نشریه زمین شناسی مهندسی

بررسی تأثیر زبری سطح تماس خاک-ژئوتکستایل در آزمایش برش مستقیم

محمودرضا عبدی

یکی از روش های افزایش مقاومت خاک ها در برابر گسیختگی، تسلیح خاک است. اندرکنش خاک و ژئوسنتتیک ها اهمیت به سزایی داشته و تحت تأثیر اصطکاک و چسبندگی سطح تماس آن ها قرار می گیرد. دانه بندی خاک، زبری سطح تماس و دانسیتۀ ژئوتکستایل از جمله عوامل مؤثر بر اندرکنش خاک-ژئوتکستایل ها هستند. در این تحقیق برای بررسی موارد مذکور از آزمایش برش مستقیم بزرگ مقیاس استفاده شده است که دو نمونه ماسۀ خوب و بد دانه بندی شده با دانسیتۀ نسبی %80، دو نوع ماسۀ بددانه بندی شدۀ تک سایز برای افزایش زبری سطح تماس از طریق چسبانیدن به سطح ژئوتکستایل، دو نوع ژئوتکستایل با مقاومت های کششی و وزن واحد سطح متفاوت، تنش های قائم 5/12، 25 و 50 کیلوپاسکال و نرخ برش min/mm 1 استفاده شده است. نتایج نشان داده که با افزایش زبری مقاومت برشی سطح تماس خاک-ژئوتکستایل افزایش می یابد و بسیج شدن مقاومت کششی ژئوتکستایل به دانه بندی خاک در سطح تماس بستگی دارد، به طوری که هر چه ذرات چسبانیده شده به ژئوتکستایل ها درشت تر از ذرات خاک نمونه باشد، اندرکنش بهتری به دست می آید.

بررسی عددی اثر وجود لایۀ سست خاک بر گودهای مهار شده با دیوارۀ سپرکوبی‌

مسعود عامل سخی

سپری های فولادی در پروژه های مهندسی عمران به طور گسترده به عنوان سازه نگهبان استفاده می شوند. گاهی ممکن است لایۀ خاک سست یا نرم در عمق های مختلف گود وجود داشته باشد. این مسئله موجب اثرات مختلف بر تغییر مکان سطح زمین، نیروها و لنگرهای وارد بر سپری ها و مهارها در طی فرآیند گودبرداری نسبت به حالتی که خاک به طورکلی یک نواخت است، می شود. این تفاوت ها در روش های معمول طراحی دیواره های سپرکوبی شده به طور دقیق در نظر گرفته نمی شود. در این مقاله یک گود عمیق با استفاده از روش اجزای محدود تحلیل می شود. عمق گود به سه لایۀ مختلف تقسیم شده است. یکی از لایه ها، خاک سست است که موقعیت آن در سه حالت لایۀ بالایی، میانی و پایین مدل می شود. نتایج به دست آمده از این مدل ها با مدلی که فاقد لایۀ سست است مقایسه می شود. تحلیل شبه استاتیکی با اعمال شتاب افقی 3/0 g انجام شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که وقتی لایۀ سست زیر لایه های سخت قرار می گیرد، لنگر خمشی وارد بر سپرها و نیروهای برشی به ترتیب در حدود 50 تا 100 و 15 تا 50 درصد نسبت به حالتی که لایۀ سست وجود ندارد افزایش می یابند. هم چنین در حالت وجود لایۀ میانی سست موقعیت حداکثر تغییر شکل جانبی دیوارۀ سپرکوبی شده نسبت به سایر مدل ها متفاوت است.

