ها یافتند که قسمت انتهایی سیلو فقط بخشی از وزن کل مصالح بالای آن را حمل می­کند و دیوارهای کناری در معرض نیروی بیشتری نسبت به آنچه که انتظار می­رفت، قرار دارند. آزمایشات نشان دادند که اگر مقطع کوچکی از قسمت انتهایی جدا شده و به پایین حرکت کند، نتیجه می­شود که نیروی وارده به مقطع بسته به ارتفاع مصالح داخل مخزن دارد. آن‌ها نتیجه گرفتند، یک قوس در بالای مقطع جابجا شده، شکل می­گیرد. بعد از سال 1800 این دانش از رفتار در مخزن سیلوها در طراحی سیلوها برای مصالح دانه­ای و سایر مصالح ذره­­ای به کار برده شد. در محدوده­ی سال 1910 پروژه مهم زهکشی زمین در میدوست جریان یافت (اسپانگلر و هندی[3]، 1973). مهندسان یافتند که بسیاری از لوله­های زهکش پس از نسب و ریختن خاک، دچار شکست شده­اند. آنسون مارستون، تحقیقات وسیعی در دانشگاه ایالت آیووا در رابطه با نیروهای وارده بر لوله‌های دفن شده در زمین انجام داد و دریافت که به دلیل انعطاف‌پذیر بودن لوله­ها و همچنین روند نسب، مقدار نیرو تغییر می­کند؛ که این تغییر به پدیده قوسی نسبت داده شد. در سال 1920 تا 1930 اهمیت آرچینگ در اطراف تونل­ها شناخته شد؛ که این از آزمایشات متعددی که حتی امروزه نیز مورد استفاده قرار می­گیرد حصول گردید (سزچی[4]، 1996). در 1936 ترزاقی با انجام آزمایش‌هایی تئوری آرچینگ را مطرح کرد. در سال 1960 زمانی که وزارت دفاع آمریکا حمایت قابل‌توجهی از تحقیقات در زمینه اندرکنش خاک-سازه کرد. تکنیک­هایی برای طراحی سخت­تر استحکامات نظامی نیاز شد و شناخته شد که پدیده قوسی این امکان را می­دهد که از زیر، زمین برای محافظت از حملات نظامی هسته­ای که باعث نابودی کلیه سازه­های سطحی می­شود، بهره برد؛ که اغلب این تحقیقات را سیمپسون در سال 1964 در زمینه اندرکنش خاک-سازه ارائه داد. امروز با گذشت بیش از 50 سال از ارائه تئوری آرچینگ به دلیل اهمیت این پدیده در طراحی سازه­ای و مسائل ژئوتکنیکی در سازه­های مدفون هنوز تحقیقات در این زمینه ادامه دارد.

در ایران نیز دکتر مسعود مکارچیان با ساخت دستگاه اندازه‌گیری نیروی قوس زدگی، این پدیده را در مصالح ماسه­ای مورد بررسی قرار داد. درنهایت شاخص قوس زدگی با توجه به میزان دانسیته نسبی مصالح ماسه­ای و نیز ارتفاع نمونه خاک در سلول آزمایش ارائه شد. همچنین دکتر جمشید صدر کریمی در سال 1389 در دانشگاه تبریز این پدیده را در حالتی که شکل دریچه­ها دایره و با قطرهای متفاوت بوده، مورد بررسی قرار داد تا تأثیر شکل دریچه و ابعاد آن بر پدیده قوسی را به دست آورد.

2-1-1- پدیده قوسی (Arching)

عمومی­ترین تعریف قابل‌قبول برای پدیده قوسی توسط ترزاقی[1] (1943) ارائه گردید، به‌طور خلاصه اگر قسمتی از دریچه­ی صلب توده­ی خاک رو به پایین حرکت کند شکل (1-6)، خاک مجاور، با توجه به باقی‌مانده از توده خاک، حرکت می‌کند. این حرکت با استفاده از تنش­های برشی که باعث کاهش فشار در قسمت پایین آمده­ی دریچه و افزایش فشار در اطراف قسمت صلب می­شود، مقاومت می­کند. این تئوری پدیده قوسی می­باشد و این اغلب زمانی اتفاق می­افتد که یک قسمت از دریچه نسبت به قسمت­های مجاور پایین‌تر باشد. بسته به حرکت­های مرتبط سازه و زمین اطراف می­توان پدیده قوسی را به دو حالت محرک و مقاوم مجزا نمود. شکل (1-1) آرچینگ محرک[2] را نشان می­دهد (که در بعضی موارد آرچینگ مثبت خوانده می­شود). سازه­ی موجود درون توده خاک اگر تغییرشکل پذیرتر از خاکی که آن را احاطه کرده، باشد، (هنگامی‌که بار بیش از حد و یا اضافی به سیستم اعمال گردد، سازه تغییر شکل بیشتری نسبت به خاک خواهد داد (شکل 2-1)). تنش­ها بر روی سازه کمتر از تنش­های ژئواستاتیک می­باشد، در صورتی که تنش­ در خاک اطراف سازه بزرگ‌تر است. شکل (3-1) آرچینگ مقاوم[3] را نشان می­دهد (که اغلب به‌عنوان آرچینگ منفی شناخته می­شود). در اینجا خاک نسبت به سازه تراکم­ پذیرتر می­باشد و از این­ رو باعث افزایش فشار کل بر روی سازه و همچنین کاهش فشار در خاک اطراف آن می­شود (شکل (4-1)).

