عناوین پایان نامه‌های دکترا
رشته مهندسی عمران – مهندسی زلزله (گرایش ژئوتکنیک )
دوره ششم سال تحصیلی ۸۳-۱۳۸۲

مرتضی جیریایی شراهی
تحلیل دینامیکی محیطهای متخلخل اشباع سه بعدی در فضای زمان با استفاده از روش اجزاء مرزی

حل مسائل انتشار امواج در محیطهای متخلخل اشباع یکی از مهمترین موضوعات ژئوتکنیک لرزه ای و مهندسی زلزله است. تحلیل دقیق پاسخ لرزه ای یک آبرفت اشباع, مستلزم استفاده از معادلات کوپله حاکم بر تعادل دینامیکی محیطهای دو فازه, مدلسازی صحیح رفتار اسکلت خاک و همچنین انتخاب شرایط مرزی مناسب جهت ارضاء پدیده تشعشع امواج است. خاک متخلخل اشباع را می توان یک محیط دو فازه شامل اسکلت متشکل از ذرات جامد, ونیز سیال موجود در درون حفرات بهم پیوسته درنظر گرفت که رفتار دینامیکی هر دو فاز و نیز رفتار ترکیب آنها, از اصول حاکم بر مکانیک محیطهای پیوسته تبعیت می کند.
در بسیاری از موارد می توان از تراکم پذیری ذرات جامد و سیال در برابر تراکم پذیری اسکلت خاک صرفنظر نمود و آنها را تراکم ناپذیر فرض کرد. از طرفی در پدیده های با سرعت متوسط, از قبیل زلزله نشان داده شده است که می توان از مولفه اینرسی نسبی سیال نسبت به اسکلت صرفنظر و فرم ساده تری از معادلات دیفرانسیل کوپله حاکم که u-p نام دارد اختیار نمود.
روش اجزاء مرزی یکی از روشهای کارآمد تحلیل عددی مسائل انتشار امواج در محیطهای خطی محدود و نامحدود است. از مزایای این روش آن است که ضمن کاهش تعداد درجات آزادی مورد نیاز در مقایسه با روشهای حجمی چون اجزاء محدود, با ارضاء کامل میرایی تشعشعی هرگونه نیاز به کاربرد مرزهای جاذب انرژی و مدلهای حجیم را برطرف می سازد.
هدف اصلی تحقیق حاضر, تهیه یک الگوریتم اجزاء مرزی مناسب جهت تحلیل دینامیکی محیطهای متخلخل اشباع سه بعدی در فضای زمان بر اساس فرمولبندی u-p با بهره گیری از فرضیات ساده کننده تراکم ناپذیری ذرات سیال و جامد است. برای این منظور ابتدا معادلات دیفرانسیلی حاکم, متناسب با فرضیات یاد شده استخراج و باز نویسی شده است. پس از آن معادلات انتگرالی مرزی حاکم و نیز فرم ماتریسی آنها ضمن عملیات جداسازی در زمان و مکان, استخراج شده است. سپس پاسخهای اساسی نظیر فرمولبندی u-p با فرض تراکم ناپذیری ذرات جامد و سیال و در ادامه هسته های دینامیکی مورد نیاز جهت حل تحلیلی انتگرالهای کانولوشن, با فرض تغییرات خطی میدانهای تغییر مکان و تنش در گام زمانی (Δt) و همچنین فرض ثابت بودن آنها در گام زمانی, استخراج شده است. نهایتا نرم افزاری مناسب, جهت عددی سازی الگوریتم اجزاء مرزی مورد نظر تدوین شده است. اعتبار و دقت الگوریتم پیشنهادی, با حل چند مثال عددی کلاسیک و مقایسه جوابهای بدست آمده با پاسخهای موجود در ادبیات فنی نشان داده شده است.
دستاوردهای اصلی تحقیق حاضر را می‌توان در سه محور زیر خلاصه نمود:

  • استخراج جوابهای اساسی ساده‌تر برای محیط پوروالاستودینامیک سه بعدی در فضای زمان؛
  • استخراج هسته‌های تحلیلی معادله انتگرالی کانولوشن محیط پوروالاستودینامیک سه بعدی؛
  • تدوین الگوریم و نرم‌افزار اجزاء مرزی مناسبی جهت تحلیل دینامیکی محیطهای متخلخل اشباع سه بعدی در فضای زمان؛

