En
Arمدل سازی فیزیکی در مهندسی ژئوتکنیک (Physical Modeling in Geotechnical Engineering)
یکی از مسائل پیش رو در رشته مهندسی عمران، ارزیابی رفتار سازه ها و طراحی بهینه آنها می باشد. این طراحی در محیط خاک به دلیل تخلخل و تنش های موجود، شکل پیچیده تری به خود می گیرد. از مهم ترین ابزار های ارزیابی رفتار سازه های مهندسی می توان به مدل سازی اشاره کرد. مدل سازی در مهندسی ژئوتکنیک می تواند به صورت تحلیلی، عددی و یا فیزیکی (آزمایشگاهی) مورد استفاده قرار بگیرد. مدل سازی های عددی، با فرض رفتارهای خطی و غیرخطی خاک امری مشکل به نظر می آید. از سویی دیگر، مدل های ریاضی بر فرضیاتی استوار هستند که گاهی ممکن است در طبیعت برقرار نباشند و در نهایت ممکن است تمام پدیده های فیزیکی حاکم بر مسئله به درستی در مدل نظری توصیف نشده باشند. از این رو، در میان ابزار های گفته شده مدل سازی فیزیکی به دلیل ایجاد ارتباط صحیح و منطقی میان مدل واقعی و مدل آزمایشگاهی، همواره مورد توجه مهندسین ژئوتکنیک بوده است. این نوع از مدل سازی به دلیل قابلیت بالای اطمینان در طراحی می تواند جهت صحت سنجی دیگر مدل های تحلیلی و عددی به کار رود.
انواع روش های پژوهش در مهندسی ژئوتکنیک
از یک نگاه جامع می توان روش های پژوهش جهت شناخت و بررسی پدیده های ژئوتکنیکی را به بخش های زیر تقسیم بندی نمود:
1- روش های حدی: این روش ها در خصوص بررسی رفتار پدیده های ژئوتکنیکی در چهار بخش روش تعادل حدی، روش تحلیل حدی، روش مشخصه های تنش و روش خطوط تغییر طول صفر دسته بندی می گردد.
2- روش های عددی: این روش ها به صورت گسترده برای حل مسائل ژئوتکنیکی به کار می روند. هدف اصلی مدل های عددی، حل معادلات حاکم بر مسئله است. تاکنون از روش های مختلفی برای مدل سازی عددی استفاده شده است. روش های تفاضل محدود، اجزای محدود و اجزای مجزا را می توان به عنوان متداول ترین روش ها ذکر نمود. لازم به توضیح است که روش اجزای مرزی نیز در حال توسعه است. اما مشکل استفاده از روش های عددی به صورت عمده، مربوط به تعیین دقیق متغیرهای ورودی است. در ضمن، نتایج مدل های عددی بستگی به نحوه استفاده کاربر از مدل دارد. زیرا مسائلی مانند تغییر ابعاد و نوع عناصر (المان ها) و تعریف نوع و فاصله شرایط مرزی موجب تغییر نتایج می گردد. ولی در طرف مقابل، روش های مبتنی بر تعادل حدی کمتر تابع کاربر هستند.
3- روش های آزمایشگاهی: تحقیقات انجام شده در زمینه ساخت مدل های آزمایشگاهی باعث فهم هرچه بهتر و دقیق تر موضوع شده و در غنی کردن دستورالعمل ها و آیین نامه های طراحی و نزدیک کردن هر چه بیشتر روند روش های طراحی نسبت به واقعیت می گردد. یکی از چالش های مدل ژئوتکنیکی آزمایشگاهی به ویژه در سازه های بلند و حجیم، اثر دادن مقدار تنش ایجاد شده در واقعیت نسبت به مدل می باشد. از جمله قوی ترین و بهترین ابزارهای شناخت رفتار سازه های ژئوتکنیکی در شرایط فقدان تاریخچه موردی معتبر از پدیده، مدل سازی فیزیکی آن پدیده در شرایط شتاب بالا می باشد. به همین دلیل و همچنین برطرف نمودن محدودیت های مدل آزمایشگاهی کوچک مقیاس و مدل سازی عددی، در این نوشتار بیشتر به توصیف و بررسی مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ پرداخته شده است.
انواع پژوهش های آزمایشگاهی در مهندسی ژئوتکنیک
پژوهش های آزمایشگاهی را می توان به موارد زیر تقسیم بندی نمود:
الف – نمونه های کوچک در دستگاه های آزمایش برش مستقیم، سه محوری و کرنش مسطح
ب – مدل های کوچک مقیاس و متوسط مقیاس تحت بارگذاری استاتیکی (مونوتونیک) و یا لرزه ای (سیکلیک) با استفاده از میز لرزه
ج – مدل های کوچک مقیاس در دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی
د – مدل های با مقیاس واقعی یا رفتارنگاری در پروژه های واقعی
با توجه به این که آزمایش های میدانی (مدل های با مقیاس واقعی یا رفتارنگاری در پروژه های واقعی) نیاز به تجهیزات خاص دارد و انجام آن ها مقرون به صرفه نیست، بیشتر مطالعات انجام شده جهت بررسی پدیده های ژئوتکنیکی، به صورت مدل سازی عددی بوده است. یکی از مشکلات این روش صحت سنجی نرم افزار مورد استفاده می باشد. از این رو، توصیه می گردد با استفاده از روش های مختلف، موضوع مورد مطالعه، بررسی گردد.
