مهندسی عمران شریف
سال:1396 | دوره:33-2 | شماره:3/1 |تعداد مقالات:14

پرسیومتری یکی از مهم ترین آزمایش های صحرایی در مهندسی ژئوتکنیک است که برای تعیین ویژگی های مکانیکی خاک کاربرد دارد. مزیت اصلی دستگاه مذکور، اندازه گیری پیوسته ی منحنی تنش- کرنش خاک است که جهت تعیین پارامترهای خاک بر مبنای تحلیل های تئوری (تئوری انبساط حفره) قابل تفسیر است. در پژوهش حاضر، ابتدا آزمایش پرسیومتر به صورت کرنش- کنترل در نرم افزار FLAC مدل شده و جهت صحت سنجی، نتایج مدل سازی عددی با نتایج آزمایش های صحرایی مقایسه و اثر قطر حفره (پرسیومتر) در نمودار تنش- کرنش پرسیومتر بررسی شده است. تفاوت آنالیزهای تغییر شکل های کوچک و بزرگ در انبساط حفره بررسی و سپس، روش های تحلیلی انبساط حفره بیان و مقایسه یی بین نتایج آن ها با آنالیز عددی انجام شده است تا کارایی هر یک به خوبی مشخص شود. همچنین، روش های تحلیلی و تجربی تفسیر نتایج پرسیومتر به منظور تعیین زاویه اصطکاک داخلی ارزیابی و روش بهینه یی پیشنهاد شده است.

در نوشتار حاضر به بررسی الگوی جریان پیرامون آب شکن های سری سرسپری غیرمستغرق جاذب در مسیر مستقیم پرداخته و نتایج تحلیل الگوی جریان نشان داده است که استقرار آب شکن ها باعث جدایی جریان و درنتیجه افزایش سرعت های عرضی و عمقی در بالادست آن ها می شود و همچنین به دلیل تنگ شدگی ناشی از احداث آب شکن ها، سرعت های طولی در جلوی بال آب شکن ها تا ساحل مقابل افزایش می یابد. بیشینه ی سرعت های طولی در جلوی بال آب شکن اول حدودا 2 و 1.6 برابر جلوی بال آب شکن های دوم و سوم است. بررسی پارامتر انرژی جنبشی آشفتگی در الگوی جریان نشان می دهد که در لبه ی بال بالادست آب شکن اول، بیشترین مقدار را دارد و در لایه برشی جلو بال آب شکن ها افزایش یافته است. بررسی تنش های رینولدز حاکی از آن است که بیشینه ی مولفه (فرمول) به ترتیب حدودا 5 و 6 برابر مولفه های (فرمول) و (فرمول) است و بیشینه ی مقادیر آن ها در پایین دست آب شکن ها و در جلوی بال رخ داده است.

علی رغم پیشنهاد کلرزنی بوستری برای رفع نقاط ضعف کلرزنی در منابع آبی، تعیین دقیق میزان تزریق با توجه به شکل گیری THM همچنان یک معضل است. در نوشتار حاضر، با استفاده از یک مدل الگوریتم ژنتیک چندهدفه، مکان یابی بهینه ایستگاه ها و زمان بندی تزریق کلر در هر ایستگاه در یک شبکه ی توزیع آب با توجه به میزان کلر باقیمانده و مقدار THM تشکیل شده انجام شده است. اهداف مدل بهینه سازی عبارت اند از: کمینه سازی مقدار کل گندزدای مصرفی و بیشینه سازی درصد آب آشامیدنی سالم در شبکه.نتایج نشان می دهد که افزایش تعداد ایستگاه ها نیز باعث کاهش محصولات جانبی کلرزنی می شود و غلظت کلر باقیمانده را در بیشتر نقاط شبکه در محدوده ی استاندارد حفظ می کند. همچنین نقاط دوردست که زمان ماند آب بسیار طولانی است، عمدتا از هر دو مشکل کلر باقیمانده با غلظت کمتر از حد استاندارد و محصولات جانبی با غلظت بالا رنج می برند. به علاوه برای هر تعداد مشخصی از ایستگاه های تزریق کلر، بیشینه ی میزان تزریق که در آن ریسک سرطان زایی ناشی از محصولات جانبی وجود ندارد، تعیین می شود.

