12:30 ق.ظ

قوانین مقیاس و کاربرد‌های مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی

یکی از بهترین روش های بررسی یک پدیده در مهندسی، مدل سازی فیزیکی آن در مقیاس کوچک می باشد. اما در دانش مهندسی ژئوتکنیک، رفتار یک پدیده معمولاً متأثر از سطوح تنش است و با مدل سازی آن در مقیاس کوچک، سطوح تنش مدل نسبت به نمونه واقعی تغییر کرده و نتایج صحیحی حاصل نمی شود. بنابراین استفاده از دستگاه سانتریفیوژ برای مدل سازی در ژئوتکنیک، از مطمئن ترین روش ها است. آگاهی کامل به مبانی و تئوری مدل سازی، چگونگی استخراج روابط بین مدل و نمونه واقعی، فرضیات و خطاهای مدل سازی سانتریفیوژ ژئوتکنیکی برای ساخت یک مدل از نمونه واقعی و همچنین تعمیم نتایج آن امری ضروری است. روابط بین مدل و نمونه واقعی با استفاده از روش آنالیز ابعادی یا معادله حاکم بر مسئله به دست می آید. نکته قابل توجه این که بعضی از پارامترها مانند زمان و سرعت، بسته به نوع پدیده، دارای ضرایب متفاوتی می باشند.

نمایی از یک دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی متعلق به یک مرکز تحقیقاتی در کشور هلند

کاربردهای عمومی جهت استفاده از روش مدل سازی فیزیکی با دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی

کاربردهای عمومی دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی را می توان به شرح زیر بیان نمود:

1 – بررسی و فهم ساز و کار عملکرد و رفتار مصالح ژئوتکنیکی و انواع سازه ها

2 – توسعه و گسترش روش های جدید تحلیل سازه های ژئوتکنیکی با به دست آوردن نتایج کمی از انجام مطالعه اثرات تغییر پارامترها در آزمایش های سانتریفیوژ

3 – مدل سازی شرایط یک ساختگاه ویژه جهت کمک به مطالعات، پیش از آغاز فرآیند طراحی و همچنین ارزیابی و اجرای پروژه

کاربردهای اصلی جهت استفاده از روش مدل سازی فیزیکی با دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی با تمرکز بر تحقیقات مهندسی ژئوتکنیک

کاربردهای اصلی روش مدل سازی سانتریفیوژ را می توان در چهار زمینه زیر تقسیم بندی نمود:

1- مدل سازی نمونه

مدل سازی نمونه، یکی از کاربردهای اصلی این روش برای شبیه سازی و بررسی مسائل مهندسی می باشد. بعضی از کاربردهای متداول شامل بررسی پایداری شیب، ظرفیت شمع و اثر تونل یا حفاری بر سازه های زیرزمینی موجود مجاور می گردد.

2- بررسی و تحقیق پدیده های جدید

مدل سازی سانتریفیوژ به طور موفقیت آمیزی برای مطالعه پدیده های غیرمعمول مختلف و جدید که به خوبی شناخته شده نیستند و مطالعه آن ها بسیار پیچیده است، استفاده می شود. به عنوان مثال، می توان به تکتونیک صفحات، شکل حفرات ناشی از انفجارهای هسته ای، رویدادهای مختلف ناشی از زلزله و پدیده روانگرایی خاک، انتقال آلاینده ها در خاک، رفتار شیب های ساخته شده با مصالح سست در شرایط مختلف بارندگی و زلزله اشاره نمود.

3- مطالعات پارامتریک

معمولاً تلاش زیادی به منظور طراحی و ساخت اولین مدل نیاز است. در حالی که تغییرات کوچک در مدل ساده تر انجام می گیرد. با تغییر بعضی از پارامترهای مدل همچون هندسه، بارگذاری، شرایط مرزی، شدت بارندگی و نوع خاک، حساسیت نتایج آزمایش نسبت به این پارامترها را می توان مورد بررسی قرار داد و پارامترهای دارای بیشترین اثر را مشخص نمود. این کار کمک می کند تا بتوان به طور مستقیم جداول طراحی مفیدی را ایجاد نمود و از آن ها در روند طراحی استفاده نمود. به عنوان مثال، می توان به ظرفیت باربری پی های واقع بر روی شیب و ظرفیت باربری جانبی گروه شمع اشاره نمود.

4- صحت سنجی مدل های عددی

معمولاً برای کنترل صحت نتایج حاصل از روش های عددی، از نتایج آزمایش های فیزیکی همچون مدل سازی با دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی استفاده می گردد. بنابراین، برای بررسی هر مسئله یا پدیده ژئوتکنیکی پیچیده، بهتر است که هم از تحلیل های عددی و هم از آزمایش های فیزیکی همچون مدل سازی با دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی بهره جست. سپس نتایج به دست آمده از این دو روش را با هم مقایسه و صحت سنجی نمود.

