عناوین پایان نامه‌های دکترا
رشته مهندسی عمران – مهندسی زلزله (گرایش ژئوتکنیک )
دوره اول سال تحصیلی ۷۶-۱۳۷۵

علی شفیعی
بررسی رفتاراستاتیکی وتناوبی رسهای مخلوط با مصالح دانه ای اشباع با نگرشی ویژه به تغییرات فشار آب منفذی

برای شناسایی آزمایشگاهی رفتار مصالح مخلوط (Mixed or Composite) که دانه بندی گسترده ای از رس تا شن و حتی قلوه سنگ را پوشش می دهد، با توجه به ابعاد نمونه‌های متعارف، محدودیت وجود دارد و بایستی براساس حداکثر ابعاد نمونه‌های آزمایشگاهی دانه بندی متناسب اختیار گردد. بدلیل این محدودیت و همچنین مشکل تهیه نمونه مناسب از اینگونه مصالح، در عرف مهندسی بیشتر از آزمایشات صحرایی استفاده می گردد و در پروژه‌هایی که انجام آزمایشات آزمایشگاهی در آن ضروری به نظر می رسد از مصالح با دانه بندی اصلاح شده استفاده می گردد. این اصلاح می تواند حتی در شرایطی نظیر رس های شن دار صرفاً به انجام آزمایش برروی بخش رسی و تعمیم نتایج آن به کل مصالح مخلوط (با فرض محافظه کارانه بودن برآورد مشخصات خاک در این شرایط) منجرگردد. ب این وجود نتایج آزماشهای سه محوری تناوبی برروی رسهای مخلوط مورد استفاده در هسته سد کرخه نشان داد که فشار آب منفذی بیشتری در بارگذاریهای تناوبی در مصالح مخلوط نسبت به رس خالص ایجاد می گردد که این امر به رسیدن سریعتر تنش موثر در مصالح مخلوط به حد مقاومت نهایی منجر می شود. نکته مهم در ارزیابی نتایج آزمایشات این بود که فرض تقویت مشخصات خاک با افزایش مصالح دانه ای بعنوان یک نگاه کلاسیک در مکانیک خاک، در مورد خاکهای مخلوط و اشباع از نوع مصالح مورد استفاده در هسته سد کرخه بویژه در بارگذاریهای تناوبی، بایستی مورد تردید جدی قرارگیرد و همین امر سرآغاز تبیین چارچوب کلی رساله حاضر قرارگرفت تا در یک نگاه تحقیقاتی انواع تأثیرات بخش دانه ای (شامل حجم، سطح و ساختار) رسهای مخلوط متراکم برروی تغییرات فشار آب منفذی (به عنوان پارامتر اصلی رفتار مکانیکی خاهای چسبنده اشباع) در بارگذاریهای استاتیکی وتناوبی کنترل کرنش زهکشی نشده مورد ارزیابی قرارگیرد. در این تحقیق نمونه‌هایی متشکل از رس کائولن و درصدهای مختلفی از دانه‌های شنی و ماسه ای بصورت متراکم تهیه شده و در تنشهای همه جانبه مختلفی تحکیم و مورد آزمایش قرارگرفتند. نتایج این تحقیق مشخص ساخت که حجم دانه‌ها تأثیرگذارترین عامل بر تغییرات فشار آب منفذی است به طوریکه با افزایش حجم دانه‌ها فشار آب منفذی بیشتری تولید می گردد. همچنین سطح تماس دانه‌ها تأثیر قابل توجهی برروی تغییرات فشار آب منفذی تحت بارگذاریهای استاتیکی ندارد ولیکن در بارگذاریهای تناوبی افزایش سطح دانه‌ها به افزایش محدود فشار آب منفذی پس ماند، منجر می گردد. علاوه بر اینها حضور دانه‌ها در یک محیط چسبنده سبب ایجاد ساختاری (Framework ) غیرهمگن از لحاظ تنش موثر و تغییرشکل بعد از تحکیم در بخش رسی مصالح مخلوط می گردد بطوریکه بخشی از مصالح چسبنده (پلهای رسی) در تنشهای بیش از تنش همسان وارد شده تحکیم و بخشی دیگر (رس محصور بین دانه‌ها و پلها)در تنشی کمتر از تنش همسان وارد شده تحکیم می شوند. افزایش حجم و سطح دانه‌ها سبب نمود بیشتر تأثیر ساختار و متعاقباً تولید فشار آب منفدی بیشتری می گردد. نهایتاً در این تحقیق توصیه‌های لازم در مورد کاربرد نتایج بدست آمده در طراحی و اجرای هسته سدهای خاکی ارائه گردیده است.