پژوهش حاضر جهت تعیین ظرفیت باربری پی های نواری متکی بر لایه های متوالی رس ضعیف و قوی، با استفاده از روش خطوط مشخصه ی تنش انجام شده است. هر چند در طبیعت عموما با خاک های لایه یی مواجه هستیم، اما برآورد ظرفیت باربری شالوده های سطحی با استفاده از تئوری های تجربی، غالبا بر این فرض استوار است که خاک زیر شالوده، همگن و نامحدود است. در بین روش های عددی موجود، روش خطوط مشخصه ی تنش، ابزار قدرتمندی جهت حل مسائل پایداری در مهندسی ژئوتکنیک است. نوشتار حاضر، الگوریتمی مناسب جهت برآورد ظرفیت باربری استاتیکی پی نواری واقع بر خاکی دو لایه، با استفاده از روش خطوط مشخصه ی تنش ارائه کرده و نشان داده شده است زمانی که نسبت مقاومت برشی زهکشی نشده ی لایه بالا به پایین به سمت 1 میل می کند (لایه ی رس فوقانی ضعیف تر از لایه ی رس تحتانی است)، هر چقدر نسبت عمق لایه اول به عرض پی افزایش یابد، ضریب ظرفیت باربری N*c  کاهش و به عدد 5.142 هم گرا می شود.

پژوهش حاضر با هدف بررسی مشخصات دوام و مکانیکی روسازی های بتن غلتکی شامل: مقاومت فشاری، مدول گسیختگی، سایش، پوسته شدگی سطحی در اثر نمک های یخ زدا و نفوذ تحت فشار آب در بخش تکنولوژی بتن مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی انجام شده است. نتایج مقاومت فشاری در سنین 7 و 28 روز نشانگر آن هستند که در 28 روز تمام مخلوط های مورد بررسی، مقاومت فشاری بالاتر از 35 مگاپاسکال داشته اند. نسبت بین مدول گسیختگی و مجذور مقاومت فشاری برابر 0.7 به دست آمده است. نتایج نفوذپذیری تحت فشار آب بیانگر آن است که با کاهش نسبت آب به سیمان از 0.38 به 0.33 در زمان ویبی برابر، مقدار نفوذ آب از 14 به 10 میلی متر کاهش یافته و مقدار نفوذ بسیار کم 5 میلی متری مخلوط های حاوی دوده ی سیلیسی و سیمان پوزولانی موید ریزساختار متراکم تر مخلوط های مذکور است. از نظر پوسته شدگی در سیکل های یخبندان و مجاورت نمک های یخ زدا، بیشتر مخلوط ها تورق بسیار شدید داشته اند. فقط مخلوط حاوی دوده ی سیلیسی با 600 گرم بر مترمربع پوسته شدگی در رده ی بتن های با پوسته شدگی متوسط قرار گرفته است.

