بررسی پایداری شیب های سنگی یکی از مسائل مهم و کاربردی در مهندسی سنگ می باشد. به این منظور روش های مختلفی ارائه شده است که یکی از پرکاربردترین آنها روش تعادل حدی می باشد. در این روش فقط از طریق محاسبه نیروهای محرک و مقاوم و مقایسه آنها با هم پایداری شیروانی ها بررسی می شود. همچنین در این روش ها خصوصیات تغییر شکل پذیری توده سنگی در روند محاسبات وارد نمی شود، به این دلیل برای بررسی بهتر رفتار شیروانی ها از روش های عددی استفاده می شود. در بین روش های عددی، روش اجزا مجزا به دلیل در نظر گرفتن صریح درزه ها و همچنین توانایی در شبیه سازی اندرکنش بلوک های سنگی نسبت به هم، در مسائل مربوط به توده های سنگی درزه دار بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار udec که یک برنامه دوبعدی براساس روش اجزا مجزا می باشد، اثرات پارامترهای هندسی شیروانی، از قبیل ارتفاع شیروانی، زاویه سطح آن و ...، بر روی ضریب اطمینان و همچنین چگونگی تغییرات مکانیزم های گسیختگی در گسیختگی های صفحه ایی، واژگونی و گسیختگی در محیط سنگی بلوکی بررسی شده است. همچنین به منظور بررسی پارامترهای مقاومتی توده سنگی و درزه ها در پایداری شیروانی ها و مقایسه آنها با پارامترهای هندسی چند مورد آنالیز حساسیت در گسیختگی صفحه ایی انجام شده است. نتایج مدل سازی ها نشان می دهدکه تاثیر پارامترهای هندسی در پایداری شیروانی ها به مراتب بیشتر از پارامترهای مقاومتی مصالح سنگی و درزه ها می باشد. همچنین در حالت های مختلف که برای پارامترهای هندسی در نظر گرفته شده نظیر تغییر در ارتفاع، مکانیزم های گسیختگی شیروانی تغییر می کند. که این امر می تواند در انتخاب و بکارگیری روش های پایداری سازی موثر باشد. همچنین بررسی ها در گسیختگی صفحه ایی نتایج نشان می دهد که دو پارامتر فاصله بندی درزه ها و ارتفاع شیروانی هر کدام به تنهایی دو پارامتر مهم و تاثیر گذار در پایداری شیروانی ها هستند و نمی توان آنها را نسبت به هم بی بعد نمود.

بسته به اینکه مصالح تحت اثر چه توع تنشی دچار گسیختگی می شوند، معیارهای مختلفی برای پیش بینی خرابی مصالح ارائه شده است. برخی از این معیارها تئوری و برپایه تنش های کششی و برخی دیگر بر اساس تنش های برشی هستند. اما سنگ ها اغلب تحت تنشهای بالای فشاری قرار دارند از این رو نیاز به تعریف معیاری مناسب این مصالح می باشد. در حوزه مکانیک سنگ معیارهای مختلفی ارائه شده که یکی از بهترین آنها معیار hoek-brown است. اگر معیار را نقطه ای برای شروع تغییر شکلهای خمیری مصالح سنگی بدانیم، ارزیابی رفتار پس از تسلیم اهمیت ویژه ای دارد. ارزیابی رفتار پس از تسلیم، عمدتاً بر پایه ی معیارهای mohr-coulomb و یا drucker-prager که تخصصی سنگ نیستند، انجام شده است و یا به دلیل وجود دشواری هایی در استفاده از معیارهای تخصصی موجود، عموماً در به کار گیری آن ها، ساده سازی هایی شده است که منجر به دقیق نبودن حل می شود. از جمله ی این دشواری ها می توان به وجود نقاط و یا خطوط مرزی در این معیارها اشاره کرد که باعث تکین شدن ماتریس رفتاری و ناهمگرایی حل می گردد. برای غلبه بر این دشواری، از ساده سازی هایی استفاده شده است که از آن جمله می توان به گرد کردن در مرزها و یا استفاده از معیار یا کمان معادل در مرزها اشاره کرد. در پروژه ی حاضر، با انتخاب معیار hoek-brown که یکی از فراگیرترین و بهترین معیارهای تخصصی مکانیک سنگ می باشد، ارزیابی رفتار پس از تسلیم مصالح سنگی، مد نظر قرار گرفته است. در این راه و به منظور غلبه بر مشکلات، از الگوریتم دقیق بازگشت تنش استفاده شده است و رفتار کشسان-خمیری کامل مصالح با توجه به قانون جریان غیر وابسته، توسعه یافته است. با توجه به توانایی روش اجزاء محدود در حل مسائل پیچیده، این روش انتخاب شده و فرمولاسیون به دست آمده، به قالب روش اجزاء محدود برده شده است. به منظور استفاده از فرمولاسیون حاصله در نرم افزار تجاری اجزاء محدود ansys، الگوریتم کد نویسی معیار ارائه شده، خواص برنامه نویسی مربوط به مدلسازی رفتاری در نرم افزار ansys، مفاهیم، اصول، پارامترها و متغیرهای routine مربوطه یعنی usermat و همچنین مراحل اتصال و فعال نمودن کد ها در نرم افزار ansys تشریح شده و در نهایت اقدام به کد نویسی بر پایه ی زبان برنامه نویسی fortran شده است. به منظور اطمینان از صحت استفاده از قوانین رفتاری و پارامتر های موجود در usermat و همچنین حصول اطمینان از مراحل اتصال، فعال سازی و فراخوانی کد نویسی در ansys، به کد نویسی یکی از مدل های رفتاری موجود در ansys یعنی مدل bilinear isotropic hardening بر پایه ی معیار von-misses پرداخته شده و نتایج حاصل از آن با مدل مصالح موجود در ansys مقایسه شده است. نتایج حاصله، بر صحت این مراحل صحّه می گذارد.

