شبیه سازی عددی رفتار خاک تحت تراکم دینامیکی (مطالعه موردی بندر بوشهر) :پایان نامه کارشناسی ارشد عمران گرايش خاک و پی
پایان نامه ای که معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته عمران و با عنوانشبیه سازی عددی رفتار خاک تحت تراکم دینامیکی (مطالعه موردی بندر بوشهر) ، مطالعه موردی پل شهید حقانی تهران در 56 صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب عمران قرار گیرد.
چکیده شبیه سازی عددی رفتار خاک تحت تراکم دینامیکی (مطالعه موردی بندر بوشهر):
تراکم دینامیکی یکی از روشهای به سازی خاکهای سست میباشد. در این روش با اعمال ضربات سنگین به سطح خاک میزان تراکم و در نتیجه ظرفیت باربری آن افزایش مییابد. این امر از طریق انتقال انرژی به وسیله امواج صورت میگیرد. تراکم دینامیکی یک روش تجربی بوده و برای هر محل بر اساس مشخصات زمین آن محل و امکانات در دسترس، مؤثرترین و اقتصادی ترین الگو انتخاب میشود. با وجود کاربرد گسترده این روش اساس طراحی آن هنوز تجربی یا نیمه تجربی است و فرآیندهای درگیر در مسئله به طور کامل مشخص نشده است. بنابراین در این تحقیق جهت بررسی و تعیین الگوی بهینه عملیات تراکم دینامیکی، پروژه انجام گرفته در بندر بوشهر بصورت عددی شبیه سازی شده است.
در تحقیق حاضر، مدلسازی عملیات تراکم دینامیکی در خاکهای دانهای با استفاده از روش تفاضل محدود و نرم افزار FLAC2D انجام شده است. با استفاده از فرض تقارن محوری تنها نیمی از توده خاک و کوبه به صورت دو بعدی مدل شده است. برای مدلسازی اثر ضربه به سطح خاک از تاریخچه زمانی تنش استفاده شده است. برای تحلیل تراکم دینامیکی خاک از مدل رفتاری موهر کولمب استفاده شده است.
نتایج نشست نهایی کوبه با نتایج اندازه گیری شده در پروژه تراکم دینامیکی مجتمع کشتی سازی شهید محلاتی بندر بوشهر مورد مقایسه قرار گرفته است و تطابق خوبی بین مقادیر اندازه گیری شده و به دست آمده در مدل عددی وجود دارد. همچنین با مقایسه مقادیر چگالی نسبی نهایی در لایه روانگرا در منطقه و مدلسازی عددی، تطابق قابل قبولی بین این مقادیر مشاهده شد.
با استفاده از نتایج مدلسازی و پس از تعيين ماکزيمم کرنشهاي ايجاد شده در مدل، مي‌توان ميزان بهسازي در اعماق مختلف را تخمين زد و مقادير بهبود يافته هر يک از پارامترهاي توده خاک را پيش بيني کرد. با انجام اين تحليل براي ضربات متوالي، مي‌توان ميزان تاثير هر يک از ضربات را نيز در رسيدن به حدنهايي بهسازي و افزايش پارامترهاي مهندسي توده خاک تعيين کرد و نیز تعداد ضربات لازم برای رسیدن به حد مطلوب بهسازی را تعیین کرد. همچنین با بررسی افزایش چگالی نسبی در عرض میتوان الگوی مناسب برای شبکه کوبش بدست آورد.
بهسازی خاک
به طور کلی برای استقرار سازه ها در زمینهای ضعیف میتوان از سه روش انتقال بار به لایه های مقاوم در اعماق زمین به وسیله پیهای عمیق، جابجایی و جایگزینی مصالح مرغوب و بهبود مقاومت خاک به وسیله روشهای به سازی استفاده نمود.
با توجه به اینکه ساختگاه بعضی سازه ها زمینهای سست با مقاومت و ظرفیت باربری پایین میباشد لذا بحث مقاوم سازی سازه با شرایط محل، جابجایی مصالح سست و جایگزین کردن مصالح مناسب بجای آن و یا اصلاح خاک در محل مطرح میشود. در سالیان اخیر گسترش چشمگیری در زمینه کاربرد روشهای مختلف به سازی برای حل مشکلات مربوط به پی سازی در زمینهای سست صورت گرفته است، این گسترش به دلیل احتیاج بشر به زمین و روی آوردن به احیاء زمینهای نامناسب از نظر خصوصیات مهندسی خاک و یا موقعیت مناسب زمین جهت احداث سازه مورد نظر بوده است.
اهداف بهسازی زمین توسط هاوسمن به شرح زیر بیان شده است :
- افزایش مقاومت خاک؛
- کاهش شکل پذیری خاک در اثر بارگذاری (افزایش مدول تنش کرنش خاک)؛
- کاهش تراکم پذیری خاک؛
- کنترل تورم و انقباض خاک؛
- کنترل نفوذپذیری خاک؛
- کاهش پتانسیل روانگرایی خاک؛
- کاهش تغییر و تنوع پذیری مصالح خاکریزی شده و یا خاک برجا (همگن کردن مصالح زیر پی)
- پیشگیری از تغییرات شیمیایی یا فیزیکی زیان آور به دلیل شرایط محیطی؛
ون ایمپ[2] و همکاران (1993) روشهای مختلف بهسازی زمین را مطابق جدول (2-1) ارائه نمودند [7].
اهداف و روش تحقیق
تراکم دینامیکی یک روش تجربی بوده و برای هر محل بر اساس مشخصات زمین آن محل و امکانات در دسترس، مؤثرترین و اقتصادی ترین الگو انتخاب میشود. در این تحقیق جهت بررسی و تعیین الگوی بهینه عملیات تراکم دینامیکی، پروژه انجام گرفته در بندر بوشهر بصورت عددی شبیه سازی شده است.
بدین منظور برای آَشنایی بیشتر با روش تراکم دینامیکی این تحقیق در پنج فصل انجام شده است. در فصل اول مقدمهای درباره ضرورت بهسازی خاک و روشهای مختلف آن بیان شده است. در فصل دوم در مورد روش تراکم دینامیکی، مبانی تئوری آن و مسائل مختلف اجرایی مرتبط با آن به اجمال سخن گفته شده است. فصل سوم به چگونگی مدلسازی با روش تفاضل محدود اختصاص یافته است. در فصل چهارم نتایج محاسبه شده در مدلسازی عددی با نتایج اندازه گیری شده در پروژه مجتمع کشتی سازی شهید محلاتی بندر بوشهر مقایسه شده است و تطابق خوبی بین این دو نتایج مشاهده شد. همچنین پارامترهای مختلف ژئومکانیکی مؤثر بر تراکم دینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل پنجم خلاصه نتایج حاصل از مدلسازی عددی و همچنین پیشنهاداتی جهت مطالعات بعدی ذکر شده است.
نتیجه گیری
نتایجی را که از مدلسازی عددی در این تحقیق به دست آمده را میتوان در موارد زیر خلاصه کرد:
- بررسی نمودار عمق چاله در برابر زمان در ضربات متوالی نشان میدهد که در ضربات بالاتر، اضافه عمق چاله ایجاد شده در اثر ضربه و زمان برخورد کوبه به سطح خاک کمتر میشود. این موضوع به سبب سخت شدگی خاک در ضربات متوالی است.
- در انرژی ثابت، استفاده از وزنه سنگینتر و ارتفاع سقوط کمتر باعث افزایش عمق چاله ایجاد شده و در نتیجه باعث کارایی بهتر عملیات تراکم خواهد شد.
- با افزایش وزن کوبه در ارتفاع سقوط ثابت، عمق چاله ایجاد شده در اثر ضربه بیشتر خواهد بود که میتوان علت آن را افزایش ممنتوم دانست. همچنین با افزایش ارتفاع سقوط با وزن کوبه ثابت، عمق چاله ایجاد شده در اثر عملیات افزایش مییابد که این افزایش به دلیل افزایش انرژی جنبشی میباشد.
- با افزایش تعداد ضربات، تغییرات تغییر شکل قائم زیر کوبه (عمق چاله) سیر نزولی دارد که نشاندهنده افزایش تراکم نسبی و کارایی عملیات تراکم دینامیکی میباشد.
- با بررسی نمودار تغییر شکل افقی در عمق پس از هر ضربه تعداد ضربهای که منجر به ایجاد حداکثر تغییر شکل افقی در عمق مورد نظر میشود به عنوان تعداد ضربه بهینه انتخاب میشود.
- با در نظر گرفتن افزایش چگالی 5% برای طراحی شبکه کوبش، عرض این شبکه در مدلسازی برابر 14 متر در نظر گرفته شده، که با عرض 13 متری شبکه کوبش در پروژه تراکم دینامیکی مجتمع کشتیسازی محلاتی بوشهر، تطابق قابل قبولی دارد.
فهرست مطالب
فصل 1 مقدمه 1
1-1 مقدمه. 2
فصل 2: مروري بر منابع 4
2-1 مقدمه. 5
2-2 تاریخچه. 5
2-3 مبانی تئوری تراکم دینامیکی… 5
2-3-1 تئوری تراکم دینامیکی در خاکهای دانهای… 8
2-3-2 تئوری تراکم دینامیکی در خاکهای ریز دانه. 8
2-3-2-1 قابلیت تراکم.. 8
2-3-2-2 روانگرایی… 8
2-3-2-3 نفوذ پذیری… 9
2-3-2-4 بندش بازیافتی خاک…. 9
2-3-2-5 نمایش ترسیمی… 10
2-4 کاربرد تراکم دینامیکی در خاکهای مختلف…. 10
2-5 واژگان.. 14
2-6 روش شناسی… 15
2-7 نشست به وجود آمده در اثر کوبش….. 18
2-8 لرزشهای زمین… 21
2-9 عمق مؤثر بهسازی… 24
2-10 توزیع تنش در اثر ضربه. 26
2-11 تراکم دینامیکی در نوشیرو ژاپن… 32
فصل 3: روش تحقيق 34
3-1 مقدمه. 35
3-2 روش تفاضل محدود. 35
3-3 معرفی نرم افزار FLAC.. 36
3-4 مراحل محاسباتی برنامه FLAC.. 36
3-5 مراحل کلی مدلسازی در FLAC.. 37
3-5-1 انتخاب محدوده مناسبی از توده سنگ و خاک…. 37
3-5-2 انتخاب مدل رفتاری مناسب و تعیین پارامترهای آن.. 37
3-5-3 اعمال شرایط مرزی و تنشهای اولیه. 38
3-5-4 حل مدل تا رسیدن به تعادل.. 38
3-5-5 ایجاد تغییرات در مدل.. 38
3-5-6 حل مجدد مدل.. 38
3-6 الگوریتم حل مدل در FLAC.. 40
3-7 مروری بر مطالعات عددی… 41
3-7-1 پارن و رودریگز. 41
3-7-2 پن و سلبی… 41
3-7-3 گو و لی… 42
3-8 شبیه سازی اثر برخورد کوبه با سطح زمین… 42
3-8-1 مدلسازی برخورد با استفاده از تنش….. 42
3-8-2 مدلسازی برخورد با استفاده از فرمولاسیون تماس بین دو یا چند جسم.. 43
3-5-6 مدلسازی برخورد با در نظر گرفتن شرایط سرعت اولیه. 43
3-9 ایجاد تغییرات در مدل.. 44
فصل 4: نتايج و تفسير آنها 45
4-1 مقدمه. 46
4-2 معرفی منطقه مورد مطالعه. 46
4-2-1 موقعیت جغرافیایی… 46
4-2-2 وضعیت ژئوتکنیکی… 46
4-3 پروژه انجام شده در مجتمع شهید محلاتی بندر بوشهر.. 47
4-4 شبیه سازی عددی عملیات تراکم دینامیکی در مجتمع شهید محلاتی بندر بوشهر 49
4-4-1 شبکه مش بندی در روش تفاضل محدود. 49
4-4-2 پارامترهای استفاده شده برای مدلسازی… 49
4-5 بررسی تطبیقی نتایج شبیه سازی و پروژه انجام شده. 50
4-5-1 عمق چاله ایجاد شده. 52
4-2-1 چگالی نسبی… 54
4-6 تعداد ضربه بهینه جهت فرآیند تراکم.. 55
4-7 گسترش افقی ناحیه متراکم شده. 56
4-8 عوامل ژئومکانیکی مؤثر بر تراکم دینامیکی… 57
4-8-1 جرم و ارتفاع سقوط کوبه. 57
4-8-2 سطح مقطع کوبه. 59
4-8 بررسی تنش قائم.. 61
فصل 5: جمع‌بندي و پيشنهادها 63
5-1 مقدمه. 64
5-2 جمع بندی… 64
5-3 نتیجه گیری… 65
5-4 پیشنهادات… 65
مراجع 66
پيوست‌ها 70
فهرست شکل ها
شکل (2-1) تنش برشی عامل تراکم در خاکهای دانهای… 6
شکل (2-2) نحوه انتشار امواج در محیط در اثر بارگذاری دینامیکی ناشی از ضربه. 7
شکل (2-3) امواج برشی، تراکمی و سطحی ایجاد شده در اثر تراکم دینامیکی… 7
شکل (2-4) مقایسه تئوری تراکم تحکیم دینامیکی و کلاسیک….. 11
شکل (2-5) روشهای مختلف بهسازی در ارتباط با اندازه ذرات… 11
شکل (2-6) روشهای مختلف بهسازی مکانیکی در ارتباط با اندازه ذرات… 12
شکل (2-7) کاربرد تراکم دینامیکی برای بهسازی گروههای مختلف خاک…. 13
شکل (2-8) محدوده مناسب تراکم دینامیکی در ارتباط با حد روانی و شاخص خمیری… 14
شکل (2-9) هیستوگرام تراز انرژی در واحد سطح برای پرژههای تراکم دینامیکی… 16
شکل (2-10) ارتباط بین وزنه و ارتفاع سقوط وزنه. 17
شکل (2-11) جرثقیل سه پایه طراحی شده توسط منارد. 17
شکل (2-12) عمق حفرات ایجاد شده در برابر سقوط وزنه. 18
شکل (2-13) نسبت عمق حفرات به ریشه دوم انرژی سقوط در برابر تعداد سقوط وزنه. 18
شکل (2-14) نشست ایجاد شده در برابر شدت انرژی اعمال شده. 19
شکل (2-15) نشست ایجاد شده به وسیله تراکم دینامیکی… 21
شکل (2-16) حداکثر سرعت ذرهای خاک در اثر تراکم دینامیکی… 22
شکل (2-17) رابطه بین حداکثر سرعت ذرهای و فاکتور بدون بعد انرژی… 23
شکل (2-18) ارتباط بین عمق مؤثر بهسازی و ریشه دوم انرژی سقوط.. 25
شکل (2-19) رابطه بین عمق مؤثر بهسازی و ریشه دوم انرژی سقوط.. 26
شکل (2-20) نفوذ وزنه در اثر ضربه. 27
شکل (2-21) تغییرات نیرو، شتاب و سرعت با زمان.. 28
شکل (2-22) تغییرات شتاب کند شونده وزنه در اثر برخورد به زمین با گذشت زمان… 28
شکل (2-23) رابطه بین ماکزیمم شتاب و ارتفاع سقوط کوبه. 30
شکل (2-24) ارتباط بین ارتفاع سقوط و پارامتر m/A در شتابهای کندشونده مختلف…. 30
شکل (2-25) ارتباط بین تداوم ضربه و جرم واحد سطح وزنه. 31
شکل (2-26) پروفیل آزمایش ضربه و نفوذ استاندارد قبل و بعد از کوبش در پروژه نوشیرو 33
شکل (2-27) عمق حفره ایجاد شده در برابر تعداد دفعات سقوط در پروژه نوشیرو. 33
شکل (3-1) روند عمومی مراحل محاسباتی در برنامه FLAC.. 37
شکل (3-2) الگوریتم حل مدل.. 40
شکل (4-1) پروفیل زیر سطحی همراه با نتایج نفوذ مخروط در منطقه آزمایشی دوم. 47
شکل (4-2) شبکه کوبش و محل آزمایشهای نفوذ مخروط.. 48
شکل (4-3) هندسه و نحوه المان بندی مدل ساخته شده. 49
شکل (4-4) تاریخچه زمانی تنش استفاده شده برای معرفی وزنه. 50
شکل (4-5) جابجایی قائم ایجاد شده در اثر ضربه اول.. 51
شکل (4-6) جابجایی ایجاد شده در اثر ضربه دوم. 51
شکل (4-7) تغییر مکان در برابر زمان.. 52
شکل (4-8) مقایسه نتایج محاسبه شده برای عمق چاله و نتایج اندازه گیری شده. 53
شکل (4-9) نمودار جابجایی در برابر زمان تا عمق 10 متری… 53
شکل (4-10) تغییرات چگالی در برابر تعداد ضربات در عمق 8/7 متری… 54
شکل (4-11) توزیع تغییر مکان افقی در برابر عمق… 55
شکل (4-12) جابجایی افقی در برابر تعداد ضربات در عمق 8/7 متری 56
شکل (4-13) تغییر شکل افقی در عمق بعد از ضربه 47 ام. 56
شکل (4-14) تغییرات چگالی در فواصل افقی از محور تقارن.. 57
شکل (4-15) تغییرات عمق چاله ایجاد شده برای جرمهای مختلف کوبه. 58
شکل (4-16) تغییرات عمق چاله ایجاد شده برای ارتفاعهای سقوط مختلف…. 59
شکل (4-17) عمق چاله ایجاد شده برای سطح مقطعهای مختلف…. 59
شکل (4-18) تغییرات در شبکه تفاضل محدود پس از ضربه با سطوح تماس مختلف…. 60
شکل (4-19) تغییرات تنش قائم در محل ضربه در برابر زمان.. 61
شکل (4-20) تغییرات تنش قائم در فواصل افقی از محور تقارن.. 61
شکل (4-21) تغییرات تنش قائم در عمق پس از ضربات اول و دوم. 62
فهرست جدول ها
جدول (2-1) مناسب بودن مصالح برای کاربرد تراکم دینامیکی با توجه اندازه ذرات… 13
جدول (2-2) انرژی سقوط و فشار حدی قبل و بعد از بهسازی… 20
جدول (2-3) حداکثر سرعت ذرهای خاک با توجه به نوع آسیب رسانی… 23
جدول (2-4) مقدار n با توجه به درجه اشباع و نوع خاک…. 24
جدول (2-5) مقادیر n که توسط محققین مختلف ارائه شده. 24
جدول (3-1) مدلهای رفتاری مختلف به کار رفته در نرم افزار FLAC.. 39
جدول (4-1) شرایط ژئوتکنیکی منطقه آزمایشی دوم. 48
جدول (4-2) پارامترهای فیزیکی مصالح زیرسطحی منطقه آزمایشی دوم. 50
جدول (4-3) عمق چاله ایجاد شده برای ارتفاع سقوط و جرم کوبه متفاوت در یک انرژی ثابت… 59
راهنمای خرید و دانلود فایل
برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.
بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.
در صورت بروز هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا مشکل مورد بررسی قرار گیرد. دیجی لود متعهد میشود که هر طور شده فایل خریداری شده ، به دست شما خواهد رسید.
برای دانلود فابل روی دکمه خرید و دانلود کلیک نمایید.
ديدگاه ها