Geomechanics in Soil, Rock, and Environmental Engineering

از زمان ورود به قرن بیست و یکم، تجزیه و تحلیل و طراحی سازه های ژئوتکنیکی مانند پی ها، گودبرداری ها، تونل ها و شیروانی ها به سرعت پیشرفت کرده است. یکی از دلایل بارز این موضوع را می توان در دسترس بودن و نیز سهولت برنامه های رایانه ای و نیز وجود اینترنت دانست. استفاده از نرم افزار، تجزیه و تحلیل پیچیده را بسیار ساده می کند و طرح ها را می توان با استفاده از آن بهبود و اصلاح نمود. با این حال، هنوز نیاز به بررسی دقیق نتایج هر تجزیه و تحلیل و تصمیم گیری در مورد صحیح بودن نتایج وجود دارد. بررسی دقیق پارامترهای ورودی و خروجی در تمامی کارهای طراحی ضروری است و وارد کردن ورودی و خروجی گرافیکی پیشرفته در نرم افزارهای رایانه ای این فرآیند را آسان کرده و در کاهش خطاها تاثیر داشته است. با توجه به تمامی این موارد، هنوز نیاز شدیدی به قضاوت مهندسی وجود دارد و این هنوز باید در مراحل مختلف مهندسی اعمال شود، حتی اگر ابزارهای تجزیه و تحلیل روز به روز قدرتمندتر شوند. بنابراین در کتاب ژئومکانیک در خاک و سنگ در کنار ارجاعات زیادی که به نرم افزارهای پیشرفته وجود دارد، روش های محاسبه دستی زیادی نیز ارائه شده است. این موارد امکان بررسی ساده و سریع تحلیل های پیشرفته تر را فراهم می کند. اگر بتوان مسئله را ساده و به صورت دستی بررسی نمود، آن گاه می توان ترکیب نرم افزار و کنترل های مهندسی را به عنوان ابزاری قدرتمند و مفید برای تصمیم گیری در مورد پذیرش نتایج محاسبات عددی در نظر گرفت.
از آنجایی که امروزه استفاده از روش های عددی در بین مهندسین رایج هستند، مقدمه ای بر روش های اجزای محدود و لایه‌های محدود در فصل‌های اولیه کتاب ژئومکانیک در مکانیک خاک و سنگ ارائه شده است. سپس، فصل های بعدی به کاربرد ژئومکانیک در مکانیک خاک و سنگ می پردازد. استفاده از این روش های عددی در جایی که قابل اجرا هستند ذکر شده است. به عنوان مثال، روش های لایه محدود را می توان برای نشست پی ها، مسائل مرتبط با تحکیم، تجزیه و تحلیل پی های گسترده شمع دار و مسائل ژئوتکنیکی مربوط به آلودگی به کار برد. روش های اجزای محدود برای اکثر مسائل ژئوتکنیکی قابل اجرا هستند. تجزیه و تحلیل تنش، تحکیم، تراوش، اندرکنش خاک – سازه و مکانیک سنگ برخی از این کاربرد ها هستند.
روش های جدیدی که در زمینه بهینه سازی مطرح می‌شوند نیز تا حد امکان در کتاب ژئومکانیک در خاک و سنگ ذکر شده است. این روش ها شامل یافتن راه حل هایی برای به حداقل رساندن یک مقدار نظیر بار اعمال شده و یا توان اتلاف شده در میدان های تنش یا سرعت در نقاط گسسته می باشد. این روش ها در طیف وسیعی از مسائل ژئوتکنیکی کاربرد دارد. در این روش ها برای موارد مختلف پیش رو یک حد بالا و یک حد پایین در نظر گرفته می شود و بدین وسیله یک محدوده برای جواب در واقعیت تعیین می شود. به عنوان مثال برای تعیین بار مجاز برای گسیختگی حدود بالایی و پایینی تعیین می شود. در واقعیت سعی می شود تا بار وارده از این محدوده تخطی ننماید.
بسیاری از مسائل مرسوم (کلاسیک) در مکانیک خاک تا حدی حل شده اند و در سال های اخیر راه حل های جدیدی در دسترس قرار گرفته است که یا نشان می دهد که راه حل های گذشته از دقت معقولی برخوردار بوده و ممکن است همچنان قابل اجرا باشند یا نشان می دهد که این روش ها دیگر نباید مورد استفاده قرار گیرند. به عنوان مثال استفاده از روش گوه گسیختگی کولمب برای محاسبه فشارهای مقاوم زمین در زاویه اصطکاک های بالا به هیچ وجه توصیه نمی شود چرا که بررسی ها نشان داده است که در این محدوده مقدار خطای محاسبات قابل توجه بوده و بنابراین دیگر نیازی به استفاده از آنها نیست. علاوه براین مقادیر مدرن دقیق تری نیز در دسترس هستند.