محمد داودی
ارزیابی مشخصات دینامیکی سدهای خاکی با استفاده از آزمایشهای ارتعاش محیطی و اجباری

تحقیق حاضر که به منظور شناسایی مشخصات دینامیکی دو سد خاکی بزرگ در کشور با استفاده از آزمایشهای ارتعاشی درجا و مدلهای عددی و همچنین پیمودن گامهایی در زمینه اصلاح روشهای انجام آزمایش، پردازش نتایج حاصل از آن و ارائه پیشنهاداتی جهت تهیه مدل عددی دقیق بدنه سد تعریف شده بود با جمع آوری سوابق و مبانی آزمایشهای ارتعاشی درجا و مرور ادبایت فنی در زمینه مطالعه رفتار لرزه ای سدهای خاکی آغاز شد. براساس تجارب کسب شده از آزمایشهای ارتعاشی برروی سدهای خاکی در دیگر کشورهای جهان و بر روی انواع دیگر سازه‌های انجام شده در ایران، آزمایشهای ارتعاشی سدهای خاکی مارون و مسجد سلیمان برای اولین بار در ایران انجام شد بطوریکه جهت دستیابی به مقادیر فرکانسها، اشکال و میرایی های مودی، پاسخ نقاط مختلف بدنه سدهای مذکور به ارتعاشات محیطی، ارتعاشات حاصل از انفجارهای مختلف سایتی و ارتعاش اجباری(تنها برروی سد مسجد سلیمان) ثبت گرید و به منظور دستیابی به پارامترهای دینامیکی در جای سد، آزمایشهای ژئوسایزمیک انجام شد. با انتخاب روش های مناسب پردازش، نگاشتهای ثبت شده در هر آزمایش تحلیل شد و پارامترهای مودی در جای بدنه سدهای مذکور بدست آمد. در این راستا با استفاده از آزمایشهای ارتعاش محیطی و ثبت ارتعاشات حاصل از چندین انفجار سایتی در سد مارون، ۱۴ فرکانس مودی اول بدنه سد در محدوده فرکانس های ۴/۱۲- ۱/۲ هرتز در سه جهت بالا دست- پایین دست، قائم و طولی بدست آمد که برای ۶ مود اول، اشکال مودی نیز شناسایی شد. در سد مسجد سلیمان، به دلیل استفاده از آزمایشهای ارتعاش اجباری در سه جهت، در کنار آزمایشهای ارتعاش محیطی و انفجار(درترازهای مختلف آب مخزن وبدنه سد)، امکان شناسایی مودهای بیشتر و با دقت برتر فراهم گشت بدین صورت که در محدوده فرکانس های ۸/۱۴- ۵/۱ هرتز، ۲۳ فرکانس مودی بدنه سد بدست آمد که برای ۱۶ مود اول، اشکال مودی نیز شناسایی شد. براساس تجارب بدست آمده از آزمایشها و پردازش نتایج، آلگوریتم روش انجام بهتر انواع آزمایشهای ارتعاشی و نحوه پردازش نگاشتهای ثبت شده نیز ارائه گردید.
براساس نتایج تحلیلهای مودال صورت گرفته در سدهای مارون و مسجد سلیمان، که به صورت مستقل از نتایج آزمایشهای ارتعاش محیطی ، انفجار و اجباری انجام شد، تأثیر عوامل مختلف در افزایش دقت مدل عددی بررسی گردید. تأثیر عواملی همانند استفاده از تعداد مقاطع مختلف جهت معرفی شکل هندسی سه بعدی سد، استفاده از حالات مختلف پارامترهای مصالح(شامل بهره جستن از نتایج آزمایشهای ژئوسایزمیک)، فرض فونداسیون صلب و یا انعطاف پذیر، استفاده از ضخامتهای مختلف بستر و تکیه گاهها جهت مدل کردن شکل هندسی فونداسیون، تأثیر حالات مختلف جرم فونداسیون مدل شده و تأثیر ترازهای مختلف آب مخزن بر مشخصات مودی سد از جمله مواردی بودند که نقش آنها در تغییر مقادیر فرکانسها واشکال مودی بدنه سد مشخص گردید. مطالعات مذکور منجر به شناسایی ۸ مود اول ارتعاشی بدنه سد(شامل شناسایی فرکانسها و اشکال مودی) درمحدوده فرکانسهای ۵/۳- ۲ هرتز برای سد مارون ۶۵/۳-۶۵/۱ هرتز برای سد مسجد سلیمان شد که درحالت دقیقترین مدل عددی تهیه شده، اختلاف فرکانس طبیعی مود ارتعاشی پایه حاصل از تحلیل عددی و آزمایشات ارتعاشی درجا در سد مارون به ۵% و در سد مسجد سلیمان به ۱% محدود می گردد.
در مجموع، با مقایسه نتایج تحلیلهای مودال و آزمایش های ارتعاش محیطی، انفجار و اجباری، تأثیر مثبت ورود جرم فونداسیون درمدل عددی جهت شناسایی مودهای ارتعاشی پایین و در نظر گرفتن حالت بدون جرم در مطالعه مودهای ارتعاشی بالا مشاهده شد. همچنین نتایج تحلیل نشانداد که استفاده از ایده تغییر سرعت موج برشی درعمق نسبت به استفاده از روابط تجربی به منظور تعیین حداکثر مدول برشی، نتایج دقیقتری ارائه می نماید.
علاوه بر تحلیلهای مودال صورت گرفته، به منظور بررسی تأثیر افزایش دقت برآورد فرکانس های مودی برافزایش دقت برآورد توزیع تنش وپایداری لرزه ای سدهای خاکی، تحلیل دینامیکی سد مسجد سلیمان در زمین‌لرزه‌های متوسط وضعیف، با استفاده از روش تحلیل طیفی دوبعدی انجام شد و با فرض رفتار لرزه ای سد در حالت مود اول ارتعاشی، تغییرات ضریب اطمینان پایداری چهار سطح مستعد لغزش سد مسجد سلیمان در اثر اصلاح شرایط مرزی وپارامترهای مصالح بدست آمد.
در مجموع، با استفاده از تحلیلهای طیفی صورت گرفته، نقش تعیین کننده جرم فونداسیون در برآورد پایداری لرزه ای(به هنگام زمین‌لرزه‌های متوسط و ضعیف) مشاهده شد. همچنین نتایج تحلیل نشان داد که در زمین‌لرزه‌های مذکور، اصلاح پارامترهای دینامیکی مصالح که منجر به اصلاح فرکانسهای مودی بدنه سد می شود، سطح تنشهای دینامیکی در نقاط مختلف بدنه سد و در نتیجه ضریب پایداری سطوح مستعد لغزش را نیز تغییر می دهد. بدیهی است اصلاح ضرایب پایداری در حد ارقام ذکر شده در این تحقیق که با کمک گرفتن از نتایج آزمایشهای ارتعاشی درجا بدست آمد، برای سازه مهمی نظیر سد خاکی اهمیت قابل توجهی دارد.