دیوارهای بنایی به عنوان یکی از مهمترین بخش های سازه های بنایی همواره تحت نیروهای داخل و خارج از صفحه قرار می گیرند. رفتار ترد، شکل پذیری کم و ضعف در مقاومت برشی و کششی، این اعضای سازه ای را مستعد خرابی در برابر نیروهای زلزله کرده است. به طوری که مبحث مقاوم سازی آنها به طور جدی مطرح می باشد. تاکنون روش های متعددی برای مقاوم سازی دیوارهای بنایی به کار گرفته شده است. یکی از روش های جدید که در دو دهه اخیر برای مقاوم سازی دیوارهای بنایی ابداع شده است، استفاده از کامپوزیت های frp است. استفاده از کامپوزیت های frp به علت استحکام بالا، وزن کم و مقاومت بالا در برابر عوامل فرسایشی طبیعی، می تواند جایگزین مناسبی به منظور حل مشکلات روش های مقاوم سازی سنتی باشد. در این مطالعه، به بررسی ظرفیت برشی، شکل پذیری و مکانیزم خرابی دیوارهای بنایی مقاوم سازی شده به کمک میله های frp به روش اجزای مجزا با استفاده از نرم افزار 3dec پرداخته شده است و تاثیر پارامترهای موثر بر مقاومت برشی دیوارهای بنایی تقویت نشده و تقویت شده مثل مقاومت ملات، میزان بار قائم و وجود بازشوها مورد مطالعه قرار گرفت. سپس سعی شد که چینش های مختلف میله های frp از منظر افزایش ظرفیت برشی و افزایش شکل پذیری با یکدیگر مقایسه شد و یک چینش بهینه برای تقویت دیوارهای بنایی به کمک میله های frp ارائه شود. نتایج مدل سازی ها نشان می دهد که استفاده از میله های frp در مقاوم سازی دیوارهای بنایی بدون بازشو و دارای بازشو، ظرفیت برشی نمونه ها و همچنین شکل پذیری آنها را تا حد قابل قبولی بهبود می بخشد. نکته مثبت دیگر مقاوم سازی به این روش این است که با توجه به نتایج بدست آمده، استفاده از میله های frp از ایجاد ترک های بزرگ و ناگهانی در نمونه ها و فروریزش ناگهانی آنها جلوگیری می کند، که این امر می تواند در هنگام وقوع زلزله بسیار مفید باشد. نتایج همچنین نشان می دهد که پارامترهای مقاومت ملات و میزان بار قائم، هر یک بر درصد افزایش مقاومت نمونه های تقویت شده موثر هستند. در مورد نمونه های ترک خورده نیز مشاهده شد که استفاده از میله های frp می تواند در مورد ترک های قطری درصد قابل توجهی از مقاومت از دست رفته نمونه ها را احیا کند.

تسلیح خاک از سالهای بسیار دور تا کنون اهمیت قابل توجه داشته است، در سالهای اخیر در این باره تحقیقات بسیاری صورت گرفته است، که شاخه ای از این مطالعات پژوهشگران را به سمت تولید مواد پلیمری با دوام و با مقاومت بالا برای تسلیح خاک هدایت کرده است، که از این مواد به عنوان مواد ژئوسنتتیکی یاد میکنند. ژئوتکستایل مهمترین، پراستفاده ترین، و پرکاربردترین مشتقات مواد ژئوسنتتیکی می باشد، بنابراین شناخت رفتار خاکهای مسلح به ژئوتکستایل اهمیت زیادی دارد. در کل کارهای آزمایشگاهی انجام شده به نسبت کاربرد این نوع مصالح ناچیز بوده است.نکته ای که باید اشاره شود، در تمامی مطالعات، چیدمان ژئوتکستایل داخل نمونه ی مسلح کاملا محدود به دو حالت افقی و قائم بوده است، که در این پایان نامه سعی شده است با استفاده ی گسترده از نحوه ی چیدمان ژئوتکستایل به بررسی این پارامتر در نمونه های مسلح بپردازیم. در حالت کلی سعی شده است که چیدمانها را در چهار گروه محفظه ای، افقی، قائم و مورب دسته بندی کنیم، که مجموعا حدود 20 نوع چیدمان را شامل شده است. در ادامه ی آزمایشات در حدود پنج نوع چیدمان انتخاب شد و در شرایط فرونشست تحت آزمایش برش مستقیم قرارگرفت. . نتایج حاصل از آزمایشات برش مستقیم بر روی نمونه های مختلف نشان داد که، استفاده از ژئوتکستایل تقریبا در تمام موارد باعث افزایش رفتار نرم کرنشی نمونه ها می شود و مقاومت بعد از پیک را افزایش می دهد و حتی در برخی از نمونه ها پیک مقاومتی از بین می رود. نتایج آزمایشات نشان داد در چیدمان افقی میزان اتساع نمونه کاهش داشته و میزان مقاومت تغییر چندانی نداشته است. آزمایشات چیدمانهای قائم نتیجه داد که با قرارگیری بیشتر لایه های ژئوتکستایل میزان مقاومت نیز افزایش می یابد. این نوع چیدمان نشان داد که با تسلیح قسمت ارتفاع میانی نمونه نتایجی تقریبا همانند نتایج تسلیح تمام ارتفاع نمونه بدست می آید. در حالت چیدمان مورب نتایج نشان دادند که اگر جهت زاویه قرارگیری ژئوتکستایل در حالت مورب در جهت برش باشند میزان مقاومت افزایش می یابد و اگر خلاف جهت برش باشند میزان مقاومت کاهش می یابد.

چکیده یکی از روش های بهبود خواص مکانیکی خاک ها، استفاده از ژئوسنتتیک ها به شکل ورق های قرار گرفته در بین لایه های خاک و یا در فصل مشترک خاکریزها و سطح زمین می باشد. از یک سو استفاده روز افزون از ژئوسنتتیک ها به ویژه در چند دهه اخیر و از سویی دیگر ناشناخته بودن رفتار خاک های مسلح، انجام آزمایش ها و پژوهش های بیشتری را در این زمینه ایجاب می کند. آزمایش های برش مستقیم و سه محوری متعددی بر روی خاک های دانه ای صورت گرفته است، اما توجه کمتری به استفاده از ژئوتکستایل در خاک های چسبنده شده است. به نظر می رسد علت این امر کاهش تأثیر بهینه ژئوتکستایل در خاک های چسبنده نسبت به خاک های دانه ای باشد. در این پژوهش، نتایج آزمایش های فشاری تک محوری بر روی خاک رس مسلح به ژئوتکستایل ارائه شده و تأثیر ژئوتکستایل بر رفتار خاک چسبنده و اثر ماسه بر عملکرد خاک رس مسلح بررسی می شود. همچنین مد خرابی نمونه های رسی در حالت مسلح و غیر مسلح مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج آزمایش ها نشان داد که ژئوتکستایل و درشت دانه، هر دو سبب بهبود خواص مقاومتی خاک رس می-شود. مقاومت خاک مسلح به سه لایه ژئوتکستایل افقی، 1.87 برابر مقاومت نمونه رسی می باشد. به عنوان مثال مقاومت خاک مخلوط با 50% ماسه 1.18 برابر مقاومت نمونه غیر مسلح است و مقاومت خاک مخلوط با ماسه و مسلح به سه لایه ژئوتکستایل 2.28 برابر مقاومت نمونه رسی می باشد که بیانگر تأثیر چشمگیر تسلیح با ژئوسنتتیک نسبت به درصد ماسه است. با افزایش تعداد لایه های ژئوتکستایل، مقاومت پیک و مقاومت پسماند و شکل پذیری نمونه های رسی افزایش می یابد. هم چنین افزایش درصد مصالح دانه ای تا 50 درصد، باعث بهبود رفتار خاک مخلوط و افزایش مقاومت پیک نمونه می شود و رفتار نمونه از نرم کرنشی به سخت کرنشی تغییر می کند. همچنین ژئوتکستایل سبب تغییر مد خرابی نمونه های چسبنده می شود.

در حال حاضر به طور وسیع از روش های عددی برای طراحی سازه های زیرزمینی نظیر تونل، مغار، فونداسیون سدها و ... استفاده می شود. ولی اعتبار این طراحی به دقت اطلاعات ورودی و این که تا چه حد بیانگر رفتار واقعی توده دربرگیرنده باشد، بستگی دارد. در این پایان نامه ابتدا به بررسی روش های آنالیز برگشتی و انجام آنالیز برگشتی 4 مقطع تونل مترو کرج پرداخته ایم. در ادامه طرح تونل متروی شهری کرج و بررسی ابزار دقیق آن، عملیات رفتارنگاری سازه های زیرزمینی، چگونگی نصب و بهینه سازی عملیات نصب ابزار دقیق، شرایط و جنس زمین پیرامون تونل توضیح داده شده است. با ابزار بندی سازه و تحلیل برگشتی می توان اطلاعات ژئوتکنیک و پارامترهای ژئومکانیکی ورودی را مورد ارزیابی مجدد قرار داد و اختلاف بین رفتار واقعی و پیش بینی شده سازه مورد نظر را به حداقل رساند. همچنین جهت تعیین نقاط خطر آفرین و طراحی فضاهای زیرزمینی و سازه نگهدارنده، از روش های عددی استفاده می شود که کارایی و نتایج آن وابستگی بالایی به پارامترهای ورودی ژئومکانیکی مصالح زمین دارد. یک روش کارا و دقیق برای تعیین این پارامترها استفاده از روش آنالیز برگشتی است که در آن با بهره گیری از نتایج حاصل از رفتارنگاری و ثبت عکس العمل های برجای زمین شامل تنش ها و کرنش ها پس از حفاری تونل، می توان پارامترهای واقعی توده دربرگیرنده را تعیین نمود و از آن برای تصحیح طراحی فضای زیرزمینی و سازه نگهدارنده در فازهای آتی و پروژه های مشابه سود جست. با استفاده از مدل سازی توسط نرم افزار flac 2dدر ابتدا با استفاده از آنالیز حساسیت، پارامترهای نسبت تنش های جانبی محیطی و مدول ارتجاعی مصالح پیرامونی تونل، به عنوان پارامترهای تاثیر گذار شناخته شدند و بنابراین آنالیز برگشتی برای تعیین دقیق این دو پارامتر انجام شد. با توجه به طی مراحل جستجوی نقطه بهینه، مدول الاستیسیته (e) مقطع1، 310 مگاپاسکال، مقطع 2، 360 مگاپاسکال، مقطع 3،310 مگاپاسکال و مقطع 4، 315 مگاپاسکال و نسبت تنش افقی به قائم (k0) مقطع 1، 1.58، مقطع 2، 1.56، مقطع 3، 1.27 و مقطع 4، 1.33 به دست آمد. مطابق با نتایج بدست آمده برای هر دوی این پارامترها به مقادیری بیش از مقادیر مورد استفاده در طراحی تونل شهری کرج رسیدیم. این اختلاف را می توان به 3 عامل فرضیات در نظرگرفته شده، ابزار دقیق و از همه مهمتر خطای اندازه گیری پارامترهای ژئوتکنیکی که موضوع مورد بحث این تحقیق است، نسبت داد.

چکیده : امروزه الیاف پلیمری (frp) به طرز گسترده ای در مقاوم سازی سازه های بتن آرمه استفاده می شوند. نسبت بالای مقاومت به وزن، مقاومت در برابر خوردگی و حمل و نصب آسان، مواد frpرا به عنوان گزینه ای مورد توجه در بسیاری از پروژه ها مطرح کرده است. لذا استفاده از مصالح جایگزین فولاد، برای بتن تحت شرایط مهاجم و افزایش توان مقاومتی سازه های بتنی افزایش یافته است. در سالهای اخیر جهت تقویت تیرهای بتنی مسلح از روش جاسازی در نزدیک سطح (nsm) میلگردهای frp استفاده می گردد. در روش nsmمیلگردهای frp در شیارهای که بر سطح اعضای که می بایست تقویت شوند جاسازی شده و با رزین و یا سیمان اپکسی پر می شوند. و بیشتر تحقیقات صورت گرفته به حالت های شکست این روش در حالت جدایش رزین از مصالح زیرین پرداخته اند، که از این رو هیچ آزمایشی در خصوص ساخت تیر در شرایط کاملا کارگاهی که منطبق بر شرایط محیطی بوده و تاثیر فاصله قرارگیری شیارها و تغییر مکانیزم شکست و بهبود شرایط تغییر شکل نشان دهد صورت نگرفته است. در تحقیق با انجام آزمایشاتی بر روی تیرهای بتنی تقویت شده به روش nsm در برش به بررسی بعضی از پارامتر های بیان شده پرداختیم. از این رو با تیرهای بتنی در اندازه های واقعی که یکی از آنها با میلگرد قائم gfrpو دیگری با میلگرد 45 درجه gfrp تقویت شده و جهت کنترل و مقایسه یکی از تیرها با ورق cfrp و به روش جکت uشکل و دیگری نیز بدون تقویت مورد آزمایش قرار گرفتند. به طوریکه در همه تیرها مقدار بسیار کمی از خاموت های فولادی استفاده گردید. شکست تیرهای تحت آزمایش و مقایسه داده های بدست آمده از آنها با تیر کنترل نشان داد که تیرها تقویت شده افزایش مقاومت 10 تا 20 درصدی نسبت به تیر کنترل نشان می دهد. این بهبود رفتار علاوه بر افزایش ظرفیت باربری موجب افزایش شکل پذیری تیرها شده، به طوریکه همه تیرها شکل پذیری مناسبتری را نسبت به تیر کنترل دارند. هچنین در تیر ns90که میلگردهای gfrp به صورت 90 درجه جاسازی شده بودند، تغییر مکانیزم شکست صورت پذیرفت به عبارتی مکانیزم از حالت جدایش میلگردهای frpاز مصالح زیرین خود به مکانیزم شکست خمشی – برشی تبدیل گردید. که این امر نشان دهنده افزایش ظرفیت باربری به ازای جابجایی بیشتر می باشد. کلید واژه : تقویت برشی، میلگردهای frp، روش نزدیک سطح

برآورد تنش های برجای زمین اهمیت فراوانی در طراحی سازه های زیرزمینی و حفر چاه های نفت و گاز دارد. روش شکست هیدرولیکی یکی از مناسبترین و موثرترین روش های تعیین تنش های برجای توده سنگ در اعماق زمین می باشد. در این روش، فشار سیال در برخی نقاط از گمانه اندازه گیری می شود و تحلیل فشار های برداشت شده، برای استنتاج مولفه های تانسور تنش استفاده می شود. یکی از این فشار ها، فشار خرابی می باشد که فشاری است که باعث آغاز شکل گیری ترک های کششی در جداره یک حفره دایروی تحت تنش های محیطی می شود. یافتن این فشار از آن جهت دارای اهمیت است که می توان بین مقدار آن و تنش های محیطی، رابطه ای برقرار کرد و در نتیجه به وسیله آن می توان به مقادیر تنش های برجای محیطی که سال هاست مورد توجه محققین مختلف بوده است، دست پیدا کرد. روابط تئوری کلاسیک مختلفی در زمینه شکست هیدرولیکی و یافتن ارتباط بین فشار خرابی و تنش های برجا وجود دارد. با توجه به تحقیقات انجام شده این روابط محدودیت هایی دارد و بررسی های بیشتر به کمک روش های عددی در این زمینه، اهمیت فراوانی دارد. از این حیث، این تحقیق با استفاده از روش عددی تفاضل محدود و نرم افزار flac2d، و با شبیه سازی شروع شکست هیدرولیکی به دنبال یافتن فشار خرابی و رابطه آن با تنش های برجا می باشد. فشار معادل سیال، داخل حفره ای دایروی شکل در یک مدل دو بعدی کرنش مسطح اعمال گردید تا شکست های کششی در دیواره حفره رخ دهد و در این لحظه فشار داخل حفره، به عنوان فشار خرابی ثبت شد. نتایج مدل سازی ها انطباق بسیار خوبی با روابط کلاسیک شکست هیدرولیکی داشتند و نشان دادند که حالت تنش های برجای افقی، مقاومت کششی سنگ و اندازه شعاع گمانه بر فشار خرابی تاثیرگذارند. فشار خرابی، با افزایش تنش انحرافی، افزایش شعاع گمانه و کاهش مقاومت کششی سنگ، کاهش می یابد. همچنین فشار خرابی در حضور ترک های موجود در برِ حفره بررسی شد. نتایج نشان دادند که با افزایش نسبت طول ترک اولیه به شعاع گمانه، فشار خرابی کاهش می یابد. نحوه شروع و گسترش ترک های کششی، هم در حالت عدم حضور ترک و هم در حالت حضور ترک اولیه مورد بررسی قرار گرفت. پدیده دیگری نیز در زمینه شکست هیدرولیکی تحت عنوان چرخش ترک بررسی گردید. نتایج، گسترش شاخه ای ترک ها را نشان می داد که به دلیل تغییر جهت تنش های اصلی می باشد. راستای ترک موجود، طول ترک، تنش انحرافی و اندازه گمانه از عوامل موثر بر این پدیده می باشند.

شرایط ژئوتکنیکی نامناسب، محدودیت های زیرزمینی، افزایش آلودگی زیست محیطی و افزایش ترافیک باعث ساخت و استفاده از تونل های دوگانه و یا سه گانه موازی در سال های اخیر شده است. گاهی دو تونل موازی، همزمان و یا با فاصله زمانی کمی از یکدیگر ساخته می شوند و گاهی تونل اول از قبل موجود است و به ناچار تونل دوم دیگری از کنار آن باید عبور کند که هر دو صورت مساله با رعایت درصد آزاد سازی تنش در محیط و با استفاده از روش های عددی قابل بررسی هستند. حفر دو تونل در کنار یکدیگر نباید منجر به ناپایداری، تغییر شکل و جابجایی بیش از حد در تونل ها و سازه های سطح زمین شود. وقتی دو تونل در کنار یکدیگر حفر می شوند، به علت مجاورت، اندرکنشی با هم خواهند داشت که در نتیجه آن، توزیع تنش پیرامون تونل ها و نیروی پوشش آن ها تحت تاثیر قرار می گیرد و ممکن است تغییر شکل های جدید باعث ناپایداری تونل ها شود، بنابر این لازم است با انجام تحلیل های پارامتری تاثیر دو تونل بر یکدیگر بررسی شود.

آزمایش شکست هیدرولیکی امروز به عنوان یکی از متداول ترین روش های تعیین تنش های برجا در ‏توده سنگ شناخت می شود. به علاوه، یکی از مهم ترین نمودارهای مورد استفاده در روش شکست ‏هیدرولیکی نمودار فشار گمانه در برابر زمان می باشد. این نمودار به سه قسمت مجزا تقسیم ‏می شود: تزریق، شات- این و جریان بازگشتی. برای به دست آوردن تنش های برجا نیاز به تشخیص ‏سه نقطه کلیدی در این نمودار می باشد که این سه نقطه به ترتیب فشار خرابی، فشار شات- این و ‏فشار بازشدگی مجدد هستند. فشار خرابی به عنوان بزرگ ترین فشار در آزمایش شکست ‏هیدرولیکی شناخته می شود و به وسیله معیارهای شکست ارائه شده، با تنش بزرگ تر برجا رابطه ‏دارد. از طرف دیگر، پیشنهادشده است که فشار شات- این به عنوان تنش کوچک تر برجا در نظر ‏گرفته شود. همچنین نتایج آزمایشگاهی وجود دارد که نشان دهنده نزدیک بودن مقادیر فشار شات- ‏این و فشار بازشدگی مجدد به یکدیگر می باشد.‏ بر همین اساس، در این پایان نامه تمرکز اصلی بر روی دو نقطه فشار شات- این و فشار بازشدگی ‏مجدد می باشد. مدل مورد استفاده شامل دو ترک شعاعی متقارن در یک گمانه که در مصالح خطی ‏الاستیک حرکت داده می شوند است. باید خاطرنشان کرد عوامل مختلفی می توانند در تعیین مقدار ‏فشار شات- این نقش داشته باشند، از روش های مختلف پیشنهادشده برای تعیین این فشار تا ‏عوامل محیطی مانند شعاع گمانه، تنش انحرافی، طول ترک اولیه و لزجت سیال می توان نام برد. هر ‏یک از این عوامل به صورت جداگانه در این پایان نامه مورد بررسی قرار خواهند گرفت. و در آخر ‏برای یک حالت خاص مدل سازی انجام خواهد شد که نشان دهنده رفتار توده سنگ در حین انجام ‏آزمایش شکست هیدرولیکی می باشد و درک واقع بینانه تری به ما خواهد داد.‏ در آخر بر اساس مدل سازی انجام شده، افزایش لزجت سیال باعث افزایش مدت زمان مرحله ‏شات- این شده، افزایش تنش انحرافی تأثیرات کوچکی بر روی این مرحله می گذارد و طول ترک ‏اولیه در تعیین فشار شات- این بی تأثیر است.‏

حفر تونل در مناطق شهری به دلیل نامناسب بودن خاک و سطحی بودن تونل همراه با دشواری هایی می باشد که از مهم ترین آنها پدیده نشست و آسیب به سازه های سطحی است. همچنین در مواردیکه نصب سیستم تقویتی زمین و پوشش بلافاصله بعد از حفاری تونل امکان پذیر نیست، معمولاً نیاز به پیش تقویت زمین است که در حین حفاری تونل انجام می شود. از طرفی به دلیل انعطاف پذیر بودن روش تونل زنی جدید اتریشی (natm)، امروزه این روش به طور گسترده ای جایگزین تونل زنی به روش سنتی شده است. روش های پیش تقویت شامل تزریق در زمین، روش قوس های چتری (uam)، روش سقف لوله ای، روش انجماد و ... می باشند که بسته به مشخصات هندسی تونل و مکانیکی زمین هر یک قابل کاربرد خواهند بود. در این پایان نامه با استفاده از مشخصات تونل steinhaldenfeld، و در ادامه مطالعات پیشین به مدل سازی عددی سه روش پیش تقویت زمین شامل تزریق، ستون های تزریقی و سقف لوله ای پرداخته شده است. هر روش پیش تقویت دارای پارامترهایی است که مدل ها برای پارامترهای مختلفی ساخته شدند و بعد از مدل سازی، پروفیل نشست زمین بدست آمد و مقدار کنترل هر روش بر نشست زمین مورد ارزیابی قرار گرفت. مدل سازی به کمک روش اجزا محدود و به صورت دوبعدی و سه بعدی با فرض شرایط کرنش مسطح (در حالت دوبعدی) انجام شده است. مطابق با نتایج بدست آمده، هر سه روش به طور محسوسی در کاهش نشست سطح زمین موثر هستند و با ارتقاء پارامترهای هندسی و مکانیکی تزریق از قبیل قطر یا ضخامت تزریق و مدول الاستیسیته مصالح تزریقی مقدار کاهش نشست افزایش می یابد. با مقایسه میزان نشست سطح زمین، قرار گرفته در بالای تاج تونل مشاهده می شود که روش ستون های تزریقی در حالت تزریق کامل پیرامون تونل، می تواند در کنترل نشست از بقیه روش ها موثرتر بوده و به عنوان روش بهینه پیشنهاد می گردد.

