Plasticity and Geomechanics

پلاستیسیته و ژئومکانیک در ادامه کتابی با عنوان الاستیسیته و ژئومکانیک نگارش شده است. به مانند کتاب قبلی، این متن بیشتر یک کتاب درسی است تا رساله یا کتاب مرجعی در این زمینه. کتاب پلاستیسیته و ژئومکانیک از کامل کردن یادداشت های درسی و با همراهی دانشجویان با استعداد نگارش شده است. خوشبختانه این کتاب توضیحی ساده و ملموس از مفاهیمی ارائه می دهد که، با این که به طور گسترده در کارهای مهندسی به کار می روند، معمولا دانشجویان به سختی آن را درک می کنند. پلاستیسیته فلزات به خودی خود پیچیدگی زیادی دارد، حال این که، به جای فلزات، در مصالحی که ما با آن ها سروکار داریم یعنی خاک یا سنگ، میزان پیچیدگی مفاهیم به مراتب بیشتر می شود. کتاب پلاستیسیته و ژئومکانیک در تلاش است که ایده ها و مفاهیم مربوط به این علم را گره گشایی کند و تصویری، تا حد امکان واضح، از مفاهیمی که کماکان در حال توسعه هستند ارائه دهد.

چیدمان فصل های کتاب پلاستیسیته و ژئومکانیک به این شرح است: فصل های 1 و 2، برخی از مفاهیم پایه ای تنش و کرنش و همچنین مبانی الاستیسیته را مرور می کند. فصل 2 همچنین توضیحی کلی از پاسخ غیر الاستیک در خاک، با تاکید بر تعریف مشخصات جاری شدن تحت فشار همه جانبه و اتساع در اثر برش ارائه می دهد. فصل های 3 و 4 ایده های بنیادی سطح گسیختگی و قوانین جریان را شرح می دهد. هندسه فضای تنش اصلی با جزئیات توضیح داده شده است. مکان هندسی سطح گسیختگی برای فلزات، برای مصالح کولمبی و برخی از اصلاحات مصالح کولمبی ارائه شده است. سطوح گسیختگی برای رس کم (Cam Clay) و رس کم اصلاح شده (Modified Cam Clay) به اختصار بیان شده است.

فصل 4 ایده های بنیادی تعامد و قانون جریان متحد و همین طور قانون جریان غیر متحد را شرح می دهد. مفاهیم پلاستیسیته کامل و سخت شوندگی توضیح داده شده و یک رابطه تنش-کرنش کامل برای مصالح با قانون جریان غیر متحد ارائه شده است. در هر زمانی که امکانش وجود داشت، مفاهیم مهم مثل تعامد به وسیله مثال های ساده شرح داده شده اند. مثال های پیچیده تر ولی مهم از جهت کاربرد از گسترش حفره نیز بررسی شده است. فصل 5 قضایای بار گسیختگی و تحلیل حدی را توضیح می دهد. این فصل طولانی ترین فصل کتاب است. این فصل سعی دارد توضیحی واضح از چیزی که ممکن است به هنر یافتن تنش (مرز پایین) و تغییرشکل (مرز بالا) مناسب برای مسائل کاربردی معروف باشد، ارائه دهد. فصل 6 توضیحی از خط لغزش ارائه می دهد. برای سادگی بیشتر، این موضوع در ابتدا برای مصالح کاملا چسبنده توسعه یافته است. مصالح اصطکاکی نیز در کنار مصالح کاملا چسبنده توضیح داده شده است و تا جای امکان از ارائه محاسبات ریاضی پیچیده پرهیز شده است. در نهایت در فصل 7، سخت شوندگی و مکانیک خاک حالت بحرانی شرح داده شده اند. در فصل های پیشین، سعی شده که از توضیحات اضافی پرهیز شود ولی برای توضیح مفاهیم مهم به وسیله مثال تلاش زیادی انجام گرفته است. مبانی تئوری حالت بحرانی با استفاده از رس کم (Cam Clay) به همراه مثال های ساده مورد بررسی قرار گرفته است. تئوری میکرومکانیکی برای فشار عمودی یا خالص خاک ایده آل نیز در این فصل ارائه شده است. در سرتاسر کتاب، انتخاب مصالح، با اعتقاد به اهمیت سادگی و تمایل به در دسترس قرار دادن ایده های اساسی برای دانشجویان هدایت می شود.

هر فصل با فهرستی مختصر همراه است که جزئیات منابع اصلی مصالح را ارائه می کند و با مراجعی با اطلاعات اضافی از حالت کلی تر تکمیل می شود. همچنین، در ادامه هر فصل تعدادی مسئله برای کمک به افزایش درک و مهارت خواننده ارائه شده است. کتاب با تعدادی پیوست به انتها می رسد. این پیوست ها برخی از مفاهیم را توسعه داده و با جزئیات بیشتری بیان کرده که ممکن است با روند نگارش متن اصلی کتاب چندان سازگار نباشد. بیشتر جنبه های محاسبات ریاضی مفاهیم در این قسمت قرار داده شده است. به ویژه، اثبات قضایای مهم تحلیل حدی و همین طور توسعه کامل دایره موهر، اقدامات ظاهری و یکتایی راه حل ها نیز ارائه شده است.

حجم زیادی از این کتاب به مصالح پلاستیک کامل اختصاص یافته است. این موضوع ممکن است با در نظر داشتن توجه اخیر به تئوری های حالت بحرانی برای خاک عجیب باشد ولی در دیدگاه نویسندگان این دانش بسیار ضروری است. فهم قوی از قوانین بنیادین، زمینه تخصص یافتن در هر موضوعی است و پلاستیسیته نیز از این قائله مستثنا نیست. این موضوع علاوه بر دانشجویان برای نویسندگان نیز جای نگرانی دارد که در سال های اخیر تقاضاها در برنامه آموزشی مهندسان به گونه ای بوده که بسیاری از دانشجویان فرصت اندکی برای به دست آوردن پیش زمینه کافی در مفاهیمی که به جنبه های کلاسیک تئوری پلاستیسیته معروف است داشته اند. این مسئله به جهت پیشرفت های اخیر در دو موضوع به وجود آمده است. مورد نخست مکانیک خاک حالت بحرانی است. تئوری حالت بحرانی به رویکرد جدیدی برای تحلیل مسائل ژئوتکنیکی بدل شده که البته بسیار مناسب است ولی به مانند هر رویکرد و الگویی که به سرعت در حال توسعه است، به یک نگرش طلایی برای بر انداختن روش رایج ارائه واحدهای درسی تمایل وجود دارد. مورد دوم ظهور روش های کامپیوتری در مهندسی است. دسترسی گسترده به کامپیوتر های قدرتمند و کم هزینه به همراه نرم افزارهای تجاری در تمامی جنبه های طراحی مهندسی در طول 20 سال گذشته انقلابی به پا کرده است. این موضوع در بیشتر اوقات تفکراتی ایجاد می کند که در برخی موارد خالی از قضاوت مهندسی است. امروزه حل های عددی تا جایی که منطقی باشند توسعه و بسط زیادی یافته اند. البته، هیچ شکی نیست که این دو مورد یعنی مکانیک خاک حالت بحرانی و راه حل های عددی پیشرفت های مثبتی به شمار می آیند، ولی، برای استفاده قابل اطمینان و مفید از آن ها، باید با فهم عمیق و مناسب از پلاستیسیته پایه و مفاهیم مکانیک محیط های پیوسته همراه شوند. هدف نویسندگان در کتاب پلاستیسیته و ژئومکانیک ارائه توضیحی از مفاهیم بنیادین به ساده ترین روش ممکن و بدون دردسر است.

البته کتاب های خوب بسیاری در مورد تئوری پلاستیسیته وجود دارد. برای دانشجویانی که در ابتدای راه قرار دارند، تک پژوهش کالادین (Calladine)، پلاستیسیته مهندسی، (نقل کامل آن در انتهای فصل 4 آورده شده است) توضیحی بسیار عالی به جنبه های پلاستیسیته فلزات است. رساله نادای (Nadai)، تئوری جریان و شکست در جامدات، (نقل شده در فصل 6) نه تنها مرجعی عمیق و وسیع بوده بلکه برای توسعه ایده های متنوع در بستر مکانیک خاک مدرن به همراه ایجاد پیوندهای قوی با مکانیک محیط های پیوسته قابل توجه است. در قلمرو ادبیات فنی ژئوتکنیکی، تقریبا تمام کتاب های درسی مدرن شامل مقادیر متغیری از مفاهیم مربوط به تئوری و کاربرد پلاستیسیته می شوند.