حمید رضا توکلی
بررسی رفتار مکانیکی رسهای مخلوط متراکم تحت مسیرهای بارگذاری مختلف با نگرش ویژه به تغییرات فشارآب منفذی

مصالح مخلوط که طیف وسیعی از انواع خاک شامل رس، سیلت، ماسه، شن و حتی قلوه سنگ را در بر می‌گیرد، در طبیعت به ویژه دررسوبات طبیعی و همچنین در سازه‌های ژئوتکنیکی بوفور یافت می¬شود. اگرچه مطالعه رفتار مکانیکی اینگونه مصالح خاکی یکی از نیازهای اساسی بخش مهندسی ژئوتکنیک می باشد لیکن بدلیل پیچیدگی شناخت رفتار مصالح مخلوط، اکثر مطالعات بر روی رفتار مصالح چسبنده خالص یا دانه ایی تمیز صورت پذیرفته است. رسهای مخلوط از جمله مصالح مخلوطی هستند که بررسی رفتار آنها در سالهای اخیر مورد توجه محققین کشور قرار گرفته است. در این تحقیق نیز، نتایج مطالعات انجام شده در زمینه تکمیل شناخت رفتار مکانیکی رسهای مخلوط بعنوان هسته سدهای خاکی تحت مسیر های بارگذاری استاتیکی و تناوبی مختلف با نگرش ویژه به تغییرات فشارآب منفذی( بعنوان پارامتر اصلی در بارگذاریهای زهکشی نشده این نوع مصالح) ارائه شده است. برای پوشش گسترده تر مطالعه رفتار مکانیکی رسهای مخلوط، آزمایش های سه محوری استاتیکی فشاری و کششی، سه محوری تناوبی کنترل کرنش و کنترل تنش، سه محوری استاتیکی پس تناوبی و برش پیچشی تناوبی کنترل کرنش و کنترل تنش تحت شرایط تحکیمی همسان و یا غیر همسان در دستور کار قرار گرفت.
جهت انجام آزمایش های برش پیچشی تناوبی نیاز به دستگاه برش پیچشی بود که راه اندازی و عملیاتی کردن آن از موارد ضروری تحقیق حاضر بوده است. بدین منظور، برخی از قسمت های مکانیکی دستگاه مذکور اصلاح شده و بعلت مشکلات نرم افزار اصلی آن، بخش نرم افزاری دستگاه بطور کامل بازنویسی گردید. علاوه بر این، برای انجام سریعتر آزمایش ها و بالا بردن عملکرد دستگاه، دو سلول پشتیبانی جهت تحکیم و اشباع و همچنین قالب ها و چکش نمونه سازی طراحی و ساخته شد.
نتایج این مطالعه نشان می دهد که حجم دانه ها و مسیر بارگذاری تاثیر گذارترین عامل بر تغییرات فشار منفذی می باشند. با افزایش حجم دانه ها در بارگذاری های استاتیکی و تناوبی کنترل کرنش، فشار منفذی افزایش یافته ولی با افزایش حجم دانه ها در بارگذاری های تناوبی کنترل تنش، فشار منفذی کاهش می یابد. همچنین نتایج آزمایش ها نشان می دهند که در اثر بارگذاری تناوبی، سختی نمونه ها در بارگذاری پس تناوبی کاهش می یابد.
نتایج آزمایش های برش پیچشی بر روی نمونه های مخلوط بیانگر اینست که روند تغییرات فشار منفذی در این نوع بارگذاری مشابه روند تغییرات فشار منفذی در آزمایش های سه محوری تناوبی می باشد ولی چرخش محور های تنش اصلی منجر به تولید فشار منفذی کمتری در آزمایش های برش پیچشی تناوبی نسبت به شرایط مشابه در آزمایش های سه محوری تناوبی گردید.
از آنجاییکه آزمایش های تناوبی انجام شده در این تحقیق از نوع کنترل کرنش و کنترل تنش بوده و از نگاه کرنش و یا تنش تنها، رفتار متفاوت در این نوع مصالح مشاهده می گردد، برای توصیف رفتار، مدلسازی تغییرات فشار منفذی در بارگذاری های تناوبی به روش انرژی انجام گردید که می تواند تغییرات فشار منفذی را بدون وابستگی به حالات بارگذاری از قبیل کنترل کرنش و یا کنترل تنش (علاوه بر ملحوظ شدن طبیعی تعداد سیکل بارگذاری) ارائه نماید که استفاده از آن کاربردی ترخواهد بود.