نشریه زمین شناسی مهندسی

طیف پاسخ زلزله‌های میدان نزدیک با احتساب اثر محتوای فرکانسی بر رفتار خاکCH/SC با ملاحظه سرعت موج برشی صحرایی و آزمایشگاهی

ناهید عطارچیان

در تحلیل خطی معادل یک بعدی که به طور وسیع در برآورد اثر شرایط محلی ساختگاه به کار می رود، عموماً رفتار خاک مستقل از فرکانس بارگذاری زلزله فرض می شود. این در حالی است که مدول برشی (G) و نسبت میرایی (D)، متأثر از فرکانس بارگذاریند. در این پژوهش با استفاده از روش تحلیل خطی معادل، طیف پاسخ شتاب در سه سطح خطر (PGA=0.1g, 0.35g, 1g) برای دو ستون خاک CH/SC به ارتفاع 30 و 60 متری تحت اثر مؤلفه های هشت رکورد زلزله میدان نزدیک استخراج شده است. علاوه بر منحنی های رفتاری متداول، در مدل سازی رفتار خاک از منحنی های رفتاری مستخرج از روش آزمون مشخصات دینامیکی تحت اثر فرکانس های بارگذاری 5/0، 1، 2، 5 و Hz 10 و در سطوح تنش محدودکننده 1، 2 و 5 نیز استفاده شده است. طی انجام 1728 تحلیل خطی معادل، مقادیر طیف پاسخ شتاب، ضریب بزرگ نمایی طیف و نسبت شتاب طیفی استخراج شده است. براساس نتایج حاصل، ملحوظ کردن اثر فرکانس بارگذاری در منحنی رفتاری مصالح بر مقدار پاسخ شتاب طیفی، نسبت شتاب طیفی و ضریب شکل طیف مؤثر است. در هر دو حالت ستون خاک 30 و 60 متری، افزایش فرکانس بارگذاری منجر به کاهش نسبت شتاب طیفی و متوسط ضریب بزرگ نمایی طیف، خصوصاً در دوره های کوتاه می شود. مقایسۀ متوسط ضریب شکل حاصل از تحلیل ها با، ضریب شکل (B) طیف طرح استاندارد 2800 نشان می دهد که به منظور احتساب اثر فرکانس غالب زلزله های میدان نزدیک لازم است در خاک نوع و مقدار طیف طرح استاندارد 2800 ایران به ترتیب به مقدار 5/0 و 1 ثانیه افزایش یابد.

پیش‌بینی منحنی مشخصه آب- خاک ماسه بادی تثبیت‌شده با پلیمر SBR و باکتری باسیلوس پاسته اوری در منطقه جبل‌کندی

کاظم بدو

یکی از مهم‏ترین داده های کاربردی در مکانیک خاک غیراشباع، منحنی مشخصه آب- خاک (SWCC) است. این منحنی به شکل تابع سیگموید است و رابطۀ بین درصد رطوبت حجمی (Ө) و یا درصد رطوبت وزنی (w) را با مکش کالبدی خاک مشخص می‏کند و در حالت کاهش درصد رطوبت با افزایش مکش، شاخه خشک شدگی و در حالت افزایش درصد رطوبت با کاهش مکش، شاخه ترشدگی خاک را نشان می‏دهد. در این پژوهشتأثیر دو نوع تثبیت کنندۀ پلیمر SBR و میکروارگانیسم باسیلوس پاسته اوری روی منحنی مشخصه آب- خاک ماسۀ بادی منطقه جبل کندی، کانون ریزگرد غرب دریاچۀ ارومیه ارزیابی شده است. درصدهای مواد تثبیت کننده 5-10 و 15 بودند. نتایج این پژوهش بیان می‏کند که با افزایش درصد مواد تثبیت کننده، شیب منحنی مشخصه از شکل تک مدل به صورت دو مدل تبدیل می‏شود. به علاوه مقدار ورود هوا و مقدار آب باقی مانده با افزایش درصد مواد تثبیت کننده افزایش می‏یابد و در نتیجه منجر به افزایش ظرفیت نگه داشت آب می‏شود. شکل دو مدل منحنی مشخصه آب- خاک، حضور دو سطح اندازۀ حفره ها، به نام ماکرو و میکرو حفره های را بیان می‏کند. برای 10 و 15 درصد از مواد تثبیت‏کننده، ماکرو حفره های گستره وسیعی از منحنی مشخصه از 5/0 تا 100 کیلوپاسکال را نشان می دهد. نتایج به دست آمده نشان داد که منحنی مشخصه ماسه تثبیت شده با پلیمر و میکروارگانیسم به شدت به بافت و توزیع اندازه حفره های ماسه تثبیت شده وابسته است و در نتیجهتأثیر مهمی روی ویژگی‏های هیدرولیکی آن دارد. هم چنین میزان نگه داشت آب در خاک و افزایش مکش در تثبیت نمونه با پلیمر چشم گیرتر از تثبیت با میکروارگانیسم است.

