پایان نامه: تحلیل دو بعدی تنش – کرنش در محیط های سنگی اطراف تونل با رفتار الاستو- پلاستیک غیر خطی تحت بارهای برشی با روش اجزای محدود

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی عمران

گرایش :خاک و پی

عنوان : تحلیل دو بعدی تنش – کرنش در محیط های سنگی اطراف تونل با رفتار الاستو- پلاستیک غیر خطی تحت بارهای برشی با روش اجزای محدود

دانشگاه یاسوج

دانشکده فنی و مهندسی

گروه مهندسی عمران

 

 

پایان نامه‌ی کارشناسی ارشد رشته‌ی مهندسی عمران گرایش خاک و پی

 

 تحلیل دو بعدی تنش کرنش در محیط های سنگی اطراف تونل با رفتار الاستو- پلاستیک غیر خطی تحت بارهای برشی با روش اجزای محدود

 

استاد راهنما:

دکتر مهدی زمانی لنجانی

 

استاد مشاور:

دکتر شهاب­الدین حاتمی

 

مهر ماه0 139

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  عنوان                                                                                                                                              صفحهفصل اول: مقدمه 1-1- پیش گفتار....................................................................................................................................................................11-2- مروری بر تحقیقات انجام شده ................................................................................................................................31-3- تاریخچه تونل­سازی و سازه­های زیر زمینی............................................................................................................61-4- مروری برتکنیک­های عددی در مکا­نیک سنگ.....................................................................................................81-4-1- روش تفاضل محدود.......................................................................................................................................101-4-2- روش اجزای محدود.......................................................................................................................................121-4-2-1- روش­های مش­بندی.............................................................................................................................141-4-3- روش اجزای مرزی.........................................................................................................................................151-4-4- روش المان گسسته.......................................................................................................................................17فصل دوم: طراحی فضاهای زیر زمینی2-1- مقدمه..........................................................................................................................................................................192-2- رفتار شکننده و خمیری ........................................................................................................................................192-3- تعریف خرابی و شکست ........................................................................................................................................202-4- طراحی فضای زیر زمینی .....................................................................................................................................222-5- بررسی تنش­ها در اطراف سازه­های زیر زمینی .................................................................................................232-5-1- تخمین تنش اولیه.........................................................................................................................................242-5-1-1- تنش عمودی........... .............................................................................................................................242-5-1-2- تنش افقی ............................................................................................................................................................................262-5-2- تنش در اطراف حفره­ی دایره­ شکل............................................................................................................272-5-3- تنش در اطراف حفره­ی بیضی­ شکل..........................................................................................................30 فصل سوم: معیار شکست وتعیین ضرایب آنها3-1- معیار­های دو بعدی...................................................................................................................................................333-1-1- معیار بنیاوسکی...............................................................................................................................................363-1-2- معیار هوک-براون...........................................................................................................................................363-2- تعیین ضرایب معیار ................................................................................................................................................393-2-1- تئوری رگرسیون ............................................................................................................................................393-2-2- تعیین ضرایب معیار هوک-براون................................................................................................................403-2-3- تعیین ضرایب معیار بنیاوسکی....................................................................................................................423-3- داده­های آماری ........................................................................................................................................................433-4- نتایج............................................................................................................................................................................44فصل چهارم: اصول روش اجزای محدود4-1- روش باقیمانده­های وزنی.........................................................................................................................................534-1- 1-روش گالرکین..................................................................................................................................................544-1-1-1-روش اجزای محدود گالرکین...............................................................................................................554-2- المان­های مثلثی........................................................................................................................................................574-2-1- فرمول توابع شکل لاگرانژ..............................................................................................................................594-2-2- توابع شکل دو بعدی.......................................................................................................................................594-3- المان مستطیلی.........................................................................................................................................................604-4- انتگرال عددی گوسین.............................................................................................................................................664-5- روش­های تکرار برای معادلات غیر خطی............................................................................................................694-5- 1- روش تکرار شونده مستقیم.......... ..............................................................................................................694-5- 2- روش ماتریس مماسی.......... .......................................................................................................................70فصل پنجم: روش اجزای محدود در محیط الاستو پلاستیک دو بعدی5-1- مقدمه..........................................................................................................................................................................725-2- معیار تسلیم...............................................................................................................................................................745-2-1- معیار تسلیم ترسکا.........................................................................................................................................755-2-2- معیار تسلیم موهر-کلمب..............................................................................................................................765-3-رابطه تنش-کرنش در حالت الاستو پلاستیک....................................................................................................765-4- معیار تسلیم هوک-براون........................................................................................................................................815-4- 1- ویژگی­های سطح تسلیم..............................................................................................................................825-4- 2- محاسبه ماتریس الاستو پلاستیک معیار هوک-براون...........................................................................825-5- تحلیل تنش پلاستیک کامل..................................................................................................................................85  فصل ششم: نتایج6-1-مقدمه............................................................................................................................................................................876-1- 1- مثال 1.............................................................................................................................................................876-1-2- مثال 2...............................................................................................................................................................916-1-3- مثال 3...............................................................................................................................................................936-1-4- مثال 4...............................................................................................................................................................946-1-4-1- مشخصات سازه زیرزمینی...................................................................................................................956-1-4- مثال 5...............................................................................................................................................................966-1-5- مثال 6...............................................................................................................................................................986-1- 6- مثال7.................................................................................................................................................................102            منابع.....................................................................................................................................................................................106پیوست شماره1: ترسیم ناحیه گسیختگی در محیط الاستیک توسط روش اجزای محدود.............................110پیوست شماره2: ترسیم ناحیه گسیختگی در محیط الاستیک توسط روابط تحلیلی.....................................117  پیوست شماره 3: آنالیز ناحیه گسیختگی در محیط الاستو پلاستیک.................................................................118    فهرست جدول­ها  عنوان و شماره                                                                                                                            صفحهشکل شماره1: مدل تحلیل شده توسط مرجع......................................................................................................................28جدول شماره2: معیارهای دو بعدی تجربی سنگ................................................................................................................35جدول شماره3: مقادیر ضرایب A وB  با توجه به نوع سنگ..............................................................................................36جدول شماره4: مقادیر تجربی m با توجه به نوع سنگ......................................................................................................38جدول شماره5: مقادیر داده­های آزمایش سه محوری..........................................................................................................43جدول شماره6: نتایج رگرسیون و تعیین ضرایب معیار بنیاوسکی برای نمونهLimston............................................45جدول شماره7: نتایج رگرسیون و تعیین ضرایب معیار هوک-براون برای نمونهLimston........................................47جدول شماره8: نتایج رگرسیون و تعیین ضرایب معیار بنیاوسکی برای نمونهSandston........................................49جدول شماره3-8: نتایج رگرسیون و تعیین ضرایب معیار هوک-براون برای نمونهSandston...............................51جدول شماره10: مقادیر توابع وزنی و نقاط گوسین برای تقریب­های درجه ا تا4.........................................................67جدول شماره11: محاسبه­ی شیب­های قطعات منحنی تنش کرنش نمونه سنگ 1.....................................................99جدول شماره12: محاسبه شیب­های قطعات منحنی تنش کرنش نمونه سنگهای 2و1............................................104 
                                                                             فهرست شکل­ها  عنوان و شماره                                                                                                                            صفحهشکل شماره1: مدل تحلیل شده توسط مرجع]7[..................................................................................................................4شکل شماره2: مدل تحلیل شده توسط مرجع]24[................................................................................................................5شکل شماره3: روش­های اساسی تحلیل مکانیک سنگ توسط مرجع]7[..........................................................................9شکل شماره4: نحوه­ی مش­بندی روش تفاضل محدود........................................................................................................11شکل شماره5: طرحی از مدل تفاضل محدود 5 نقطه­ای....................................................................................................11شکل شماره6: نمودار تنش کرنش جسم سخت، جسم چکش­خوار..................................................................................21شکل شماره7: انواع مدل­های رفتاری سنگ..........................................................................................................................22شکل شماره8: نحوه­ی توزیع تنش در عمق توده­های سنگی.............................................................................................24شکل شماره9: نمودار تنش در برابر عمق توده­های سنگی.................................................................................................25شکل شماره10: تغییرات تنش قائم در محیط­های لایه­بندی شده...................................................................................25شکل شماره11: تغییرات ضریب تنش در برابر تغییر سربار................................................................................................26شکل شماره:12مولفه­های تنش در اطراف محیط دایره­ای در محیط الاستیک............................................................28شکل شماره13: تغییرات تنش مماسی در دیواره تونل در محیط الاستیک...................................................................29شکل شماره14: حفره بیضی شکل زاویه­دار نسبت به تنش­های افقی و قائم،موازی تنش­های اصلی........................30شکل شماره15: رگرسیون تحت معیار بنیاوسکی برای نمونه Limston.......................................................................46شکل شماره16: رگرسیون تحت معیار هوک-براون برای نمونه Limston...................................................................48شکل شماره17: رگرسیون تحت معیار بنیاوسکی برای نمونه Sandston...................................................................50شکل شماره18: رگرسیون تحت معیار هوک-براون برای نمونه Sandston................................................................52شکل شماره19: رگرسیون تحت معیار هوک-براون برای نمونه Sandston................................................................56شکل شماره20: المان مثلثی سه نقطه­ای،6 نقطه­ای،10نقطه­ای.......................................................................................57شکل شماره21: المان مثلثی 3 نقطه­ای............................................................................................................57شکل شماره22: المان مستطیلی 4 نقطه­ای...........................................................................................................................60 شکل شماره23: درجات آزادی المان مستطیلی 4 نقطه­ای................................................................................................61شکل شماره24: حوضه­ای به شکل ربع دایره.........................................................................................................................62شکل شماره25: مش­بندی حوضه توسط المان مثلثی 3 نقطه­ای.....................................................................................63شکل شماره26: مش­بندی حوضه توسط المان مستطیلی 4 نقطه­ای...............................................................................63شکل شماره27: مش­بندی حوضه توسط المان ایزوپارامتریک 4 نقطه­ای.......................................................................64شکل شماره28: نمونه­ای از المان ایزوپارامتریک 4 نقطه­ای در مختصات واقعی و تبدیل شده..................................64شکل شماره29: نمونه­ای از المان ایزوپارامتریک 4 نقطه­ای در مختصات واقعیبه همراه مکان نقاط گوس درجه 2 و3....................................................................................................................................................................................................68شکل شماره30: روش تکرار مستقیم برای مسئله یک متغیره...........................................................................................70شکل شماره31: روش سختی مماسی یک مسئله یک متغیره...........................................................................................71شکل شماره32: نمودار تنش کرنش جسم الاستوپلاستیک سخت شونده......................................................................75شکل شماره33: سطح تسلیم فرضی و مشتقات آن نسبت به تنش­های اصلی...............................................................76شکل شماره34: نمونه اشکال تنش در صفحه، کرنش در صفحه، متقارن محوری........................................................79شکل شماره35: پوش تسلیم هوک- براون  در فضای تنش­های اصلی............................................................................81شکل شماره36: پوش تسلیم هوک- براون  در فضای تنش­ها یانحرافی..........................................................................81شکل شماره37: الگوریتم حل مسائل اجزای محدود در حالت الاستو پلاستیک...........................................................83شکل شماره38: تصویری کلی از تونل و مدل مورد نظر......................................................................................................87شکل شماره39: تصویری از شرایط مرزی اعمال شده بر روی ربع مدل..........................................................................88شکل شماره 40: ناحیه گسیختگی اطراف ربع تونل در محیط هوک-براون...................................................................88شکل شماره 41: ناحیه گسیختگی اطراف ربع تونل در محیط هوک-براون توسط نرم افزار......................................88شکل شماره42: ناحیه گسیختگی اطراف تونل کامل در محیط هوک-براون توسط نرم افزار....................................89شکل شماره43: ناحیه گسیختگی اطراف تونل کامل در محیط هوک-براون.................................................................89شکل شماره44: ناحیه گسیختگی اطراف تونل کامل در محیط هوک-براون توسط نرم افزار....................................89شکل شماره45: ناحیه گسیختگی اطراف ربع تونل در محیط بنیاوسکی........................................................................90شکل شماره 46: ناحیه گسیختگی اطراف ربع تونل در محیط بنیاوسکی توسط نرم افزار..........................................91شکل شماره47: ناحیه گسیختگی اطراف تونل کامل در محیط بنیاوسکی.....................................................................91شکل شماره48: خطوط تنش اصلی ماکزیمم ربع دایره......................................................................................................92شکل شماره49: خطوط تنش اصلی مینیمم ربع دایره........................................................................................................93شکل شماره50: سطح گسیختگی اطراف تونل تحت بار برشی توسط نرم افزار.............................................................93شکل