مهندسی عمران و محیط زیست (دانشکده فنی)
سال:1398 | دوره:49 | شماره:2 (پیاپی 95) |تعداد مقالات:11

تبدیل ها به طور معمول هم در کانال های باز مهندسی و هم در کانال های طبیعی کاربرد دارند. با افزایش ابعاد در راستای مقطع در تبدیل، از سرعت جریان کاسته می شود. تحت جریان زیربحرانی و در شرایط جریان دائمی، کاهش سرعت جریان منجر به افزایش فشار آب و همچنین گرادیان فشار معکوس می شود. که این موضوع، ناحیه جدایی جریان و حرکت گردابی آشفته را به وجود آورده و باعث تلفات انرژی در جریان می شود. در این مطالعه، هیدرولیک جریان در امتداد تبدیل تدریجی عریض شونده کانال های مستطیلی به ذوزنقه ای تحت جریان زیربحرانی به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. در کنار مطالعه آزمایشگاهی، شبیه سازی عددی سه بعدی الگوی جریان با استفاده از نرم افزار فلوئنت و مدل آشفتگی تنش رینولدز (RSM) انجام گرفته است. پروفیل های سطح آب و سرعت جریان در مقاطع مختلف تبدیل به صورت آزمایشگاهی اندازه گیری شده و با نتایج عددی مقایسه شده است که مقایسه این نتایج مطابقت خوبی را بین آنها نشان می دهد. همچنین راندمان (بازدهی) تبدیل و ضریب تلفات انرژی در امتداد تبدیل به ازای اعداد فرود مختلف ورودی محاسبه شدند. نتایج نشان دادند که با افزایش عدد فرود جریان بالادست، راندمان تبدیل و ضریب تلفات انرژی به ترتیب کاهش و افزایش می یابند. پس از صحت سنجی مدل عددی، تأثیر عدد فرود ورودی بر نواحی جدایی جریان، جریان های ثانویه ایجاد شده و تنش برشی بستر در امتداد تبدیل به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. از ابتدای تبدیل به سمت میانه تبدیل، تعداد نواحی چرخشی ناشی از جریان های ثانویه افزایش یافته و با نزدیک شدن به انتهای تبدیل تعداد این نواحی کاهش می یابند. همچنین با افزایش عدد فرود ورودی، تنش برشی بستر در امتداد تبدیل افزایش یافت.

به دلیل محدودیت های قانونی، پایش انتشار ترکیبات آلی فرار باید از مبدأ صورت پذیرد. از جمله ابزارهای توانمند و قابل اعتماد برای بررسی انتشار و غلظت آلاینده ها، مدل های پخش آلودگی هوا می باشند. هم چنین از آنجایی که اندازه گیری غلظت آلاینده ها در هر نقطه امکان پذیر نیست این مدل ها می توانند برای بررسی و استنتاج غلظت در آن نقاط مورد استفاده قرار گیرند. علی رغم تمایل زیاد برای استفاده از یک روش حل عددی بهینه برای مدل های پخش آلودگی هوا، به دلیل تنوع فرآیند های دخیل در پدیده انتقال آلاینده ها، انجام این کار امری بسیار پیچیده است. به این منظور می توان با استفاده از روش عددی تفکیک معادلات، معادلات دیفرانسیل جزیی توصیف کننده پدیده انتقال آلاینده ها را به قسمت های کوچک تری تقسیم بندی نمود. مزیت استفاده از این روش این است که در این حالت می توان فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی مؤثر در هر یک از ابعاد را به طور جداگانه بررسی کرد و هر قسمت را با روش های عددی مناسب حل نمود. در اغلب کارهای گذشته پیش بینی غلظت بر اساس انجام یک سری عملیات آماری بر روی داده های اندازه گیری شده می باشد و یا برای ورودی مدل نیاز به داده های زیادی هست که همیشه این داده ها در دسترس نیست. در این پژوهش از روش یاد شده با استفاده از موازنه جرم و داده های هواشناسی برای به دست آوردن نحوه پخش BTEX از زباله سوز پتروشیمی تبریز استفاده شده است. به راحتی می توان پارامترهای مختلف از جمله شرایط آب و هوایی و مشخصات منابع انتشار را با استفاده از این مدل سازی تغییر داد و اثر آن را بر میزان انتشار بررسی نمود.

ریزشمع ها در چند دهه اخیر از سوی مهندسین مقبولیت زیادی پیدا کرده اند. مشاهدات تجربی نشان می دهد که رفتار ریزشمع ها در برابر نیروهای زلزله به خاطر دارا بودن شکل پذیری بالا، رفتار بهتری دارند. در حالی که رفتار لرزه ای ریزشمع ها به جز موارد محدودی از مدل های آزمایشی واقعی و مقیاس شده و تعداد محدودی مدل سازی عددی به طور کامل ارزیابی نگردیده است. در این تحقیق رفتار فونداسیون های مستقر بر روی ریزشمع که تحت بارهای قائم و بارهای لرزه ای تحت تأثیر فاصله ریزشمع ها در گروه بررسی گردیده است. تحقیق حاضر با تمرکز بر روش المان محدود رفتار لرزه ای ریزشمع ها بررسی گردیده است. در این تحقیق مرز های قائم جانبی خاک طوری مدل سازی شده اند که بازتابش امواج رسیده به سمت داخل مدل از بین برود. بررسی های پارامتریک بر روی متغییرهای مستقل مثل محتوای فرکانسی حرکت ورودی، مشخصات خاک، فاصله ریزشمع ها صورت گرفته است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که با افزایش فاصله بین ریزشمع ها عموماً پاسخ ریزشمع ها افزایش می یابد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که نسبت S/D (نسبت فاصله ریزشمع به قطر ریزشمع) بر دامنه پاسخ دینامیکی و نیروهای داخلی در ریزشمع ها تأثیر می گذارد. با توجه به نتایج می توان گفت که، ماکزیمم جابه جائی در بالای ریزشمع از 61 سانتی متر برای خاک رسی به 48 سانتی متر برای خاک ماسه ای در S/D=10 می رسد که نشان دهنده کاهش 28 درصدی با افزایش سختی خاک می باشد.

امروزه افزایش جمعیت و توسعه شهرنشینی مدرن، منجر به توسعه زیرساخت ها و اجرای تونل های شهری (مترو) شده است. انتخاب شکل دهانه و بررسی میزان نشست سطح زمین در حالت تونل تک و دوقلو از نکات بسیار مهم در احداث تونل متروها است. بر این اساس شکل دهانه باید به نحوی انتخاب شود که علاوه بر تأمین میزان نشست مجاز، مقاومت کافی در برابر تنش های وارده داشته و تغییر مکان و کرنش های برشی ایجاد شده در محدوده مجاز باشد. هدف اصلی این پژوهش بررسی تأثیر هندسه مقطع تونل بر میزان نشست سطح زمین در حالت تونل تک و دوقلو با نگرش ویژه به مترو شهر اصفهان است. با توجه به این که خاک، یک محیط ناپیوسته متشکل از ذرات با اندازه های مختلف است، در این مطالعه از نرم افزار تفاضل محدود FLAC2D جهت مدل سازی تونل استفاده شده است. در این راستا ابتدا تونل مترو شهر اصفهان با سه هندسه مختلف مدل شده و با توجه به پلان مسیر، فاصله تونل ها در چهار حالت مورد بررسی قرار گرفته است. جهت اعتبار بخشی به نتایج نشست به دست آمده در این مطالعه، در سه نقطه تونل غربی میزان نشست با نتایج ابزار دقیق مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد حداکثر و حداقل نشست به ترتیب در حالت تونل نعلی شکل و تونل دو قوسی اتفاق افتاده است. از سوی دیگر با افزایش فاصله دو تونل از یکدیگر میزان نشست حدود 5% کاهش می یابد. همچنین با افزایش فاصله مرکز به مرکز تونل ها به بیش از سه برابر قطر تونل ها (20 متر)، تغییرات میزان نشست تقریباً ثابت می شود.