در مصالح سنگریزه یی، پدیده ی خردشدگی ذرات می تواند مشخصات تغییر شکلی و مقاومتی این مصالح را به شدت تحت تاثیر قرار دهد. در سدهای سنگریزه یی با ارتفاع زیاد، تغییر شکل های بزرگی ناشی از پدیده مذکور می تواند اتفاق افتد و لذا یک مدل عددی مناسب برای مصالح سنگریزه یی باید قابلیت مدل سازی کرنش های حجمی زیاد ناشی از پدیده ی شکست ذرات را داشته باشد. به عنوان نمونه، آزمایش های بزرگ مقیاس سه محوری مصالح سنگریزه یی سد مسجد سلیمان، پتانسیل خردشدگی ذرات بالای این مصالح را نشان می دهد. در نوشتار حاضر، با ارتقاء و اصلاح یک مدل رفتاری کشسان خمیری سخت شونده/ نرم شونده شناخته شده بر پایه ی پارامترهای بسیج شده در برنامهFLAC ، ابتدا آزمایش های سه محوری بزرگ مقیاس مصالح سنگریزه یی سد مسجدسلیمان با دقت مناسبی مدل سازی شده و پارامترهای مصالح به دست آمده اند. سپس مدل عددی تفاضل محدود سه بعدی سد در دوران ساخت بر مبنای پارامترهای حاصل شده ساخته شده است. تطابق مناسب مقادیر محاسبه شده و اندازه گیری شده ی کمیت های تغییر شکلی و تنشی، حکایت از دقت مناسب این مدل رفتاری در شبیه سازی پدیده ی شکست ذره یی مصالح سنگریزه یی دارد.

یکی از عناصر کلیدی در تحلیل خطر لرزه یی، انتخاب مناسب ترین مدل های پیش بینی حرکت زمین (GMPE) است. امروزه گسترش و تنوع مدل های کاهندگی قابل دسترس، این انتخاب را به یک چالش علمی تبدیل کرده است. به این منظور در مطالعه حاضر، ارزیابی پایداری مجموعه یی از مدل های پیش بینی حرکت زمین (GMPE) با استفاده از روش جدید تحلیل حساسیت در برابر بازنمونه گیری از داده ها (RSA) بر اساس مجموعه داده هایی از ایران مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس دیدگاهRSA ، مدلی مناسب خواهد بود که افزایش اندازه داده ها سبب کاهش انحراف باقیمانده ها در برابر تمامی پارامترهای لرزه یی شود. نتایج مطالعه حاضر نشان می دهد که برخی از مدل های در نظر گرفته شده در نوشتار حاضر، نسبت به مجموعه داده های ایران کاملا حساس هستند. همچنین بررسی پایداری روابط کاهندگی بر اساس روش RSA در 8 دوره زمانی، نشان دهنده ناپایداری روابط کاهندگی در دوره های زمانی است.

در پژوهش حاضر، تاثیر تلفیق فرایند جداسازی مغناطیسی و آب شویی در کنار فرایند الکتروکینتیک پیشرفته در حذف فلز روی و نیکل از لجن مازاد تصفیه خانه فاضلاب صنعتی در مقیاس آزمایشگاهی بررسی شده است. نتایج آزمایش های اولیه نشان داده است که الکتروکینتیک پیشرفته با استفاده از EDTA و اسیدسیتریک به عنوان الکترولیت در مقایسه با الکتروکینتیک معمولی (استفاده از آب به عنوان الکترولیت) عملکرد بهتری در حذف فلزات از لجن دارد. در پژوهش حاضر، راندمان حذف فلز روی با استفاده از الکتروکینتیک پیشرفته 31% بیش از الکتروکینتیک معمولی بوده است. همچنین نتایج آزمایش ها نشان داده است که از میان فرایندهای مورد بررسی، تلفیق فرایند آب شویی با الکتروکینتیک پیشرفته باعث افزایش راندمان حذف فلزات روی و نیکل به ترتیب به میزان 94% و 82% شده است. لازم به ذکر است که در فرایند مذکور، تاثیر pH و عناصر موجود در لجن در راندمان سیستم، بیش از ضریب نفوذپذیری الکترواسمز بوده است. همچنین نتایج آزمایش های تکمیلی نشان داده است که تلفیق فرایند جداسازی مغناطیسی با الکتروکینتیک پیشرفته، تاثیر قابل توجهی در عملکرد سیستم نداشته است.