اگر خواص نیرو-تغییر­شکل سازه و خاک یکسان باشد، تنش در خاک و بر روی سازه از جنس ژئواستاتیک خواهد بود و هیچ­گونه آرچینگی اتفاق نمی­افتد. وقوع چنین وضعیتی بعید است، به این دلیل که میان رفتار مصالح سازه ازجمله آهن و فولاد با خاک تفاوت وجود دارد. خصوصاً سازه­های زیرزمینی که تغییرشکل­شان یکنواخت نیستند که سبب می­شود توزیع تنش پیچیده­تر شود. بازتوزیع تنش ناشی از جابجایی­های مرتبط رفتاری است که اغلب در هر دو خاک درشت­دانه و چسبنده مشاهده می­شود. ولی بقاع این بازتوزیع به‌هرحال برای این دو نوع خاک یکسان نیست. در خاک­های ریزدانه پدیده خزش سبب می­شود تنش­ها در طول زمان کاهش‌یافته و اغلب بزرگی آن نزدیک به وزن بیش­بارگذاری شود (پک[4]، 1969). پروسه کاهش تنش مشابهی نیز می­تواند در خاک­های درشت­دانه زمانی که تحت عوامل خارجی ازجمله ارتعاشات هستند، رخ دهد. به هرحال، دامنه کاهش معمول مشاهده شده ناشی از آرچینگ برای خاک­های درشت­دانه از مقادیر ناچیز تا فقط حدود 15 درصد است (اسپانگر و هندی 1973). ازنقطه‌نظر طراحی، کاهش بار مفید طولانی‌مدت به دلیل پدیده قوسی می­تواند تنها در خاک­های دانه­ای پیش‌بینی شود.

3-1-1- تونل

پوشش تونل[1] هرگز در معرض مقدار باری که توسط تنش اولیه­ی حاکم بر زمین پیش‌بینی‌شده، قرار نمی­گیرد. خوشبختانه مقدار تنش اولیه با تغییرشکل زمین که به هنگام حفاری و اغلب پس از نسب و راه­اندازی رخ می­دهد کاهش می­یابد. این کاهش تنش ناشی از تغییر شکل زمین پدیده قوسی را نشان می­دهد. ازآنجاکه تغییرشکل زمین متصل است به تغییرشکل پوشش، بنابراین مقدار بار وارده به پوشش بستگی به تغییرشکل خود آن دارد. به این دلیل است که همیشه اندرکنش خاک و سازه و تشکیل مشکل اصلی برای طراحی به‌عنوان بار وارده، متغیر مستقل نیست؛ بنابراین سؤال این نیست که چه فشاری به پوشش تونل اعمال می­شود، بلکه مسئله­ی اصلی این است که چه رابطه­ای بین فشار و تغییرشکل وجود دارد.

ترزاقی از تئوری فوق‌الذکر در طراحی تونل استفاده کرد (ترزاقی 1943). ناحیه تنش در خاک بالای تونل مشابه است با ناحیه تنش خاک در بالای نوار تسلیم. ترزاقی فرض کرد که عملکرد خاک مجاور تونل به هنگام ساختن به سمت جوانب تونل می­باشد. این، شرایط فشار محرک با سطوحی از ناحیه­ی تسلیم با سطح شیب­دار در حدود  ایجاد می­کند. ناحیه تسلیم در اطراف تونل و منشور تسلیم  در شکل (1-5-a) نشان داده شده است. در سطح بام تونل، عرض نوار تسلیم ( ) برای تونل­های مستطیلی برابر است با.

شکل (1-5-b) نشان دهنده تنش قائم در خاک بالای تونل می­باشد.

[1] Tunnel

[1] Terzaghi

[2] Active Arching

[3] Passive Arching

2 Peck

[1] Arching

[2] Feld

[3] Spangler and Hendy

[4] Szechy

[1] stress distribution

[2] McNulty

تعداد صفحه : 119

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

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

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید