هدف از انجام این رساله پیش بینی انرژی خردایش سنگ با استفاده از پارامترهای مکانیکی سنگ می باشد. مطالعات انجام شده در اینجا شامل دو بخش می باشند. در بخش اول، فرایند خردایش و کاهش ابعاد سنگ های کروی و مکعبی که بین دو صفحه فولادی بارگذاری می شوند، با استفاده از روش عددی تفاضل محدود شبیه سازی شده است و انرژی کرنشی ذخیره شده در سنگ در هر مرحله بارگذاری محاسبه شده است. نمونه ها به صورت محیط الاستو-پلاستیک و با در نظر گرفتن معیار شکست موهرکلمب مدل شده اند. به منظور بررسی صحت نتایج بدست آمده، خردایش چهار سنگ سخت آذرین مدل شده است. تمامی حالات مختلف بارگذاری که برای یک نمونه مکعبی یا کروی و قطعات حاصل از شکست آنها که ممکن است در طول فرایند خردایش رخ دهد، مطالعه شده و فرایند های خردایشی که دارای بیشترین و کمترین انرژی کرنشی می باشند، با استفاده از برنامه flac شناسایی شده اند. انرژیهای کرنشی ماکزیمم بدست آمده تطابق خوبی با انرژی خردایش باند دارند. نتایج نشان می دهد که در طول فرایند خردایش، اگر چه شکست کششی و برشی همزمان با هم رخ می دهند، اما درصد زیادی از انرژی خردایش صرف شکست برشی می شود.در بخش دوم از نرم افزار pfc (بر اساس روش اجزا گسسته) برای مدلسازی رفتار شکست سنگ در داخل یک سنگ شکن فکی استفاده شده است. در برنامه pfc، سنگ به صورت مواد دانه ای در دو شکل مکعبی و کره ای مدل شده اند. همچنین از نرم افزار flac برای تحلیل توزیع تنش در داخل سنگ کروی و مکعبی که در داخل سنگ شکن تحت بارگذاری قرار گرفته اند، استفاده شده است. به منظور بررسی صحت نتایج بدست آمده، نه نمونه سنگ با خصوصیات مقاومتی متفاوت مورد مطالعه قرار گرفته و انرژی مصرفی محاسبه شده توسط مدل اجزا گسسته با انرژی خردایش باند برای این نه نمونه سنگ، مقایسه شده است. انرژی خردایش بدست آمده از مدل اجزا گسسته برای سنگ های کروی، تطابق خوبی با انرژی خردایش باند آنها دارد. همچنین شکست نمونه مکعبی و کروی از سنگ آهک در سنگ شکن فکی آزمایشگاهی با استفاده از دوربین سرعت بالا مطالعه شده و با نتایج بدست آمده از مدل اجزا گسسته، مقایسه شده است. نتایج نشان می دهند که مدل اجزا گسسته به خوبی می تواند شکست کششی را مدل کند اما روش المان های مجزا به خوبی نمی تواند تورق را مدل کند.

یکی از عوامل اصلی ناپایداری و شکست بسیاری از سازه ها و سازندهای سنگی و بتنی، وجود ترک ها، درزه ها و ناپیوستگی هایی است که تحت تأثیر بارهای استاتیکی و دینامیکی(خستگی)، به مرور زمان رشد کرده و نهایتاً باعث کاهش مقاومت سازه و یا حتی تخریب آن می گردند. تحقیق حاضر در دو فاز کلی انجام شد، در فاز اولیه به منظور بررسی رفتار خستگیِ سنگ(سنگ آهک) و بتن(بتن معمولی و بتن تقویت شده با الیاف پلی پروپیلن) تحت بارهای چرخه ای با دامنه ثابت، آزمایشات خستگی بر روی نمونه ها، در سه سطح بارگذاریِ خمشیِ سه نقطه ای سیکلیک انجام گرفت. سپس عمر خستگی و رشد ترک در نمونه ها، به صورت تحلیلی(بر مبنای nlfm و قانون پاریس) و عددی(اجزا محدود) مدل سازی شد. در روش عددی مولفه های مکانیک شکست با استفاده از روش های ctod و j-integral، به دست آمد و آنالیز عددی ترک خستگی برای هردوی این روش ها صورت گرفت. نتایج آزمایش نشان داد که در تمامی نمونه ها(سنگ و بتن)، با افزایش سطوح بارگذاری، از عمر خستگی کاسته شده و به سرعت رشد افزوده شده است. همچنین نمونه های بتنی تقویت شده، نسبت به بتن معمولی، طول ترک اولیه کوچک تر، عمر خستگی بیشتر و طول ترک نهایی بزرگ تری نشان دادند. نتایج مدل سازی نیز نشان داد، با وجود موفقیت روش تحلیلی در پیش بینی رفتار خستگی، عمر خستگی پیش بینی شده حاصل از روش عددی، مطابقت بیشتری با نتایج آزمایشات نشان داد. بهترین نتایج از آنالیز ترک خستگی به کمک روش j-integral، حاصل شد. در فاز دومِ پروژه، رفتار این مواد تحت بارهای چرخه ای با دامنه متغیر، مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور یک مطالعه موردی(سد زاوین) انتخاب شد و آنالیز ترک خستگی در شرایطی انجام شد که ترکیبی از بارهای مختلف از قبیل بارثقلی، بارهیدراستاتیکی، بار هیدرودینامیکی و بار زلزله به سد اعمال می شد. نتایج نشان داد که رشد ترک در تمامی نواحی ِواصل به جناحین سد به صورت صفحه ای (صفحه x-z) بوده و با دور شدن از جناحین و به سمت مرکز سد، از محدودیت رشد در این صفحه کاسته شده، و در راستای محور y(در راستای ارتفاع سد) نیز گسترش یافته است. و همچنین با دور شدن از تاج و نزدیک شدن به فونداسیون، به تبعیت از افزایش تنش های کششی، رشد ترک خستگی نیز افزایش یافته است و بیش ترین رشد ترک در بدنه سد، در محل اتصال سد به فونداسیون و بیش ترین رشد ترک در کل سازه، در فونداسیون سنگیِ سد رخ داده است. نتایج نشان داد که در تمامی نواحیِ بدنه بتنی و فونداسیون سنگیِ سد، ضرایب شدت تنش حداکثر، به ترتیب از چقرمگی شکستِ بتن و فونداسیون کمتر بوده و از لحاظ پایداری سازه، مشکل ساز نخواهند بود.

رشد جمعیت و کمبود آب باعث شده است که مدیریت منابع آبی، جایگاه ویژه¬ای در برنامه-های اقتصادی کشور داشته باشد. ساخت سدها و تونل¬های انتقال آب از مهمترین برنامه¬های مدیریتی برای بهره¬برداری از منابع آبی هستند. امروزه عملیات تزریق تقریباً در تمام سدها و اکثر تونل¬ها معمول است. کنترل نشت آب با ایجاد پرده آب¬بند، افزایش ضریب ایمنی پایداری سد در برابر فشار برکنش و شستشو، به¬سازی ساختگاه با افزایش مدل الاستیسیته¬ و کمک به پایدارسازی تونل¬ها از مهمترین اهداف عملیات تزریق می باشد. سد داریان در استان کرمانشاه و در 25 کیلومتری شمال غرب شهرستان پاوه واقع شده-است. این سد از نوع سنگریزه¬ای با هسته¬ی رسی می¬باشد. جهت اجرای پرده آب¬بند در تکیه گاه¬ها و زیر پی سد داریان، از گالری¬هایی در ترازهای مختلف استفاده می¬شود. عملیات تزریق در 7 گالری، سه گالری در تکیه گاه راست، سه گالری درتکیه گاه چپ و یک گالری در زیر پی سد انجام می¬شود. هدف از این تحقیق ارائه مدلی کاربردی به منظور پیش¬بینی رفتار جذب دوغاب سیمان در گمانه¬های تزریق سد داریان می¬باشد. برای مدل¬سازی رفتار جذب سیمان در توده سنگ ساختگاه، در فاز اولیه (مطالعات صحرایی) داده¬های حاصل از گمانه¬های اکتشافی برداشت و در فاز دوم (ارائه الگو)، اطلاعات تحلیل و با استفاده از شبکه¬ی عصبی مدل¬ شدند. برای ساخت مدل از شبکه عصبی مصنوعی در جعبه ابزار نرم افزار متلب (matlab) نسخه¬ی 7.11.058 استفاده شده است. این شبکه شامل 12 پارامتر ورودی و یک پارامتر خروجی به صورت کمی و کیفی است. برای پیش¬بینی میزان خورند دوغاب سیمان در سد داریان، شبکه در حالت¬های مختلف از این پارامترها، ساخته و امتحان شده است، که عبارتند از استفاده از بکارگیری تمام پارامترها، پارامترهای کمی، پارامترهای کیفی، پارامترهای حاصل از آنالیز حساسیت و پارامترهای حاصل از جدول ضریب همبستگی. در پایان پس از مقایسه شبکه¬های حاصل از حالات مختلف و با تعداد لایه¬ها و نرون¬های مختلف، شبکه¬ی تک لایه با 14 نرون به ترتیب با ضریب همبستگی و میانگین مربعات خطای 0/97 و 0/0006 به عنوان مناسب¬ترین شبکه انتخاب شد.