برای پیش بینی و تولید شتاب در نقاط مختلف تکیه گاه سد، براساس رکوردهای ثبت شده یک یا چند شتاب سنج در ساختگاه سد، تلاش های زیادی انجام گرفته است. در این پژوهش سعی شده است، با استفاده از روش المان مرزی سه بعدی در حوزه زمان، مدل سازی سه بعدی که از ساختگاه سد پاکویما انجام گرفته، تحت تحریک غیر یکنواخت تکیه گاهی بررسی شود. ساختگاه مدل شده، تحت امواج مهاجم قائم SV در فرکانس های غالب و سرعت های موج برشی مختلف، بررسی شد. برای نقاط در ارتفاعات مختلف در دو سمت دره، با استفاده از تابع خطی دیگر همبستگی، تأخیر زمانی نسبت به کف دره محاسبه شد. در نهایت با استفاده از نرم افزارهای آماری قدرتمند موجود، روابط آماری برای تأخیر زمانی در دو سوی دره بر مبنای ارتفاع نقاط، سرعت موج برشی و فرکانس غالب ارئه شده است. با جایگزینی توابع تأخیر زمانی به دست آمده در الگوریتم مورد بررسی، رکوردهای تکیه گاهی در نقاط مختلف تولید و با رکوردهای ثبت شده مقایسه شد. نتایج به دست آمده نشان دهنده دقت بالای توابع تأخیر زمانی ارائه شده می باشد. بنابراین می توان از روش توسعه داده شده در این پژوهش برای تولید رکوردهای تکیه گاهی از روی یک رکورد در کف دره در صورت داشتن یک تابع بزرگ نمایی متناسب با ساختگاه، به جای روش میانه یابی که در آن حداقل به سه رکورد واقعی نیاز هست، استفاده کرد.

پایدارسازی شیب های خاکی و پیشنهاد راهکارهای گوناگون، یکی از مسائلِ مطرح و به روز در دانش مهندسی ژئوتکنیک می باشد. استفاده از روش های عددی و تحلیلی در پایدارسازیِ شیب های خاکی به کمکِ شمع، از روش های متداولی است که توسط محققین مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. بهینه یابی طولِ شمع در پایدارسازی شیب های خاکی از جمله مواردی است که تحقیقات جدید را می طلبد. از این جهت، در این پژوهش به عنوان کاری جدید سعی شده است تا با استفاده از تحلیل های عددی و مدل سازی های آزمایشگاهی معادله ای برای بهینه یابی طولِ شمع ارائه شود. در این مقاله با استفاده از دو نرم افزار اجزاء محدودِ پلاکسیس و ژئواستودیو تحلیل های عددی انجام شده است و برخی از خروجی های به دست آمده با نتایجِ مطالعات آزمایشگاهی مقایسه و صحت سنجی شده اند. تحلیل های عددی برای به دست آوردن معادله مذکور، بر روی شیب ماسه ای مسلح با شمع در میانه شیب (به عنوان موقعیتِ بهینه قرارگیری) انجام شده است. در این پژوهش، علاوه بر پیشنهاد رابطه ای جدید برای طول بهینه شمع، بهینه یابی قطرِ شمع نیز بررسی شده است. تحلیل های عددی و مدل سازی های آزمایشگاهی نتایج خوب و قابل قبولی ارائه می دهند که می توانند برای کارهای عملی مناسب باشند.

به دلیل ضرورت و اهمیت ارائه یک بستر علمی برای گزینه های احیا و مدیریت سطح دریاچه ارومیه، در این تحقیق به بررسی اثربخشی سناریو های مطرح با استفاده از مدل هیدرودینامیک دوبعدی MOHID پرداخته شده است. سناریو های در نظر گرفته شده عبارتند از: S1) سناریوی ادامه وضع موجود، S2 ) سناریوی بستن گذرگاه شهید کلانتری وS3 ) سناریوی عدم یکپارچه سازی دریاچه و تقسیم آن به دو بخش از محل جزیره ها. داده های دوره آماری 8 ساله 2000 تا 2008 به دلیل در بر گرفتن افت شدید تراز آب دریاچه و همچنین وجود نوسانات زیاد، برای شبیه سازی سناریو ها انتخاب شدند. پس از گردآوری داده ها و ورودی های مورد نیاز، واسنجی مدل انجام شد و در ادامه مدل برای هر یک از سناریو ها اجرا گردید. نتایج نشان داد بخش جنوبی دریاچه در سناریوی S2 در مواقعی با رسیدن به تراز اکولوژیک دریاچه (1/1274 متر از سطح دریا)، در کل شرایط بهینه و بهبود یافته ای از نظر تراز آب، سطح دریاچه، حجم آب و همچنین حجم تلفات تبخیر نسبت به سناریوی S1 پیدا می کند. در سناریوی S3، علی رغم کاهش تلفات تبخیر در بخش جنوبی دریاچه، تراز اکولوژیک دریاچه در هیچ دوره-ای حفظ نمی شود و در نهایت هم تراز دریاچه به 4/1271 متر می رسد. بخش شمالی دریاچه نیز با تراز آب 03/1271 متر و تلفات تبخیر بالا، در انتهای دوره مدل سازی وضعیت خوبی را تجربه نخواهد کرد.

در مطالعات مهندسی منابع آب پیش بینی هر چه بهتر پدیده های هیدرولوژیکی از اهمیت فراوانی برخوردار است. در این زمینه همواره مدل های خانواده ARMA دارای ضعف هایی بوده اند که تلفیق مدل های خطی سری زمانی با مدل های غیر خطی به مانند ARCHمی تواند در برطرف کردن این ضعف ها مفید واقع شود. در این تحقیق بعد از بررسی اولیه داده های سالانه بارندگی در سه ایستگاه مورد مطالعه در غرب حوضه آبریز دریاچه ارومیه، این داده ها با مدل های خطی سری زمانی موردبررسیقرار گرفتند و بهترین مدلARMA با استفاده از کم ترین مقدار معیار آکائیکه از بین مدل های این خانواده برای ایستگاه های مورد مطالعه انتخاب گردید. سپس در هر یک از ایستگاه ها، سری زمانی باقی مانده مدل منتخبARMA با استفاده از مدل های غیر خطی ARCH (1) برازش داده شده و مدل تلفیقی ARMA-ARCHبه دست آمد. مقایسه نتایج حاصله از آزمون های MAE، RMSE، EF و CRM برای هر دو مدل، نشان دهنده افزایش دقت و همچنین کاهش میزان خطا درمدل تلفیقی نسبت به مدلARMA در شبیه سازی داده های بارندگی می باشد.