مدل سازی فیزیکی پدیده های ژئوتکنیکی
به طور معمول رفتار مدل فیزیکی به صورت کامل منطبق بر رفتار نمونه واقعی نیست و همواره تفاوت هایی به دلایلی همچون اثر مقیاس، وجود دارند. اثر مقیاس که به معنای تأثیر کوچک نمایی نمونه واقعی بر رفتار آن است، بسیار مهم می باشد. در حالت کلی، مدل های فیزیکی را می توان به دو بخش کلی مدل های معمولی یا تحت شتاب جاذبه زمین (مدل سازی g1) و مدل های تحت شتاب چند برابر شتاب جاذبه زمین (مدل سازی Ng) یا مدل های سانتریفیوژ، تقسیم نمود. اصول کلی هر دو نوع مدل سازی فیزیکی یکسان و اصلی ترین تفاوت، در ابزار مورد استفاده می باشد. هرچند با استفاده از قوانین ابعادی سعی می گردد تا تشابه به نحو احسن برقرار شود لکن ایجاد شرایط مشابه به طور کامل به ویژه در مدل سازی g1 ممکن نیست. به عنوان مثال، میدان تنش ثقلی ایجاد شده در مدل به دلیل ارتفاع کمتر نمونه خاک، کمتر از مقدار واقعی آن است. از سویی دیگر، رفتار خاک به طور غیرخطی با تنش محصورکننده رابطه دارد. بدین معنی که کاهش تنش ثقلی در مدل، باعث کاهش تنش محصورکننده مدل نسبت به نمونه می شود. در نتیجه رفتار خاک در نمونه اصلی و مدل متفاوت می گردد. بدین سان، با انجام مدل سازی در دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی، شتاب ثقل چند برابر شده و تنش ثقلی در مدل و نمونه واقعی یکسان می گردد. در واقع، دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی با افزایش موضعی شتاب گرانشی توسط دوران، کاهش تنش ناشی از کوچک نمایی مدل را جبران می کند.
ضرورت استفاده از مدل سازی فیزیکی به وسیله دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی
رفتار خاک در طی بارگذاری وابسته به سطح تنش آن می باشد. به عنوان نمونه در شکل زیر، نمونه خاک A که در ابتدا زیر خط حالت بحرانی (CSL) قرار دارد، زمانی که تحت یک تنش همه جانبه نسبتاً پایین برش می خورد، به سمت خط حالت بحرانی حرکت می کند و دچار اتساع می شود. این شرایط می تواند در آزمایش یک نمونه کوچک تحت شتاب گرانش زمین به وجود بیاید. در طرف مقابل، نمونه خاک B که دارای نسبت تخلخل مشابه است و در یک نقطه اختیاری بالای خط حالت بحرانی، اما پایین یا روی خط تحکیم عادی (NCL) قرار دارد، زمانی که تحت یک تنش موثر میانگین بالایی برش می خورد، به سمت خط حالت بحرانی حرکت می کند و دچار انقباض می شود. این شرایط می تواند در آزمایش یک نمونه واقعی تحت شتاب دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی به وجود بیاید. از این رو، مشخص است که استفاده از نتایج آزمایش نمونه خاک A برای مسائل طراحی نمونه واقعی، به احتمال زیاد غیرمحافظه کارانه می باشد. زیرا رفتار اتساعی مشاهده شده در تنش پایین تحت شرایط گرانش زمین، در تنش بالای نمونه واقعی اتفاق نخواهد افتاد. بنابراین، شبیه سازی صحیح سطح تنش خاک قبل از انجام هر آزمایش فیزیکی یک امر ضروری می باشد. این امر در مدل سازی با دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی تأمین می گردد.
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، 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
- کرامتی، محسن، رامش، امین، مرادی مقدم، حسین، نادری، رضا، “طراحی و ساخت دستگاه مدل سازی فیزیکی به منظور انجام مطالعات ژئوتکنیکی”، سومین کنفرانس ملی مهندسی ژئوتکنیک ایران، دانشگاه تهران، آبان 1397
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
- ژئوفیزیک (Geophysics)
- زمین شناسی (Geology)
- آزمایش سه محوری خاک (Triaxial Compression Test)
- انواع آزمایش های المانی بررسی رفتار روانگرایی خاک ها Different Types of Element Test for Soil) Liquefaction Assessment)
- روانگرایی خاک (Soil Liquefaction)
- روش های مقابله با روانگرایی خاک (Soil Liquefaction Mitigation)
- تحقیقات محلی در پروژه های ژئوتکنیک دریایی (Offshore geotechnical Site Investigation)
- آزمایش برش مستقیم (Direct Shear Test)
- آزمايش بارگذاری صفحه ای (Plate Loading Test or Plate Bearing Test)
- آزمایش برش مستقیم برجا In Situ Direct Shear) Test)
- معایب و خطاهای آزمایش برش مستقیم Disadvantages of) Direct Shear Test)
- پدیده فروچاله چیست؟ (?What is The Phenomenon of Sinkhole)
- نشست غیر یکنواخت (Differential Settlement)
- خاک های رمبنده (Collapsible Soil)
- آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی یا MASW چیست؟ (Multichannel Analysis of Surface Waves)
- آزمایش دیلاتومتری (DMT: Dilatometer Test)
- مدل سازی فیزیکی در مهندسی ژئوتکنیک (Physical Modeling in Geotechnical Engineering)
- مبانی، تاریخچه و نظریه مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی
- قوانین مقیاس و کاربردهای مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی
- تئوری، ساز و کار و فرضیات مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی
- خطا ها و محدودیت ها و مزایای مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی
در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :
- تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
- ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ (Micropile & Underpinning)
- پیش بارگذاری چیست؟ (fill surcharge preloading method)
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)
- تراکم دینامیکی یا DC چیست؟ (Dynamic Compaction)
- ستون شنی ارتعاشی یا تراکم ارتعاشی چیست؟ (Vibro Stone Column)
- شمع ساختمان ، طراحی و اجرای شمع بتنی و شمع فلزی (Concrete Pile , Steel Pile)
- مدل سازی عددی تراکم دینامیکی (Numerical Modeling of Dynamic Compaction)
- بررسی دو روش تراکم دینامیکی و اختلاط عمیق در بهسازی بستر سواحل (DSM & DC)
- مقایسه دو روش تزریق با فشار بالا و اختلاط عمیق در بهسازی خاک (Jet Grouting & DSM)
- بررسی موردی عملکرد ستون های جت گروتینک در بهسازی بستر پی گسترده
- بهسازی خاک به روش میکروپایل یا ریز شمع (Micropile & Underpinning)
- بررسی عملکرد ستون های شنی در بهسازی خاک
- تنش های موضعی در تک شمع مجاور گودبرداری با سیستم های سازه نگهبان خرپایی، سپری فلزی و روش شمع
- اختلاط عمیق خاک (Deep Soil Mixing)
- در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
- نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
- انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
- مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
- سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
- خاک مسلح یا ژئوسنتتیک چیست؟ (Geosynthetict)
- سپرکوبی چیست؟ (Sheet Pile)
- دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی چیست؟ (Diaphragm walls – Slurry walls)
- دیوار برلنی یا دیوار سولجر پایل چیست؟ (Berlin wall – Soldier Pile and Lagging System)
- زهکشی و آب بندی در گودبرداری چیست؟ (Drainage- Dewatering & Waterproofing )
- نقشه برداری یا مهندسی نقشه برداری چیست؟ (Surveying)
- پایش گود یا مانیتورینگ چیست؟ (Monitoring)
- دستورالعمل بهداشت، ایمنی و محیط زیست چیست؟ (HSE)
- آموزش گام به گام نقشه خوانی انواع روش های پایدارسازی و گودبرداری
- ژئوتکستایل چیست؟ (?What is a Geotextile)
- ژئوممبران چیست؟ (?what is geomembrane)
- ژئوفوم چیست؟ (What is Geofoam)
- فوم بتن چیست؟ (What is Foam Concrete)
- جی سی ال چیست؟ (?what is GCL)
- بررسی اثر مدل رفتاری مور کولمب اصلاح شده بر رفتار گود های مهار شده
- مدلسازی تأثیر پارامتر های هندسی روش انکراژ بر پایداری گود های عمیق شهری با نرم افزار آباکوس
- مطالعه طول بهینه نیل در روش نیلینگ با استفاده از رویکرد تعادل حدی
- استفاده از اعضای مارپیچ در فعالیت های ژئوتکنیکی (Helical Nails & Anchors)
در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار GEOSLOPE
- معرفی نرم افزار AutoCAD
- معرفی نرم افزار ETABS
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار ABAQUS
- معرفی نرم افزار FLAC
- معرفی نرم افزار MIDAS
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
- مهندسی تخریب ساختمان (Destruction Engineering)
- خاکبرداری چیست؟ (Excavation)
- رمپ و جمع آوری رمپ در گودبرداری (Ramp removal excavation)
- گودبرداری و خاکبرداری دو عملیات متمایز از یکدیگر
- گودبرداری غیر اصولی (Unprincipled Building Excavation)
- گودبرداری چیست؟ و اصول اجرای گودبرداری های ساختمانی (Excavation)
در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
- قرارداد مشارکت در ساخت (Construction participation contract)
- نظارت بر اجرای پروژه های عمرانی (Construction Supervision)
- مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- مدیریت پروژه های عمرانی (Project Management)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
- مطالب مرتبط :
دیدگاهتان را بنویسید