تعدادی از کتاب ها از زمانی که کتاب مکانیک خاک حالت بحرانی توسط Schofield و Wroth به چاپ رسیده، کم و بیش به تئوری حالت بحرانی اختصاص یافته اند (در فصل 3 نقل شده است). این کتاب به هیچ وجه با هیچ کدام از کتاب های دیگر رقابت نمی کند. در واقع، کاملا برعکس این موضوع صادق است. در این کتاب تئوری حالت بحرانی به دقت بررسی می شود ولی به شکلی بسیار مقدماتی. این کار تنها پس از پرداختن به مفاهیم کلاسیک تحلیل حدی و تئوری خط لغزش انجام می گیرد. نویسندگان صرفا می خواهند که به مخاطب شِمه ای از تحلیل حالت بحرانی ارائه دهند تا مشوقی برای مطالعات بیشتر باشد. در ادبیات فنی تخصصی تر، باید به دو کتاب ویژه اشاره کرد. کتاب تحلیل حدی و پلاستیسیته خاک نوشته Chen (نقل شده در فصل 5) شامل حل های بسیاری در تحلیل حدی است که تعداد زیادی از مسائل کاربردی را در مهندسی ژئوتکنیک پوشش می دهد و کتاب استاتیک محیط خاک به نوشته Sokolovski (نقل شده در فصل 6)، کامل ترین پیشرفت های تحلیل خط لغزش را ارائه می دهد. هر دو کتاب به جنبه های به خصوص پلاستیسیته اختصاص دارند و می توان آن ها را مرجعی برای تحقیق برای دانشجویان مورد توجه قرار داد. هرچند هیچ کدام از آن ها برای توضیح مفاهیم بنیادی مناسب نیستند. هدف نویسندگان در این کتاب، پر کردن شکاف میان مکانیک خاک مقدماتی و کتاب هایی تخصصی تر مثل دو کتاب مذکور و همچنین پرداختن به تئوری حالت بحرانی است.

زمانی که بار کمتر از یک مقدار بحرانی باشد، مهندس ژئوتکنیک به خاک یا سنگ به چشم مصالح الاستیک نگاه خواهد کرد. این کار تقریبی است ولی می تواند به صورتی موثر برای پاسخ به سوالات اولیه به کار رود: به هنگام وارد شدن بارهای کوچک چه تغییرشکل هایی به وجود خواهد آمد؟ تقریب خاک به عنوان مصالح الاستیک خطی در تعدادی از کتاب ها از جمله کتاب دیگر نویسنده این کتاب – الاستیسیته و ژئومکانیک بررسی شده است. در کتاب الاستیسیته و ژئومکانیک مبانی تئوری کلاسیک یا خطی الاستیسیته شرح داده شده و برخی از کاربردهای ساده و سودمند در مهندسی ژئوتکنیک بررسی شده است. کتاب حاضر به منظور پیشرفت و البته توالی منطقی نسبت به کتاب پیشین به نگارش در آمده است. کتاب پلاستیسیته و ژئومکانیک خواننده را به وادی گسیختگی و جاری شدن می برد. نویسندگان تئوری ریاضیاتی پلاستیسیته را بررسی کرده و به برخی از سوال های مربوط به بار گسیختگی، تغییرشکل های پس از گسیختگی و دلیل نوع رفتار خاک در شرایط تنشی بسیار شدید، پاسخ می دهد. مثل کتاب پیشین، این کتاب یک رساله کلی نیست بلکه در صدد است توضیحی مختصر از مبانی تئوری پلاستیسیته ارائه کند و به برخی از کاربردهای ساده مربوط به مهندسی خاک بپردازد.