ساختار پیچیده خاک، منجر به تغییرپذیری فضایی هدایت هیدرولیکی خاک در لایه های مختلف می شود. لذا فرض ثابت بودن ضریب نفوذپذیری در تحلیل تراوش از پی های خاکی با عدم قطعیت زیادی همراه است. در این تحقیق تحلیل تراوش از پی خاکی لایه ای در یک سد کوتاه با در نظر گرفتن عدم قطعیت ضریب نفوذپذیری انجام شده است. برای این منظور سعی شده است با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو، عدم قطعیت و تغییر فضایی هدایت هیدرولیکی را در یک محیط دو لایه در زیر یک سد بتنی نفوذناپذیر کمی گردد. متغیرهای تصادفی بر اساس روش تجزیه چولسکی با در نظر گرفتن توابع توزیع مشخص و همچنین توابع خودهمبستگی برای هر لایه تولید شده است. نتایج نشان داد که در ارزیابی تراوش در خاک های لایه ای، با در نظر گرفتن تغییرپذیری فضایی ضریب نفوذپذیری، دبی و گرادیان هیدرولیکی نوسانات زیادی را نشان می دهند، اما فشار برکنش وارد بر سازه تا حدود زیادی مستقل از متغیرهای تصادفی بود. در واقع نتایج نشان داد که در 60% کل تحلیل های احتمالاتی دبی خروجی بیشتر از تحلیل های قطعی است و حداکثر دبی خروجی احتمالاتی 2 برابر دبی قطعی است. همچنین افزایش طول همبستگی قائم در لایه بالا تا 12 متر، مقدار دبی احتمالاتی به دبی قطعی را برای لایه بالا تا 10% افزایش و برای لایه پایین تا 10% کاهش می دهد، ولی مقدار نسبت نیروی برکنش ثابت می ماند. اما افزایش طول همبستگی قائم در لایه پایین تا 12 متر، مقدار دبی احتمالاتی به دبی قطعی را برای هر دو لایه تا 13% افزایش داد. در این مورد هم نسبت نیروی برکنش احتمالاتی به قطعی همواره برابر عدد 1 بود.

همان طور که نیاز به طراحی لرزه ای سازه های مقاوم در برابر زلزله روز به روز افزایش می یابد، مطالعات آزمایشگاهی و عددی فراوانی نیز برای تخمین وبر آورد پاسخ غیرخطی این نوع سازه ها انجام می پذیرد. دیوارهای برشی بتنی با توجه به نسبت ارتفاع به عرض به دو دسته دیوارهای برشی بلند و کوتاه تقسیم می شوند. دیوارهای برشی بلند با نسبت ابعادی بزرگ تر از 2، رفتار عمدتاً خمشی و دیوارهای برشی کوتاه با نسبت ابعادی کوچک تر از 2، رفتار عمدتاً برشی دارند. در این مقاله رفتار دیوارهای برشی کوتاه بتن آرمه، به کمک برنامه المان محدود غیرخطی ATENA 3D مورد بررسی قرار گرفته و ضمن ارزیابی نوع گسیختگی و مقاومت برشی نهایی و پسماند، تأثیر پارامتر شکاف در دیوار، بر روی رفتار دیوارهای برشی کوتاه مطالعه می شود. نشان داده می شود با نزدیکی شکاف به سمت گوشه دیوار، شکل پذیری مدل به مقدار قابل توجهی افزایش پیدا می کند.

در تحقیق حاضر در مرحله نخست پتانسیل روانگرایی بستر ماسه ای با نرم افزار FLAC3D بررسی شده و نتایج آن با نتایج پروژه بین المللی VELACS اعتبار سنجی گردیده است. در مرحله بعدی با انتخاب چینش مثلثی، اثر گروه ستون بر کاهش اضافه فشار آب حفره ای و نشست مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به مشخصات هندسی ستون ها در تحقیق حاضر، نتایج به دست آمده نشان می دهد که با افزایش فاصله مرکز تا مرکز ستون ها، از اثر گروه در کاهش اضافه فشار آب حفره ای کاسته می شود. در یک تعداد معین ستون با کم تر شدن فاصله بین ستون ها، تورم خاک نیز بیشتر می شود. برای فاصله مرکز تا مرکز ستون ها برابر 5/2 تا 5/3 برابر قطر ستون، گروه ستون در کاهش نشست بهتر عمل می کند. با اعمال سربار در مدل با گروه ستون در یک محدوده دایره ای شکل به شعاع تقریبی برابر با فاصله مرکز تا مرکز ستون ها نشست نسبت به حالت بدون ستون کاهش چشمگیری پیدا می کند.