Practical Soil Dynamics by Milutin Srbulov

کارل ترزاقی با انتشار اولین کتاب خود در سال 1925 به طور رسمی مکانیک خاک را به عنوان یک موضوع جداگانه تعریف کرد. با وجود این که مکانیک خاک هر یک از بخش های استاتیک و دینامیک خاک را شامل می شود، تنها بخش استاتیک خاک است که تا حد قابل قبولی توسعه یافته است و این بخش دینامیک خاک است که مغفول مانده است و بستر لازم برای پیشرفت های بیشتر در آن وجود دارد.

مهندسی ژئوتکنیک لرزه ای به طور رسمی به عنوان یک رشته جدید توسط اولین کنفرانس بین المللی مهندسی ژئوتکنیک لرزه ای که در سال 1995 در توکیو برگزار شد، تعریف شده است. بخش اساسی مهندسی ژئوتکنیک لرزه ای، دینامیک خاک است.

آیین نامه ها و استانداردهای مهندسی تا حدودی مطابق با پیشرفت های موجود در تحقیقات صورت گرفته در زمینه ارتعاشات زمین و مهندسی زلزله پیش رفته اند. اخیراً En 1998-5 (2004) معیارها و اطلاعاتی را فقط در مورد طیف محدودی از موضوعات مانند ضریب تقویت توپوگرافی، روانگرایی زمین های هم سطح نه در شیروانی ها، بارگذاری روی دیوار های حائل نه خاک های مسلح و ظرفیت باربری لرزه ای پی سطحی نه پی های عمیق ارائه می‌کند. چنین محدودیت هایی قابل درک هستند، زیرا آیین نامه ها و استانداردها بر اساس بهترین روش و رویکرد هستند و زمانی که اجماع در مورد بهترین رویکرد وجود نداشته باشد، آیین نامه ها به اجبار خلاصه باقی می مانند.

هدف کتاب دینامیک خاک کاربردی ارائه اطلاعاتی در مورد ساز و کار و عوامل اساسی مؤثر بر رفتار سازه ‌های موجود بر روی سطح زمین و مدفون در خاک در شرایط بارگذاری سیکلی است. این امر تا حد زیادی به بهبود قضاوت مهندسی توسط مهندسین کمک می کند. تجزیه و تحلیل های ارائه شده بر اساس اصول و روش های مهندسی شناخته شده است به همین سبب برای بسیاری از خوانندگان آشنا است. دقت و صحت آنالیزهای ساده با استفاده از داده های به دست آمده از پروژه های واقعی بررسی شده است. چرا که استفاده از تحلیل های عددی و همچنین آزمون های آزمایشگاهی دارای معایبی نظیر پیچیدگی، هزینه بالا، زمان بر بودن می باشد. علاوه براین مخاطب قبل از مطالعه این کتاب باید بداند که روابط بیان شده در کتاب دینامیک خاک کاربردی برای محاسبات دستی فراهم شده است.

فصل 1

آنالیزهای ساده برای مهندسان شاغل و هم برای متخصصان و هم برای تازه کارها در این زمینه مفید است. آنالیزها نیازی به استفاده از رایانه یا تجهیزات آزمایشگاهی ندارند. این فصل سعی کرده است تا مقدمه ای از مفاهیم اولیه موجود در مورد آنالیزهای ساده را ارائه دهد. به طور خلاصه، الزامات کلیدی برای استفاده از تحلیل های ساده عبارتند از:

• درک اولیه مسئله موجود
• داشتن ایده در مورد محدوده احتمالی نتایج
• شناخت محدودیت های روش مورد استفاده

فصل 2

زلزله و اثرات آن بزرگترین و متداول ترین عامل تأثیرگذار در آسیب های سازه ای است. موضوع این فصل اشاره به منابع اصلی حرکت زمین و خصوصیات آنها می باشد که در فصول بعدی این جلد بررسی شده است.

فصل 3

حرکات زمین ثبت می شود:

الف) برای ارزیابی کمی اثرات آن ها بر روی سازه ها، فرآیندها و افراد.

ب) برای بررسی مقادیر پیش بینی شده.

ج) در صورت لزوم جهت ایجاد قوانین و در موارد دیگر.

تحقیقات محلی و کاوش های صحرایی برای کاهش خطرهای احتمالی در شرایط ناشناخته زمین انجام می‌شود تا امکان پیش ‌بینی دقیق ‌تر واکنش زمین، در مواقع لازم فراهم شود.

هدف از این فصل کلیاتی بر انواع و اثرات اصلی امواج، ابزار مورد استفاده جهت ثبت داده های مورد نیاز در اجرا، پردازش داده های ثبت شده، بررسی‌ های محلی و آزمایش‌های آزمایشگاهی نمونه ‌های خاک در دینامیک خاک است.

فصل 4

خاک سیستم پیچیده ای از دانه های جامد با اشکال، اندازه ها و کانی های مختلف است. فضاهای خالی بین ذرات دانه های خاک پر از آب و یا هوا است. خاک محیطی ناهمگن، ناهمسانگرد و غیرکشسان است که خواص آن به تاریخچه بارگذاری، وضعیت تنش و مسیر آن در شرایط استاتیکی بستگی دارد. در شرایط بارگذاری سیکلی، خواص خاک همچنین می تواند به دامنه، تعداد سیکل ها و حتی فرکانس بارگذاری در صورت ریزدانه بودن بستگی داشته باشد. نویسنده در این فصل از کتاب دینامیک خاک کاربردی به توصیف مشخصات خاک مورد استفاده در تجزیه و تحلیل های ساده و چگونگی تعیین آن ها با استفاده از آزمایش های معمول است.