در دو دهه گذشته با افزایش دانش مهندسین در زمینه فضاهای زیرزمینی، پیشرفت چشمگیری را در توسعه شریان های زیرزمینی شاهد بوده ایم. یکی از این شریان های اصلی، تونل های زیرزمینی هستند. برخی از این تونل ها در مناطق کوهستانی و در امتداد مسیر ارتباطی بین شهرها احداث می شوند و برخی دیگر به عنوان مسیر قطارهای شهری و در بستر زمین شهری و در محیطی خاکی احداث می شوند. تونل ها اگر دارای مقطع دایروی باشند و در محیطی که دارای رفتار ارتجاعی و همگن است و در عمق زیاد احداث شوند، آنگاه می توان گفت که نسبتاً از پایداری خوبی برخوردارند. اما اگر هر یک از این شرایط وجود نداشته باشد، آنگاه تحلیل رفتار استاتیکی و دینامیکی تونل از اهمیت ویژه ای برخوردار می شود. تونل های شهری در نزدیکی سطح زمین و معمولاً در شرایطی که تنش برجای افقی دارای مقدار قابل ملاحظه ای است، حفاری و ساخته می شوند. شرایط ساخت این تونل ها نیز معمولاً به روش حفر و پوش است که بر پیچیدگی تحلیل آنها از دو جهت می افزاید: اول اینکه معمولاً خاک قرار گرفته بر روی سطح تونل، با خاک اصلی زمین متفاوت است و دوم اینکه مقطع این قبیل تونل ها دیگر دایروی نیست و مستطیلی می باشد. مطالعات محدودی در زمینه تحلیل دینامیکی تونل ها به روش تحلیلی انجام شده است. بنابراین برای بررسی کامل تر مسأله پایداری لرزه ای تونل ها و در نظر گرفتن شرایط مختلفی که می تواند در حالت واقعی برای آن اتفاق بیفتد، باید از روش های عددی که دارای محدودیت خاصی نمی باشند استفاده کرد که البته هدف از انجام این پایان نامه بوده است. در این پایان نامه ابتدا مروری بر روش های تحلیلی ارائه شده برای تحلیل لرزه ای تونل ها انجام شده است. پس از آن برنامه ای جامع برای تحلیل لرزه ای تونل های مستطیلی در اثر شرایط مختلف ارائه می شود. هدف از این برنامه بررسی تأثیر پارامترهایی مانند، شرایط هندسی مسأله، شرایط تنش های برجا و زمین بر روی رفتار لرزه ای تونل های مستطیلی و سطحی در اثر اعمال یک شتابنگاشت خاص می باشد. مطابق با نتایج به دست آمده، با دینامیکی شدن مسأله، نیروی محوری، لنگر خمشی و نیروی برشی پوشش تونل نسبت به حالت استاتیکی افزایش می یابد. بیشینه نیروهای ایجاد شده در پوشش تونل، در دو حالت استاتیکی و دینامیکی در کنج ها و یا گوشه های مقطع تونل مستطیلی ایجاد می شوند. یعنی بیشترین تمرکز تنش در پوشش تونل، در کنج ها اتفاق می افتد. پروفیل نشست سطحی زمین در حالت دینامیکی نامتقارن می گردد و نسبت به حالت استاتیکی افزایش خواهد یافت.

منحنی پاسخ زمین یکی از اجزای روش همگرایی همجواری در تحلیل اندرکنش حائل سنگ است که برای تعیین جابجایی¬ها در پیرامون تونل حفر شده به روش جدید اتریشی به کار می رود. حل تحلیلی منحنی پاسخ زمین براساس فرض میدان تنش برجا ایزوتروپ می باشد و قابل کاربرد برای تونل های عمیق است. اما امروزه تونل های شهری در سطح و اغلب تحت نسبت تنش های برجا غیرایزوتروپ حفر می شوند. در این پژوهش برای مدل های دوبعدی با هندسه و مشخصات محیطی مشخص، منحنی های پاسخ زمین برای عمق های مختلف و همچنین نسبت تنش های برجا مختلف، به دو روش تعیین می شوند: 1-با استفاده از حل تحلیلی و معادل سازی میدان تنش غیرایزوتروپ به یک میدان تنش ایزوتروپ. 2- حل عددی. سپس نتایج این تحلیل ها با یکدیگر مقایسه و محدوده کاربرد حل تحلیلی منحنی پاسخ زمین تعیین می شود. مطابق با نتایج، جابجایی های دیواره تونل بیشتر از نسبت تنش های برجا اولیه متاثر می شود تا عمق قرارگیری تونل. همچنین جابجایی های بدست آمده از حل عددی برای تاج و کف تونل، نسبت به دیواره تونل، انحراف بیشتری از حل تحلیلی دارند. تنها جابجایی که میتوان با دقت مناسبی از حل تحلیلی برای تونل های سطحی بدست آورد، جابجایی دیواره تونل تحت تنش های ایزوتروپ است. جابجائی های تاج و کف تونل تحت شرایط ایزوتروپ و برای عمق های بیش از 14 برابر شعاع تونل با دقت مناسبی می توانند از حل تحلیلی بدست آیند، اما با افزایش نسبت تنش های برجا، حل تحلیلی و عددی از یکدیگر بیشتر و بیشتر فاصله می گیرند حتی برای تونل های عمیق.