شماره51: سطح گسیختگی اطراف تونل تحت بار برشی توسط نرم افزار ADINA...........................................94شکل شماره52: تصویری از شرایط تنش­های اصلی زاویه­دار.............................................................................................95شکل شماره53: دایره موهر کلمب برای استخراج تنش­های اصلی..................................................................................95شکل شماره54: ناحیه گسیختگی تحت تنش­های اصلی با زاویه 30 نسبت به افق.....................................................97شکل شماره55: ناحیه گسیختگی تحت تنش­های اصلی با زاویه 60 نسبت به افق......................................................98 شکل شماره56: نمودار تنش-کرنش فرضی برای نمونه سنگ شماره 1..........................................................................99شکل شماره57: نحوه­ی تقسیم­بندی نمودار تنش-کرنش فرضی برای نمونه سنگ شماره 1در قسمت غیر خطی...........................................................................................................................................................................................100شکل شماره 58: ناحیه گسیختگی اطراف ربع تونل  در حالت الاستو پلاستیک توسط نرم افزار...........................100شکل شماره 59: ناحیه گسیختگی اطراف ربع تونل  در حالت الاستو پلاستیک توسط نرم افزار...........................101شکل شماره60: کانتور تنش­های اصلی ماکزیمم در اطراف تونل توسط نرم افزار ADINA....................................102شکل شماره61: تصویر تونلی در محیط ناهمگن................................................................................................................102شکل شماره62: نمودار تنش کرنش نمونه سنگ شماره 1..............................................................................................103شکل شماره63: نمودار تنش کرنش نمونه سنگ شماره 2..............................................................................................104شکل شماره63:گسیختگی اطراف تونل احداث شده در محیط ناهمگن.......................................................................105
فصل اولمقدمه1-1- پیش گفتار:امروزه علم مکانیک سنگ و مهندسی سازه­های زیرزمینی از مهمترین شاخه­های مهندسی ژئوتکنیک گردیده است.گواه این ادعا گسترش روز افزون نرم افزار­های تحلیل سازه­های زیر زمینی و شیب­های سنگی می­باشد. مهمترین خواسته یک طراح تونل در تحلیل سازه­های زیر زمینی بدست آوردن ناحیه­ی گسیختگی، تنش و تغییر مکان در نقاط مختلف اطراف این سازه می­باشد. این نتایج بسیار حیاتی می­باشند. با استفاده از این نتایج می­توان مناطقی که نیاز به تقویت دارد را تعیین نمود. گرچه راه حل­های دقیق زیادی برای تحلیل محیط­های سنگی تاکنون ارائه شده است اما با توجه به محدودیت­های روش­های تحلیلی در مدل کردن محیط­هایی با رفتار الاستو پلاستیک، ناهمگن، غیر ایزوتروپ، شرایط مرزی پیچیده، اشکال پیچیده تونل و... علاقه به استفاده از روش­های عددی روز به روز گسترش یافته است. از میان تمام روش­های عددی روش اجزای محدود[1] به دلیل سادگی و انعطاف­پذیری بیشتر، بسیار مورد توجه قرار گرفته است.گرچه در اکثر تحقیقات انجام یافته، رفتار سنگ را الاستیک خطی در نظر می­گیرند اما آزمایشات مقاومت سه محوری نشان می­دهند که رفتار اکثر سنگ­ها الاستو پلاستیک غیر خطی می­باشد. با توجه به توانایی روش اجزای محدود، مدل کردن گسیختگی این رفتار کار مشکلی به نظر نمی­رسد. علاوه بر روش تحلیل، معیار مورد استفاده برای تحلیل نیز بسیار مهم است. معیار گسیختگی باید بتواند به خوبی رفتار محیط سنگی در شرایط مختلف بارگذاری را مدل کند. معیار­های تجربی زیادی تاکنون ارائه گردیده است اما مهمترین و اجرایی­ترین آنها، معیار هوک-براون[2] و معیار بنیاوسکی[3] می­باشد که هر دو در کار­های اجرایی کاربرد فراوان دارند.امروزه نرم­افزار­های زیادی در مورد تحلیل فضاهای زیر زمینی وجود دارد که هر یک متکی بر یک روش تحلیلی یا عددی می­باشند. اما با تمام تفاسیرهیچ نرم افزار مشخصی را نمی­شود پیدا کرد که به طور جامع و کامل بتواند تمام خواسته­های یک مهندس تونل را برآورده کند. این خواسته­­ها شامل1- ترسیم نواحی گسیختگی اطراف تونل به صورت مشخص و واضح2- پوشش دادن تمامی معیار­های موجود اعم از تئوری و تجربی3- مدل کردن تمامی مدل­های رفتاری اعم از الاستیک خطی، الاستو پلاستیک غیر خطی، الاستیک غیر خطی..4- مدل کردن رفتاری محیط­های سنگی ناهمگن، غیر ایزوترپ،درزه­دارو..5- تاثیر  المان­های تقویت­کننده مانند راک­بولت و طراحی پوشش محافظ داخلیمنظور نگارنده از ارائه این بحث آن است که هیچ نرم افزار جامع و کاملی که بتواند تمامی ملاک­های مورد نیاز برای همه نوع تحلیل را داشته باشد، یافت نمی­شود. در نتیجه با تمامی این امکانات هنوز برنامه نویسی در بحث تونل و شیب­های سنگی،برای اهداف خاصی که نرم­افزار­ قادر به پوشش آن نیست، فراوان انجام می­شود.در این پژوهش اهداف چندی مد­نظر می­باشد که عبارتند از1-­­ مقایسه­ی ترسیمی بین نواحی گسیختگی یک سازه­ی زیر زمینی در شرایط بارگذاری یکسان، تحت دو معیار هوک-براون وبنیاوسکی در یک محیط سنگی با رفتار الاستیک؛ ومقایسه­ی آن با جواب­های تحلیلی ارئه شده2-­ تاثیر بار ­برشی بر نواحی گسیختگی اطراف تونل3-­ ارائه مدل رفتاری الاستو پلاستیک غیر خطی با معیار هوک و براون و مقایسه­ی نتایج آن با یکی از نرم افزار­های تجاریقابل ذکر است که کلیه­ی مراحل برنامه نویسی در محیط متلب[4] انجام یافته است.[1]-Finite Element Method[2]-Hoek&Brown[3]-Benyavsky[4]-Matlabتعداد صفحه : 178قیمت : 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