امروزه محیط زیست به طور فزاینده ای در بین مهندسین اهمیت یافته است. بنابراین یک فصل به ملاحظات زیست محیطی اختصاص یافته است. زباله های شهری و صنعتی یک مشکل فزاینده برای شهرهای بزرگ است و مکان های دفن زباله به سرعت در حال مصرف شدن هستند. مشکل جداسازی زباله ها به گونه ای که آلودگی بیشتری ایجاد نکند در آینده به موضوعی اساسی تبدیل خواهد شد و امروز باید به آن پرداخته شود.
دفن زباله های معدن نیز به یک مشکل در آینده تبدیل خواهند شد زیرا باید به طور ایمن دفع شوند. روش ریختن زباله به رودخانه ها و دریاها بدون تصفیه یا مهار امروزه دیگر قابل قبول نیست، بنابراین جنبه زیست محیطی ژئومکانیک در فصل 11 مورد بررسی قرار گرفته است.
مکانیک سنگ یک بسط منطقی برای مکانیک خاک است و اغلب در متون مربوط به ژئومکانیک نادیده گرفته می شود. در این کتاب، مقدمه ای برای مکانیک سنگ ارائه می شود که ممکن است به دانشجویان و متخصصانی که مایلند درک اساسی از طراحی پی ها و حفاری ها در سنگ به دست آورند، کمک کند. ضمناً متون دقیق تری در دسترس هستند و در صورت امکان خواننده تشویق می شود تا مقالات و کتاب های درسی اشاره شده در فصل مکانیک سنگ را مطالعه و بررسی نماید. مطالب مندرج در این کتاب اطلاعاتی است که برای نویسنده در زمان خود به عنوان استاد دانشگاه و به عنوان مهندس مشاور مفید بوده است و امید است به عنوان یک منبع برای خواننده نیز مورد استفاده قرار گیرد.
در مجموع این کتاب شامل 12 فصل می باشد و نویسنده سعی کرده است تا خواننده را با مباحث مختلف در مکانیک خاک و قدری هم مکانیک سنگ آشنا سازد. نحوه فصل بندی این کتاب بدین صورت است که در فصل اول پیشینه ای در مورد این آزمایش ها و مفاهیم اساسی ارائه می دهد. در فصل 2 مبحث روش های لایه ای محدود بررسی شده است چرا که مشکلات زیادی در زمینه ژئومکانیک وجود دارد، جایی که لایه های خاک به صورت توده ای متشکل از لایه های افقی با مشخصات یکسان در جهات مختلف به شکلی ایده آل فرض می شود. این در حالی است که در واقعیت مشخصات و ویژگی های خاک ممکن است در جهات مختلف متفاوت باشد. در فصل 3 روش اجزای محدود به عنوان یکی از پر کاربردترین روش ها در تجزیه و تحلیل سازه های ژئوتکنیکی مورد بررسی قرار گرفته است. اکثر روش های تحلیلی و عددی که در فصل های مختلف این کتاب ارائه می شوند به پارامترها و خواص مختلف برای استفاده در تجزیه و تحلیل نیاز دارند. این پارامترها ممکن است از آزمایش های آزمایشگاهی یا از آزمایش های صحرایی یافت شوند زیرا اولا این آزمایش ها در محل پروژه انجام می شود و ثانیا آزمایش های صحرایی معمولا از آزمایش های آزمایشگاهی روش مقرون به صرفه تری برای به دست آوردن خواص خاک است. در فصل 4 به آزمایش های آزمایشگاهی رایج در ژئوتکنیک مانند آزمایش SPT ، CPT ، VST و … پرداخته شده است. در فصل های 5 و 6 از کتاب ژئوماکنیک در خاک و سنگ مباحث مربوط به پی های سطحی و پی های عمیق به خوبی پوشش داده شده است. پایداری شیروانی ها بخش مهمی از مهندسی ژئوتکنیک است، زیرا برخی از بزرگترین آسیب های مالی و جانی از طریق لغزش ها رخ داده است. نیروی وزن می تواند به تنهایی عامل لغزش شیروانی ها باشد ولی از اثرات زلزله در این موضوع نیز نمی توان چشم پوشی نمود. مهم تر از آن، وجود آب در یک شیروانی است که می تواند باعث ناپایداری شیروانی شود و اغلب پس از بارندگی ها این موضوع رخ می دهد. بنابراین مهندسین باید به آن توجه نمایند. موضوع پایداری شیروانی ها در فصل 7 بررسی شده است. در فصول 8 و 9 کتاب بحث گودبرداری و روش های مختلف پایدارسازی مطرح شده است. اگر زمین یک پروژه برای هدفی که برای آن در نظر گرفته شده است مناسب نباشد باید تا حد امکان با کمک روش های رایج بهسازی خاک مشخصات خاک محل را اصلاح نمود. فصل 10 از کتاب دانلود کتاب ژئومکانیک در خاک و سنگ به شکل مناسبی به موضوع بهسازی خاک و روش های ژئوتکنیکی موجود در این زمینه پرداخته شده است. در فصل 11 برخی مباحث ژئوتکنیک زیست محیطی نظیر انواع مدفن ها مطرح شده است. در فصل پایانی کتاب یعنی فصل 12 به شکل مختصری به مفاهیم مکانیک سنگ اشاره شده است.