آزمایش برش مستقیم برای اندازه گیری مقاومت برشیی زهکشیی شیده تمکیی م یافتیه خاک ها مورد استفاده بسیاری قرار می گیرد. اثر اندازه ذرات بیر روی مقاومیت خیا ک هیای دانه ای و وجود قطعات با اندازه بزرگ در ناحیه برش از جملیه مسیایلی اسیت کیه در ایی آزمایش مورد مناقشه برخی از ممققی بوده است. برخی بزرگتر شدن اندازه ذرات در ایی آزمایش را موجب افزایش و برخی موجب کاهش زاویه اصطکاک بیان کرده اند. هدف از ایی مقاله تاحدودی پرداخت به ای موضوع می باشد. در ای پایان نامه اثر اندازه ذرات، مصیالح قرار گرفته در ناحیه برش و همچنی وجود قطعه با اندازه بزرگ در نمونه بیر روی مقاومیت برشی نمونه، اتساع و منمنی گسیختگی برشی آن مورد بررسی قرار گرفته است. مطابق بیا نتایج بدست آمده از آزمایش برش مستقیم بزرگ مقیاس انجام شده، با بزرگتر شدن اندازه ذرات، منمنی گسیختگی مصالح بالاتر رفته و نمونه از مقاومت برشیی بیالاتری برخیوردار می شود، و به همی ترتیب زاویه اصطکاک داخلی مصالح و زاویه اتساع نیز افزایش می یابد. ضخامت ناحیه برش در میانه نمونه، وابسته به اندازه ذرات است، و با درشت شدن دانه بندی مصالح، ای ضخامت بیشتر می شود. وجود قطعه با اندازه بزرگ در ناحیه برش، باعث افزایش چشمگیر مقاومت برشی نمونه ماسه ای می شود. همچنی زاویه اصطکاک داخلی نمونه نییز افزایش می یابد.

در این رساله به بررسی مساله شروع و گسترش ترک های هیدرولیکی قرار گرفته در عرض یک گمانه درحالت کرنش مسطح در محیط سنگی هموژن و الاستیک نفوذناپذیر می پردازیم. ترک ها توسط سیال نیوتنی تراکم پذیر که با نرخ حجمی ثابت به داخل گمانه تزریق می شوند هدایت می شوند. تغییر شکل مصالح مطابق با معادله الاستیسیته خطی و جریان سیال ویسکوز داخل ترک با استفاده از تئوری روانسازی مدل می شود. اثر شعاع محدود گمانه با کرنل های مناسب در معادله انتگرالی الاستیسیته معرفی می شود. اثرات تراکم پذیری با معادله ترکیبی بین نرخ تزریق سیال در دهانه ترک و تغییرات فشار سیال در گمانه معرفی می شود. همچنین فرض شده است که جلوی سیال به راس ترک می رسد، چون حل محدود به حالتی است که فاصله بین جلوی سیال شکست و راس ترک در مقایسه با مقیاس های طولی دیگر ناچیز است. مشکل حل این مساله ناشی از ترکیب بین معادله روانسازی والاستیسیته است. قوانین بی بعدسازی برای مساله ترک هیدرولیکی شعاعی با سیال ویسکوز تراکم پذیر در محیط الاستیک ارائه می شوند. اثر شعاع گمانه محدود در بی بعدسازی توسط پارامتری با معنی شعاع گمانه بی بعد معرفی می شود. حل بر حسب فشار خالص سیال، طول ترک و بازشدگی بدست می آید و دیده می شود که مساله بستگی به ویسکوزیته بی بعد و دو پارامتر گسترش که مربوط به اثر تراکم پذیری و گمانه و تنش میدانی انحرافی است، دارد.به منظور حل عددی کامل مساله شروع و گسترش ترک هیدرولیکی از الگوریتمی عددی که ترکیبی از روش تفاضل محدود ضمنی و روش ناپیوستگی در جابجایی با شبکه ثابت است استفاده می شود. بررسی مساله در سه حالت مختلف تزریق، شات این، و جریان برگشتی صورت می پذیرد. هر مرحله شرط مرزی خاص خود را دارد که الگوریتم برای هر مرحله تصحیح می شود. در مرحله تزریق سیال به داخل گمانه پمپ می شود تا زمانیکه ریز ترک اولیه شروع به رشد کند و تا طول ترک معینی گسترش ادامه می یابد. در مرحله شات این تزریق سیال قطع می شود و در مرحله جریان برگشتی سیال به سمت خارج پمپ می شود. حل مساله برای سیال غیرویسکوز وجود یک ناپایداری را در رشد اولیه ترک نشان می دهد و نتایج حل کامل مساله در مرحله تزریق نشان داد که ویسکوزیته باعث از بین رفتن رشد ناپایدار اولیه می شود. همچنین دیده شد که فشار شروع گسترش ترک متفاوت از فشار شکست (فشار پیک) و کمتر از آنست، با افزایش ویسکوزیته اختلاف بین این دو فشار بیشتر می شود، و برای سیال غیر ویسکوز این دو فشار معادل هم هستند. تأثیر تنش میدانی انحرافی بصورتی است که افزایش آن، از فشار شکست می کاهد. در مرحله شات این گسترش ترک تا زمانی اتفاق می افتد که سیستم به حالت پایداری برسد و بالاخره در مرحله جریان برگشتی بسته شدن ترک در دهانه ورودی اتفاق می افتد.