سد بختیاری بلندترین سد دو قوسی بتنی جهان با ارتفاع 325 متر است که در جنوب غربی ایران و در استان لرستان واقع شده است. سیستم انحراف این سد به صورت دو رشته تونل با مقاطع دایروی و نعل اسبی در کرانه چپ رود خانه جانمایی شده اند. نظر به اینکه در گذشته تحقیقاتی جهت تحلیل پایداری و طراحی سیستم نگهداری این تونل ها صورت گرفته است، در این تحقیق سعی شده است تا با دقت بیشتری در بدست آوردن تنش های بکر و پارامترهای توده سنگ و همچنین با در نظر گرفتن منطقه ی ترک خورده ناشی از آتشباری پایداری این تونل ها مورد بررسی قرار گیرد. در این راستا از ساختارهای زمین شناسی موجود در منطقه به منظور تعیین جهت تنش های اصلی استفاده شده است و متناسب با رژیم تنشی منطقه از روابط ارائه شده توسط محققان گذشته به منظور تخمین مقدار تنش ها استفاده شده است. همچنین با استفاده از روابط ارائه شده توسط محققان مختلف و به کمک روش های آماری پارامترهای توده سنگ های تشکیل دهنده مسیر تونل های انحراف آب با خطای کمتری تخمین زده شده است. طراحی سیستم نگهداری ابتدا با استفاده از روش های تجربی ارائه شده بر اساس سیستم های طبقه بندی rmr و q صورت گرفته است و سپس با استفاده از مدلسازی عددی به بررسی سیستم نگهداری پیشنهاد شده توسط روش های تجربی و رفتار تونل قبل و بعد از نصب سیستم نگهداری پرداخته شده است. با توجه به اینکه جهت حفر تونل ها از روش چالزنی و آتشباری استفاده شده است، با استفاده از مدلسازی عددی به بررسی اهمیت این ناحیه پرداخته شده و در نهایت تحلیل پایداری تونل ها با در نظر گرفتن این ناحیه صورت گرفته است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که ناحیه ترک خورده ناشی از آتشباری در بسیاری از موارد می تواند تاثیر بسزایی بر روی پایداری تونل بگذارد و در نتیجه در نظر گرفتن آن در بررسی های عددی ضروری است. همچنین میزان سیستم نگهداری پیشنهاد شده برای تمامی توده سنگ های تشکیل دهنده مسیر به صورت راک بولت و شاتکریت مسلح و غیر مسلح است که طول راک بولت ها در قسمت های مختلف بین 3 تا 4 متر متغیر است و ضخامت شاتکریت در بیشترین مقدار آن 10 سانتی متر است که مطابقت خوبی با سیستم نگهداری پیشنهاد شده توسط روش های تجربی دارد.

سازه های فروشویی توده ای که از اجزای مهم فرآوری و استخراج فلزات در معادن می باشند، ساختارهایی متشکل از خاک و ژئوسنتتیک (ژئوممبران ها) هستند. زمانیکه یک ژئوسنتتیک در توده خاکی قرار می گیرد، پیوند بین این دو برای جلوگیری از لغزش خاک بر روی ژئوسنتتیک یا بیرون کشیده شدن ژئوسنتتیک از خاک بر اثر نیروهای کششی از اهمیت زیادی برخوردار است. در سازه های فروشویی توده ای، خاک معدنی بصورت پله هایی برروی بستری شیبدار متشکل از چند لایه طبیعی (خاک رس و ومخلوط متراکم) و مصنوعی (ژئوممبران) قرار می گیرد و می تواند ارتفاعی بیش از 100 متر داشته باشد، در نتیجه دارای پتانسیل لغزش خواهد بود. ناپایداری و لغزش در سازه های فروشویی توده ای از نظر زیست محیطی و اقتصادی اهمیت زیادی دارد. این ناپایداری می تواند ناشی از مقاومت برشی پایین ژئوممبران و خاک، وزن توده معدنی و سطح اسید در سازه باشد. برای این تحقیق پایداری سازه فروشویی توده ای شماره 2 معدن مس سرچشمه مورد بررسی قرار گرفت. در ابتدا برای انجام یک تحلیل پایداری مناسب با توجه به اهمیت پارامترهای مقاومتی سطح تماس ژئوممبران و خاک، این پارامترها با استفاده از آزمایشات رفتار برشی مستقیم تعیین گردید و سپس تحلیل پایداری بر اساس روش های عددی و با استفاده از نرم افزار اجزا محدود abaqus انجام شد. نتایج حاصل نشان می دهند که سطوح احتمالی لغزش در توده معدنی و در امتداد سطج تماس ژئوممبران و خاک تشکیل می گردد. با افزایش ارتفاع محلول اسیدی در توده معدنی ضریب اطمینان کاهش می یابد که این موضوع نشان می دهد یک سیستم زهکشی مناسب برای جلوگیری از عدم تشکیل سطح اسید در توده معدنی، اهمیت بسیار زیادی دارد. همچنین نتایج حاصل از توزیع تنش ها در ژئوممبران نشان داد که تنش های کششی نسبتا بالایی در برخی مناطق بخصوص در شیب های تند شکل می گیرد، این تنش ها در طولانی مدت می توانند آثار مخربی بر روی ژئوممبران داشته باشند.