پیش‌بینی نشست زمین در تونل‌سازی مکانیزه با استفاده از مدل شبکه عصبی مصنوعی-الگوریتم بهینه‌سازی مبتنی بر جغرافیای زیستی و انفیس مبتنی بر روش‌های خوشه‌بندی

هادی فتاحی

بیشینۀ نشست سطح زمین یکی از پارامترهای مهم در عملیات حفاری مکانیزه از نوع متعادل کنندۀ فشار زمین (EPB) است که قبل از حفاری باید تعیین شود. زمانی که مدل سازی بسیار پیچیده می شود، روش های هوش مصنوعی به عنوان یک راه حل استفاده می شوند. این روش ها در ابتدا با استفاده از داده های واقعی آموزش می بینند و سپس به پردازش اطلاعات ناشناخته می پردازند. در این پژوهش برای پیش بینی نشست زمین در تونل سازی مکانیزه از نوع EPB از روش های هوش مصنوعی سیستم استنتاج تطبیقی عصبی- فازی (انفیس) و ترکیب شبکۀ عصبی مصنوعی با الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر جغرافیای زیستی استفاده شده است. در این پژوهش دو مدل انفیس شامل انفیس- خوشه بندی کاهشی و انفیس- خوشه بندی C-means فازی استفاده شده است. برای اثبات توانایی روش های مذکور از داده های پروژه مترو بانکوک، تایلند استفاده شده است. در این مدل ها پارامترهای عمق، فاصله تا سینه کار، سطح آب زیرزمینی، متوسط فشار پشت کاتر، متوسط نرخ نفوذ، زاویه ای که درزه ها با سینه کار می سازند، فشار تزریق و درصد پرشدگی تزریق به عنوان ورودی و بیشینۀ نشست سطح زمین به عنوان خروجی درنظر گرفته شده است. برای بررسی عملکرد مدل ها از دو شاخص آماری ضریب تعیین (R²) و میانگین مربعات خطا استفاده شده است که نهایتاً انفیس- خوشه بندی کاهشی بهترین عملکرد را در بین سایر مدل ها داشته است.

بررسی عددی ظرفیت باربری شمع‌های در جاریز در خاک های رسی

محمد مهدی احمدی

در این پژوهش ظرفیت باربری شمع های درجاریز (شمع های ریختنی) در خاک های رسی با نرم افزارFLAC^2D به صورت عددی بررسی و نتایج حاصل از این پژوهش با نتایج آزمایش سانتریفیوژ صحت سنجی شده است. هم چنین، نتایج حاصل از روابط موجود در ادبیات فنی با نتایج به دست آمده از پژوهش حاضر مقایسه شده است. مجموعه ای از آنالیز ها به منظور بررسی تأثیرات ناشی از پارامتر های مختلف خاک و شمع روی مقدار ظرفیت باربری نوک و جدار شمع های درجاریز در خاک های رسی انجام گرفته است. این پارامترها شامل مدول الاستیسیته خاک، طول و قطر شمع، مقاومت زهکشی نشده رس، وزن مخصوص و ضریب پواسون خاک است. هم چنین، تأثیر متقابل مقاومت برشی زهکشی نشده و مدول الاستیسیته رس ها روی مقاومت نوک بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که کاهش مدول الاستیک خاک موجب کاهش تأثیر مقاومت زهکشی نشده رس روی مقاومت نوک می شود. آنالیزهای عددی نشان داده اند که اگر مقاومت برشی زهکشی نشده از 25 تا 200 کیلو پاسکال افزایش یابد، مقادیر مقاومت نوک در محدودۀ 60 تا 85% افزایش می یابد. این آنالیز ها برای مقادیر مدول الاستیک ثابت در محدوده 5 تا 180 مگا پاسکال انجام شده است. هم چنین، رابطۀ جدیدی برای تخمین ضریب ظرفیت باربری N^*_c ارائه شده است.

بررسی تأثیر فشار سینۀ کار بر نشست سطح زمین در تونل‌سازی با سپر متعادل کنندۀ فشار زمین (EPB)(مطالعۀ موردی: خط A متروی قم)

مهدی حسینی

عوامل مؤثر در نشست سطح زمین در روش حفاری مکانیزه را می توان عمدتاً به چهار دسته عوامل هندسی، عوامل ژئومکانیکی، پارامترهای کاری ماشین حفاری و پارامترهای مدیریتی و اجرایی تقسیم بندی کرد. عوامل هندسی شامل عمق و قطر تونل هستند پارامترهای کاری ماشین شامل فشار وارد بر جبهه حفاری، فشار تزریق در پشت سگمنت ها و نیز میزان تغییر قطر (کاهش قطر دستگاه در طول) دستگاه است و پارامترهای ژئومکانیکی شامل مشخصات مکانیکی لایه های خاک بین تونل تا سطح زمین است. در تونل های مناطق شهری که بیش تر در عمق کم و در بستر خاکی حفر می شوند، فشار جبهه کار می تواند یکی از عوامل پیش گیری کنندۀ نشست سطح زمین باشد. در پروژۀ خطA مترو قم، تونل با ماشین حفاری مکانیزه از نوع متعادل کنندۀ فشار زمین (EPB) حفر می شود. در این تحقیق با تمرکز روی پنج مقطع از این تونل، تأثیر فشار جبهه کار بر نشست سطح زمین تحلیل شده است. این پنج مقطع در کیلومترهای مختلف تونل در مکان هایی انتخاب شدند که در سطح زمین پین های نشست سنجی نصب شده اند و نتایج مدل سازی عددی قابل صحت سنجی هستند. برای بررسی اثر فشار سینه کار روی حداکثر نشست سطح زمین، چهار سطح فشار 100، 150، 200 و 400 کیلوپاسکال بررسی شد. این فشارها به ترتیب 1، 5/1، 2، و 4 برابر فشار اولیه جبهۀ کار بودند. نشست سطح زمین در این چهار سطح فشار با استفاده از نرم افزار اجزا محدود PLAXIS 3D TUNNEL ارزیابی شده است. اعتبارسنجی نتایج با استفاده از ابزاربندی در سطح زمین (پین های نشست سنجی) و روی تمامی این مقاطع انجام شده است. اعتبارسنجی انجام شده نشان داد که نتایج مدل سازی تطابق خوبی با نتایج پین های نشست سنجی دارد. مقایسۀ نتایج نشان می دهد افزایش 4 برابری فشار جبهۀ کار، حداکثر سبب کاهش 4.45 میلی متری نشست بیشینه می شود. بنابراین افزایش فشار جبهۀ کار، میزان نشست را کاهش می دهد اما این مقدار بسیار ناچیز است. هم چنین مشخص شد که افزایش بیش از اندازۀ فشار سینۀ کار (بیش از 200 کیلوپاسکال) نه تنها حداکثر نشست سطح زمین را کاهش نمی دهد بلکه باعث ایجاد شکست غیرفعال (Passive failure) یا همان بالازدگی در جلوی سپر روی سطح زمین زمین می شود.

پیش‌بینی نشست سطحی ناشی از حفر تونل با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی؛ مطالعۀ موردی: تونل متروی مشهد

حمید مهرنهاد

هنگام حفر تونل در فضاهای شهری، جلوگیری از آسیب و تخریب سازه های مجاور اهمیت ویژه ای دارد. برای کاهش این آسیب ها باید از نشست سطحی زمین جلوگیری کرد. در سال های اخیر بررسی های گسترده ای در زمینۀ پیش بینی نشست سطحی زمین در اثر حفر تونل انجام شده است. انتخاب روش مناسب به عوامل مختلفی بستگی دارد. نشست سطحی ناشی از حفر تونل با کمک متغیرهای ورودی که تأثیر فیزیکی چشم گیری بر نشست دارند، پیش بینی شده است. برای ساخت مدل شبکه های عصبی از داده های به دست آمده از حفر تونل خط 2 متروی مشهد استفاده شده است. نتایج نشان داد که شبکه عصبی پیش خور که با استفاده از الگوریتم پس انتشار خطا آموزش دیده است و دارای سه لایه با معماری 1-24-7 است، شبکۀ عصبی بهینه ایت. شبکۀ عصبی بهینه دارای ضریب هم بستگی و میانگین مربعات خطا برابر با 963/0 و ^4-10×41/2 است. هم چنین نتایج نشان داد که این شبکۀ عصبی آموزش دیده شده می تواند برای پیش بینی نشست سطحی ناشی از حفر تونل به صورت موفقیت آمیزی استفاده شود.

ارایۀ یک مدل اجزای محدود برای شبیه‌سازی جریان در اطراف چاه با الگوی مارپیچی مشبک‌کاری‌ها

سید امیرالدین صدرنژاد

در یک چاه مشبک کاری شده، سیالات از طریق آرایه ای از تونل های مشبک کاری به درون چاه وارد می شوند. معمولاً این مشبک کاری ها با الگویی مارپیچی در اطراف گمانه چاه توزیع می شوند. مدل های عددی موجود برای شبیه سازی جریان سیالات تولیدی به درون چاه های قائم غلاف دار مشبک کاری شده دارای شرایط مرزی پیچیده ای بوده و یا از زیاد بودن هزینه های محاسباتی رنج می برند. این مقاله یک مدل اجزای محدود ساده و در عین حال کارآمد را برای شبیه سازی جریان در اطراف یک چاه با تقارن مارپیچی مشبک کاری ها را ارایه می دهد. در مدل پیشنهادی با استفاده از تقارن فقط لازم است ضخامتی از بازه مشبک کاری که شامل یک تونل مشبک کاری است مش بندی شود. زاویۀ فیزینگ بین مشبک کاری های مجاور از طریق اعمال شرایط مرزی دوره ای به مرزهای بالایی و پایینی ضخامت مفسر مخزن در نظر گرفته شده است. این شرایط مرزی شامل بخش های فشار-دوره ای و سرعت-دوره ای است. بر خلاف بخش فشار-دوره ای، روش اعمال شرایط سرعت-پریودیک برای مسئله جریان تک متغیره مبهم است. در این راستا ثابت می شود که در مدل پیشنهادی شرایط سرعت دوره ای به صورت خودکار به شکل ضعیف ارضاء می شود. دقت و کارایی محاسباتی مدل پیشنهادی از طریق مقایسه با مدل های موجود صحت سنجی شده است. نتایج مدل در قالب ضریب پوسته با مدل نیمه تحلیلی متداول نیز مقایسه شده و انطباق مناسبی مشاهده شده است. مدل پیشنهادی می تواند به عنوان یک ابزار عددی مناسب برای بررسی جریان ورودی به چاه با آرایش مارپیچی مشبک کاری ها استفاده شود.

تأثیر خرده لاستیک‌‌های بازیافتی بر رفتار حالت پایدار ماسه

سید ابوالحسن نائینی

موادی مانند خرده لاستیک های زائد برای بهبود مقاومت خاک به طور گسترده استفاده می شود. در این تحقیق مقاومت باقی مانده یا رفتار حالت پایدار ماسۀ مخلوط شده با خرده لاستیک های زائد بررسی شده است. آزمایش های سه محوری فشاری زهکشی نشده استاتیکی روی نمونه های دست خورده ماسه و ماسۀ مخلوط با خرده لاستیک در حالت اشباع با درصدهای مختلف خرده لاستیک (صفرتا 4 تا درصد وزن خشک خاک) انجام شده است. تأثیر حضور خرده لاستیک زائد بر مقاومت باقی مانده در فشار تحکیمی های مختلف (100، 200 و 300 کیلو پاسکال) و تراکم نسبی مخلوط (40، 65 و 80 درصد) ارزیابی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش درصد خرده لاستیک مقاومت باقی مانده افزایش یافته و خط حالت پایدار به سمت راست نمودارlog S_us-e حرکت می کند. هم چنین بهبود مقاومت باقی مانده در اثر حضور خرده لاستیک به تراکم نسبی نمونه و فشار تحکیمی نیز بستگی دارد.