فصل 5

گسیختگی سریع شیروانی ها از اهمیت بالایی برای مهندسین برخوردار هستنند چرا که سرعت وقوع آن ها غالباً به حدی سریع است که فرصتی برای اصلاح شیروانی و البته فرار برای افراد باقی نمی گذارد. انواع حالات گسیختگی سریع عبارتند از:

• لغزش بر روی یک یا چند سطح
• سقوط و غلتیدن سنگ ها
• ریزش بهمن خاک و سنگ، جریان های واریزه ای (debris flow)
• جاری شدن خاک

هدف این فصل، خلاصه کردن ساز و کار اصلی و عوامل مؤثر بر پدیده لغزش در شیروانی ها، روش ‌های موجود برای تجزیه و تحلیل آن ها و ارائه یک تحلیل ساده و فرضیات آن با پیاده سازی در پنج مطالعه موردی به منظور ارزیابی دقت و کارآیی تحلیل های ارائه شده در پروژه های متداول می باشد.

فصل 6

جریان ‌های ناشی از روانگرایی توده خاک های ماسه ای و اثرات آن بر سازه های مجاور از مهم‌ترین خطرات ناشی از زلزله هستند. هدف این فصل به طور خلاصه: ساز و کار و عوامل اصلی مؤثر بر جریان شیب های ماسه ای روانگرا شده، روش‌های اصلی مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل، ارائه ملاحظات ساده پتانسیل روانگرایی ناشی از زلزله در خاک ماسه ای می باشد. در این فصل نیز مانند فصل قبل صحت سنجی آنالیز ها به کمک داده های به دست آمده از چهارده مطالعه موردی مورد ارزیابی قرار گرفته است.

فصل 7

دیوارهای حائل عظیم از وزن خود برای انتقال نیروهای جانبی خاک تقریباً افقی روی دیوار به نیروهای تقریباً عمودی روی زمین زیر دیوار استفاده می کنند. هدف این فصل از کتاب دینامیک خاک کاربردی تشریح ساز و کار و عوامل مؤثر بر حالت های گسیختگی احتمالی دیوارهای وزنی، روش‌های موجود برای تحلیل رفتار آنها، مدل ساده برای محاسبه نیروی جانبی در هنگام زلزله و بعد از آن است. در این فصل به بررسی ضریب اطمینان و کاهش آن در صورت لغزش دیوار پرداخته شده است.

فصل 8

دیوارهای حائل لاغر با پیشرفت در تولید بتن مسلح و فولاد پدید آمده اند زیرا این دیوارها از سختی خمشی خود برای انتقال نیروهای جانبی فعال خاک روی دیوار به نیروهای مقاوم تقریباً افقی بر روی زمین و البته در مقابل دیوار استفاده می کنند. این دیوارها اصطلاحاً دیوارهای مدفون نامیده می شوند. هدف این فصل از کتاب تشریح عوامل مؤثر بر حالت های مختلف گسیختگی در دیوارهای حائل لاغر، روش‌های موجود برای تحلیل رفتار آنها و یک مدل ساده برای محاسبه نیروی جانبی در هنگام زلزله است.

فصل 9

بار وارده ناشی از سازه ها از طریق پی های سطحی به خاک منتقل می شود. پی های سطحی عمدتاً به یکی از سه شکل منفرد، نواری و گسترده مشاهده می شوند. زمانی که زمین پروژه خود سفت باشد و یا بار ناشی از سازه کم باشد، ضریب اطمینان پی سطحی در حالت استاتیکی معمولاً زیاد خواهد بود. این امر سبب می شود تا عملکرد آن ها در شرایط دینامیکی و تحت بارگذاری های سیکلی معمولاً رضایت بخش باشد. اما این موضوع یک استثنا دارد و آن هم زمانی است که خاک سست و نرم زیر پی نرم، روانگرا شود. در این شرایط فشار آب حفره ای اضافی به حدی افزایش می یابد که مقاومت برشی خاک از بین می رود. در آن شرایط پی دیگر قابلیت بهره برداری نخواهد داشت. این فصل از کتاب، ساز و کار گسیختگی پی های سطحی، محاسبات مربوط به ظرفیت باربری و نشست در شرایط لرزه ای را بررسی می کند.

فصل 10

هدف فصل 10 کتاب، خلاصه کردن مکانیسم اصلی و عوامل مؤثر بر رفتار پی در شرایط دینامیکی، ذکر روش‌های موجود برای تجزیه و تحلیل اندرکنش خاک و شمع، توصیف ملاحظات ساده از تأثیرات سینماتیکی و اینرسی بر روی شمع‌ ها در هنگام زلزله و کاربرد آن است.

فصل 11

10 بازبینی

تمرکز نویسنده در این فصل بر روی ساز و کار گسیختگی و البته دیگر عوامل موثر در تونل ها، شفت ها و خطوط لوله در هنگام زلزله است. در ادامه روش های رایج در تجزیه و تحلیل این سازه های مهندسی در شرایط لرزه ای ارائه شده است.

فصل 12

لرزش زمین ناشی از صنعت می تواند منجر به ترک خوردگی سازه ها، اختلال در فرآیندها و آزار مردم شود. بررسی ارتعاش شامل منبع، مسیر انتشار و گیرنده آن است. نکات مربوط به این موضوع در این فصل از کتاب دینامیک خاک کاربردی توضیح داده شده است.