تحلیل دینامیکی اندرکنش روکش بتنی و بخش سنگ‌ریز سدهای سنگ‌ریز با روکش بتنی

علی محمد رجبی

سدهای سنگ ریز با روکش بتنی به دلیل نداشتن وابستگی زیاد به بستر و شکل دره و نیز تکنولوژی ساده ترساخت، در سال های اخیر بیش از انواع دیگر سدها مورد توجه قرارگرفته است. رفتار این نوع سازه ها تحت بارگذاری زلزله به عوامل زیادی مانند روکش بتنی و اصطکاک آن با سنگ دانه ها و شرایط تکیه گاهی آن بستگی دارد و برای تعیین دقیق این رفتار نیاز به تحقیقات عددی با انجام تحلیل های دینامیکی تاریخچۀ زمانی است. در این پژوهش با مدل سازی در محیط نرم افزار آباکوس، رفتار لرزه ای سدهای سنگ ریز با روکش بتنی با در نظر گرفتن پارامترهای ذکر شده بررسی شده است. به این منظور دو رکورد از زلزله های نزدیک گسل انتخاب شده و تحلیل دینامیکی غیرخطی انجام شده است. نتایج نشان می دهد با افزایش ضریب اصطکاک روکش بتنی، جذب انرژی به میزان اندکی افزایش می یابد. هم چنین با مقیدکردن روکش بتنی به بخش سنگ ریز تفاوت چشم گیری در تاریخچۀ تغییرمکان نسبی تاج سد مشاهده می شود و در این شرایط تغییرمکان تاج سد در هر دو رکورد کاهش می یابد. در شرایط مقیدکردن روکش بتنی به بخش سنگ ریز، جذب انرژی به طور چشم گیری افزایش یافته و روکش بتنی در انتهای رکورد دچار خرابی کامل شده است. به علاوه با افزایش تراز آب، تغییرشکل تاج سد در جهت اعمال رکورد زلزله افزایش چشم گیری نشان می دهد، به گونه ای که در حالت پر، بیشینه تغییرمکان نسبت به حالت خالی به طور میانگین30% افزایش یافته است.

بررسی ضرایب سایندگی و شکنندگی سنگدانه‌های مسیر مترو تبریز

امیر حسن رضایی فرعی

حفر تونل های طویل غالباً به صورت مکانیزه و با ماشین حفاری تونل TBM انجام می شود. یکی از عوامل مهم در حفاری این تونل ها اثر سایندگی خاک و سنگدانه ها بر ابزارهای برشی و سایر بخش های دستگاه حفار تونل است که باعث کاهش چشم گیری در راندمان حفاری پروژه می شود. محققان عوامل مختلفی که باعث ایجاد سایش در ابزار حفاری می شوند را بررسی کرده اند. در تحقیق حاضر 32 نمونه از سنگ دانه های مسیر تونل خط دو مترو تبریز انتخاب شده و میزان سایندگی و شکنندگی این سنگ دانه ها برای بخش های مختلف مسیر تعیین شده است. هم چنین از بین مهم ترین عوامل مؤثر، تأثیر پارامترهای وجود و میزان آب، جنس، اندازه و شکل سنگ دانه ها، نوع و میزان فوم حفاری بر میزان ضریب سایندگی و شکنندگی سنگ دانه های مسیر بررسی شده، قرار گرفته است. بدین منظور نیز حدود 130 نمونه از سنگ دانه ها شامل 20 نمونه برای بررسی تأثیر وجود و میزان آب، 15 نمونه برای جنس، 20 نمونه برای اندازۀ دانه ها، 30 نمونه برای شکل و 42 نمونه برای تأثیر نوع و میزان فوم مصرفی تهیه شده است. روش های زیادی برای آزمایش سایندگی خاک و خرده سنگ ها در بخش های حفاری به وسیلۀ محققان ارایه شده است که یکی از معتبرترین و متداول ترین این آزمایش ها آزمون LCPC است. بر اساس نتایج حاصل برای بررسی تأثیر میزان آب بر سایندگی، روی سه جنس آندزیت، ماسه سنگ و کنگلومرای مسیر از حالت خشک تا وجود آب به میزان 30% وزنی نمونه آزمایش انجام شده است که در دو جنس ماسه سنگ و کنگلومرا با افزایش میزان آب سایندگی بیش تر شده ولی در آندزیت از 20% به بعد کاهش سایندگی مشاهده می شود، میزان ضریب شکنندگی نیز در کل با افزایش میزان آب کاهش می یابد. از لحاظ سنگ شناسی بیش ترین تأثیر بر سایندگی را کنگلومرا داشته و از نظر شکنندگی هم آندزیت شکننده ترین است. در تأثیر اندازۀ دانه ها، با افزایش اندازۀ دانه ها سایش زیادتر و شکنندگی کم تر می شود. تأثیر فوم بر سایندگی به این صورت است که تا حد خیس شدگی سایندگی کاهش یافته و بیش تر از آن باعث افزایش سایندگی می شود. از بین فوم های مختلف آزمایش شده نیز فوم شیمی بتن دارای حداقل سایندگی است.

ارزیابی عددی تفاضل محدود پدیدۀ روان‌گرایی به روش تنش مؤثر و تخمین عددی روانگرایی پروژه مسجد جامع بندرعباس (مطالعۀ موردی)

عادل عساکره

تخمین روان گرایی یکی از اهداف مهم در مهندسی ژئوتکنیک است. بدین منظور روش های آزمایشگاهی و عددی مختلفی ارائه شده اند. یکی از گام های مهم در پیش بینی روان گرایی، پیش بینی اضافه فشار آب حفره ای ایجاد شده است. وقتی که بارگذاری لرزه ای به خاک ماسه ای اشباع اعمال می شود، فشار آب حفره ای تا زمانی که به فشار محصورکنندۀ اولیه برسد، افزایش می یابد و موجب وقوع روان گرایی می شود. به طورکلی دو روش مهم برای تحلیل های دینامیک خاک وجود دارد: روش های غیروابستۀ تنش کل و روش وابسته تنش مؤثر. هدف مهم این پژوهش ارزیابی ظرفیت مدل موجود در نرم افزار تفاضل محدود فلک بر پایۀ روش های تجزیه و تحلیل تنش مؤثر برای پیش بینی اضافه فشار آب حفره ای در طول بارگذاری لرزه ای است. برای کالیبره کردن مدل عددی، آزمایش سانتریفوژ شمارۀ یک پروژه ولاکس که روی ماسۀ نوادا با تراکم 40% انجام شده، مدل سازی شده است. پس از صحت سنجی مدل عددی، خاک محل احداث پروژه مسجد جامع شهر بندرعباس، برای بررسی روان گرایی با استفاده از روش عددی مدل سازی شده است. برای مدل سازی، از نتایج آزمایش های عمومی مکانیک خاک انجام شده روی نمونه های خاک محل و آزمایش نفوذ استاندارد انجام شده در سایت، برای کالیبره کردن پارامترها و انتخاب ثابت های مدل بهره گرفته شده است. نتایج حاصل از مدل عددی با نتایج حاصل از آزمایشگاه تقریباً مطابقت دارد. بنابراین با انتخاب دقیق پارامترهای مدل عددی می توان به طورکلی با استفاده از نتایج مدل سازی دید کلی از تشکیل فشار آب حفره ای و تخمین عمق روان گرایی داشت.

تعیین اندیس کار باند با استفاده از پارامترهای فیزیکی-مکانیکی سنگ به‌روش سطح پاسخ

عارف علی پور

بخش اعظم انرژی مصرفی در کارخانه های فرآوری مواد معدنی و تولید سیمان، اختصاص به انرژی مصرفی آسیای مواد معدنی خام و کلینیکر دارد. به طور عمده کاهش انرژی مصرفی خردایش و آسیا در بهینه سازی آسیا مدنظر قرار می گیرد. به دلیل وجود بانک داده های متعدد در یک قرن گذشته، آسیای آزمایشگاهی باند به عنوان مبنای بزرگ مقیاس سازی و بهینه سازی آسیاهای صنعتی به کار گرفته شده است. با توجه به پیچیده و وقت گیر بودن آزمون باند، اندیس کار مربوط به آن و اهمیت موضوع، در این مقالۀ به توسعۀ مدلی کارا به منظور ارائۀ تخمینی از انرژی مصرفی آسیای باند در هفت نمونه سنگ مختلف و بر مبنای پارامترهای فیزیکی-مکانیکی سنگ توجه شده است. از آن جاکه اندازه گیری پارامترهای فیزیکی-مکانیکی در فازهای ابتدایی پروژه های معدنی مرسوم و از سادگی لازم برخوردار است، ارائۀ مدل مناسب تخمین انرژی خردایش مبتنی بر این پارامترها حائز اهمیت است؛ از این رو با استناد به داده های اندازه گیری شده مربوط به آزمایش های مقاومت فشاری تک محوره سنگ، مدول الاستیسیته، شاخص سختی و سایش سنگ و با استفاده از روش سطح پاسخ ارتباط بین این پارامترها در قالب متغیر مستقل و اندیس کار باند در قالب متغیر وابسته بررسی شده و در نهایت مدل مناسب با حداکثر دقت (ضریب همبستگی برابر با یک) بدست آمده است.

مدل‌سازی ریاضی پالس‌های نیرومند سرعت زمین با رویکرد تجزیه طیفی و اثرات جهت‌داری

افشین مشکوه الدینی

در این پژوهش، شناخت پارامترهای اساسی لرزه شناسی مربوط به ساختارهای پالس گونه موجود در تاریخچۀ زمانی رکوردهای نیرومند حوزۀ نزدیک، با هدف مدل سازی ریاضی بررسی شده است. پارامترهای مشخصه این ساختارهای پالس شکل، عبارت از دامنه، دوره و بازۀ زمانی متناظر آن هستند. با استفاده از این عوامل و جای گذاری آن ها در روند برازش تحلیلی مربوط به یک فرمولاسیون فرم بسته، مدل های ریاضی توصیف کننده پالس های مشخص سرعت حاصل شده که می توانند ویژگی های اصلی لرزه شناسی مربوط به رکوردهای حوزۀ نزدیک را به خوبی نمایش دهند. هدف از این مدل سازی، ایجاد گسترۀ وسیعی از نگاشت های مصنوعی نیرومند و پرانرژی است که با توجه به معدود بودن رکوردهای حوزۀ نزدیک در بررسی عملکرد انواع سازه ها کاربرد دارد. محتوای فرکانسی (تواتر) رکوردهای ثبت شده در زلزله ها را می توان به دو بخش باند فرکانس های بالا و باند فرکانس های پایین تفکیک کرد. نتایج پژوهش های لرزه شناسی بیان گر آن است که نمود مشخص ترین ویژگی های رکوردهای نیرومند حوزۀ نزدیک را باند فرکانسی پایین ایجاد می کند. همین موضوع باعث شده است که در روند مدل سازی فرم بسته نیز توجهات تحلیلی بیش تر به باند فرکانسی پایین صورت گیرد. بر این اساس، مدل های فرم بسته ریاضی حاصل از این روند نیز تطابق قابل قبولی با رکورد های نیرومند حوزۀ نزدیک داشته و ویژگی های طیفی اصلی را به خوبی نمایش می دهد.