تمیز کردن خاک های آلوده به مشتقات نفتی هزینه بر است و یک راه هوشمندانه برای حل مشکل مذکور، استفاده از خاک های آلوده در پروژه های عمرانی است. آلودگی، ویژگی تحکیمی خاک را تغییر می دهد و باعث افزایش نشست کل و نشست غیریکسان سازه ی مستقر بر آن می شود. در نوشتار حاضر، به بررسی ویژگی های ژئوتکنیکی خاک آلوده به گازوئیل پرداخته و برای هدف مذکور، خاک رس بنتونیتی با 4، 8، 12 و 16 درصد وزن خشک شان به صورت مصنوعی با گازوئیل ترکیب شده است. نتایج حاصل، نشان دهنده ی افزایش حد روانی به میزان 11% و کاهش 1، 5 و 40 درصدی بیشینه وزن مخصوص خشک و درصد رطوبت بهینه بوده و نیز مقاومت فشاری و چسبندگی با افزایش آلودگی بیش از 60% کاهش یافته است. همچنین با افزایش آلودگی تا میزان 4%، شاخص فشردگی افزایش یافته است؛ اما با افزایش میزان آلودگی تا میزان 12%، شاخص مذکور کاهش و سپس با افزایش میزان آلودگی تا میزان 16%، مجددا شاخص فشردگی افزایش یافته است.

کاهش عدم قطعیت های قبل از شروع به ساخت تونل ها، به خصوص عدم قطعیت در مورد زمان و هزینه نهایی ساخت تونل، می تواند در مراحل اولیه ی برنامه ریزی ها مفید واقع شود و ریسک تصمیم گیری ها را تا حد قابل قبولی کاهش دهد. DAT ابزاری آماری است که به پیش بینی احتمالاتی زمان و هزینه ی مورد نیاز اجرای تونل قبل از شروع به ساخت می پردازد. در نوشتار حاضر، به کمک روش DAT با به کارگیری داده های قبل از شروع به ساخت تونل همرو، زمان و هزینه ی ساخت کل تونل مذکور به صورت احتمالاتی پیش بینی شده است.سپس زمان و هزینه به دست آمده به کمک روش DAT، با زمان و هزینه ی واقعی اجرای تونل همرو به منظور اعتبارسنجی روش ذکرشده و کاهش عدم قطعیت در مورد به کارگیری آن در پروژه های آتی مقایسه و در نهایت مشخص شده است که نتایج به دست آمده از روش DAT، شباهت زیادی با نتایج واقعی دارد و این مساله، اعتبار روش DAT را جهت کاهش عدم قطعیت های زمان و هزینه ی نهایی ساخت در پروژه های آتی اثبات می کند.

در نوشتار حاضر، اثر تسلیح با ژئوتکستایل، عمق قرارگیری آن، تعداد لایه های تسلیح و همچنین اثر تراکم لایه های فوقانی جایگزین در بهبود ظرفیت باربری بستر ماسه یی سست با آزمایش CBR بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با قرارگیری لایه ی ژئوتکستایل در عمق 1.5 سانتی متری از سطح نمونه (نسبت عمق قرارگیری لایه ی تسلیح به قطر سنبه ی بارگذاری برابر 0.3)، میزان بهبود در باربری به بیشترین مقدار خود می رسد. با افزایش عمق قرارگیری لایه تسلیح و دور شدن از حوزه تاثیر تنش، از میزان تاثیر آن در بهبود باربری بستر کاسته می شود. همچنین برای دستیابی به یک مقدار CBR مشخص، می توان در حالت بستر مسلح از ضخامت کمتری از لایه ی خاک جایگزین با تراکم بالا در مقایسه با حالت بستر غیرمسلح استفاده کرد. به عبارت دیگر، در صورت عدم دسترسی به مصالح مناسب، عمل تسلیح می تواند موجب کاهش هزینه های تهیه خاک مناسب شود. در شرایط تراکم و ضخامت یکسان از لایه ی جایگزین، وجود 2 لایه تسلیح باعث افزایش ظرفیت باربری در مقایسه با حالت تسلیح با 1 لایه ی ژئوتکستایل می شود.

در میان سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی در ساختمان های بلند مرتبه، می توان به سیستم سازه یی شبکه ی قطری اشاره کرد. هدف از پژوهش حاضر، بررسی رفتار ترکیبی سیستم شبکه ی قطری پیرامونی همراه با هسته ی داخلی تحت نیروهای جانبی لرزه یی است. برای این منظور، رفتار اندرکنشی 12 سازه فولادی 36 طبقه همراه با هسته ی داخلی با زاویه های مختلف شبکه ی قطری ارزیابی شده است. هسته داخلی به دو صورت سیستم قاب های مهاربندی و خمشی در نظر گرفته شده است. نتایج تحلیل ها نشان می دهد که سهم قابل ملاحظه یی از بار جانبی در همه طبقات به جز طبقه ی 36 ام، توسط سیستم شبکه ی قطری تحمل شده و در طبقه ی آخر به دلیل اثر مودهای بالا، هسته ی داخلی سهم قابل ملاحظه یی از برش را تحمل کرده است. کاهش زاویه ی المان های شبکه ی قطری باعث افزایش صلبیت برشی سیستم شبکه ی قطری شده و برای زاویه 50.19° بیشترین صلبیت برشی به دست آمده است. در انتها، روشی برای جلوگیری از ایجاد برش منفی در طبقه 36 ام پیشنهاد شده است.

در پژوهش حاضر، لایه های متناوب از فیلترهای ژئوتکستایل بافته نشده و ترکیب خاک اره و مصالح دانه یی (PRB) برای حذف نیترات بررسی شده است. نسبت وزنی مواد برای ساخت PRB به صورت 25% ماسه، 25% آنتراسیت، 20% زئولیت، 20% براده ی آهن و 10% خاک اره ی چوب سپیدار در نظر گرفته شده است. جهت تعیین منحنی رخنه برای فیلتر با تزریق پساب مصنوعی با غلظت اولیه ی 100 میلی گرم بر لیتر نیترات، آشکارسازی نیترات در زمان 25 دقیقه از شروع آزمایش اتفاق افتاده است. منحنی رخنه ی حاصل از آزمایش ستون، یک منحنی نرمال محسوب شده و ضریب انتشار طولی 1×10-7 مترمربع بر ثانیه به دست آمده است. فیلتر قادر است نیترات را به میزان 99% بعد از 9 روز کاهش دهد. با استفاده از نرم افزار CTRAN/W برآورد منطقی از روند حرکت آلاینده در فیلتر مدل سازی شده است که البته منحنی رخنه ی به دست آمده برآورد خوبی از زمان کل تشکیل منحنی شکست در شرایط آزمایشگاهی نیست، ولی زمان رخنه نیترات را نزدیک به مدل آزمایشگاهی محاسبه کرده است.

در پژوهش حاضر با انجام تحلیل های پارامتریک، پایدارسازی شیروانی ها با استفاده از روش اختلاط عمیق خاک بررسی شده است. جهت انجام تحلیل های لازم از روش عددی اجزاء محدود و نرم افزار PLAXIS استفاده و سپس نتایج روش مذکور با نتایج روش تعادل حدی حاصل از نرم افزار Slope/w مقایسه شده است. پارامترهای مورد بررسی در پژوهش حاضر شامل: اثر محل قرارگیری اولین ردیف ستون های اختلاط عمیق در طول پی شیروانی، نسبت مساحت بهسازی شده در طول پی شیروانی، طول، قطر، ضریب چسبندگی و فاصله بین ستون های اختلاط عمیق، موقعیت قرارگیری سطح آب در پی و همچنین اثر سربار بوده است که بر اساس نتایج حاصل از تحلیل های مدل به هر دو روش اجزاء محدود و تعادل حدی، با افزایش پارامترهایی نظیر مقدار نسبت جایگزینی، مقادیر سطح، قطر، چسبندگی مصالح، طول ستون های اختلاط عمیق، عمق قرارگیری سطح آب زیرزمینی نسبت به سطح پی شیروانی، ضریب اطمینان پایداری شیروانی همواره افزایش می یابد.