در ادامه به نمونه هایی ازکاربردهای دستگاه سانتریفیوژ در حل مسائل خاص مهندسی ژئوتکنیک اشاره می گردد:

بررسی و مطالعه سازه های نگهبان، شامل دیوارهای انعطاف پذیر و دیوارهای خاک مسلح
نمایش و تفهیم بسیاری از مفاهیم ژئوتکنیکی و اندرکنش خاک و سازه در فرآیندهای آموزشی به دانشجویان و علاقه مندان علم مهندسی ژئوتکنیک
سازه های مدفون در زمین و حفاری های زیرزمینی، مطالعه خطوط لوله، کالورت های مدفون، شفت ها و ترانشه ها و تونل ها
پی ها، شامل مطالعه ظرفیت باربری پی سطحی در خاک های چسبنده و غیرچسبنده، پی های عمیق یا شمع ها تحت انواع بارگذاری ها
دینامیک، مطالعه و بررسی انواع سازه های ژئوتکنیکی و بررسی رفتار خاک، تحت بارهای دینامیکی همچون زلزله، انفجار، بارهای دوره ای و تناوبی همچون باد و امواج دریایی
ژئوتکنیک زیست محیطی، شامل ساز و کار انتقال آلودگی در مصالح ژئوتکنیکی، نحوه مدل سازی انتقال آلودگی در محیط
مدل سازی پدیده های زمان بر و پیش بینی آینده

مدل سازی به وسیله دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی متعلق به یک مرکز تحقیقاتی در آمریکا

قوانین مقیاس حاکم بر مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی

مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی، این امکان را برای مهندسان ژئوتکنیک فراهم می کند تا به مطالعه، تحلیل و طراحی ابنیه ژئوتکنیکی بپردازند. روش مدل سازی در حقیقت یک شبیه سازی و کوچک نمایی از نمونه واقعی است تا از این طریق پاسخ واقعی سازه بررسی و مورد مطالعه قرار گیرد. بنابراین جهت حصول اطمینان از صحت پاسخ مدل، می بایست مدل سازی بر اساس معیارها و قوانین مشخصی صورت پذیرد. در علم مکانیک سیالات کنترل صحت مدل سازی با اعداد بدون بعدی همچون عدد رینولدز، فرود یا ماخ صورت می پذیرد اما در مهندسی ژئوتکنیک پارامتر بی بعد تعریف نشده است. از این رو، برای کنترل صحت مدل سازی سانتریفیوژ (Ng) می بایست اثر کوچک نمایی در مدل که اثر مقیاس ‌نامیده می شود، بررسی شود. بدین منظور می بایست رابطه بین مقادیر پارامترها در مدل آزمایشگاهی با مقادیر متناظر آنها در نمونه واقعی محاسبه گردد. به بیان دیگر، باید قوانین مقیاس در مدل استخراج گردد تا تحلیل نتایج به دست آمده از مدل برای پیش‌ بینی نتایجی که در نمونه واقعی رخ خواهد داد، میسر شود.

استحصال قوانین مقیاس در هر مدل سازی به دو روش انجام می پذیرد:

1) روش آنالیز ابعادی

2) بررسی معادله دیفرانسیل حاکم بر مسئله

در ادامه قوانین مقیاس حاکم بر مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی تحت جدول زیر آورده شده است.

منابع

معماری، فرزاد، “بررسی رفتار مونوپایل تحت بارگذاری جانبی در خاک کربناته با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی”، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده فنی، دانشگاه تهران، شهریور 1398
معین، بهزاد، “مبانی مدل سازی پدیده های ژئوتکنیکی با دستگاه سانتریفیوژ”، پانزدهمین کنفرانس دانشجویان عمران سراسر کشور، دانشگاه ارومیه، شهریور 1393
مرادی، محمدعلی، جعفریان، یاسر، “تاریخچه، تئوری و خطاهای مدلسازی در آزمایش های سانتریفیوژ ژئوتکنیکی”، اولین کنفرانس ملی مکانیک خاک و مهندسی پی، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، آذر 1393

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :

مطالب مرتبط :

دسته بندی: مطالعات ژئوتکنیک, مقالات تخصصی ژئوتکنیک و سازه فلزی برچسب ها: مدل سازی, مدل سازی ژئوتکنیکی, مطالعات ژئوتکنیک

قوانین مقیاس و کاربرد‌های مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی

کاربردهای عمومی جهت استفاده از روش مدل سازی فیزیکی با دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی