پایان نامه رایگان درباره آب زیر زمینی، مکان یابی، مورفولوژی

دانلود پایان نامه ارشد

این رابطه ابتدا توسطkondner درسال 1963 بیان گردید. و پس از آن درسال 1970 رابطه معروف مدل هذلولی توسط Duncan و Change، معرفی گردید. پارامترهای مدل خاک سخت شونده براساس پارامترهایی که در ادامه توضیح داده می شوند، معرفی می شوند. m، به منظور توصیف تنش وابسته به سختی، توان m، معرفی می گردد. کرنش پلاستیک ناشی از بارگذاری انحرافی اولیه توسط پارامتر ، کرنش پلاستیک ناشی از فشار اولیه توسط پارامتر ، حالت بارگذاری یا باربرداری توسط پارامترهای و ، و در نهایت پارامترهای مقاومتی خاک مانند مدل موهر کولمب توسط تعریف می شوند. در مدل خاک سخت شونده، تنش وابسته به سختی خاک می باشد که این سختی با افزایش عمق خاک افزایش می یابد.

1.2.6 رابطه هذلولی در حالت آزمایش سه محوری زهکشی شده استاندارد
در مدل سخت شونده رابطه میان کرنش قائم، ، و تنش انحرافی، q، در بارگذاری سه محوره به صورت یک رابطه هذلولی بیان می شود. این رابطه در حالت زهشکی شده استاندارد به فرم زیر تعریف می شود.
6.6

qa، خط موازی با مقدار مقاومت برشی (qƒ) می باشد. تنش محصور شده وابسته به مدول الاستیسیته می باشد و در بارگذاری اولیه با پارامتر E50 تعریف می شود. این پارامتر به صورت رابطه زیر است.
7.6

، مدول الاستیسیته مرجع که وابسته به فشار محدود کننده مرجع، می باشد. در نرم افزار PLAXIS، فشار محدود کننده به صورت پیشنهادی مقدار ، در نظر گرفته می شود. پس سختی واقعی به مقدار حداقل تنش اصلی، ، که درآزمایش سه محوره همان فشار محدود کننده است، وابسته می باشد. در حالت فشار علامت منفی باشد. مقدار m، در رابطه 7.6 براساس تحقیقاتJanbu ، درسال 1963 برای خاکهای ماسه ای و لای ها مقدار 5/0 پیشنهاد شده است. مقدار نهایی تنش انحرافی یا مقاومت برشی qƒ ، به صورت رابطه زیر بیان می شود.
8.6

qƒ، براساس معیار تسلیم موهر-کولمب تعریف می شود و همانطور که در معادله 8.6 مشخص است، این معادله شامل پارامترهای مقاومتی خاک می باشد. زمانی که q=qƒ، باشد، معیار تسلیم ارضاء می شود و تسلیم پلاستیک در خاک رخ می دهد. مقدار Rƒ، نسبت تسلیم، باید کوچکتر از 1 باشد. در نرم افزار PLAXIS توصیه می گردد که Rƒ=0.9، انتخاب شود. در شرایط بارگذاری و باربرداری، وابسته بودن سختی خاک به مقدار تنش توسط مدول الاستیسیته دیگری مانند رابطه زیر تعریف می شود.
9.6

، مدول یانگ در شرایط بارگذاری و باربرداری که وابسته به فشار محدود کننده مرجع،، می باشد. در بسیاری از مسائل ژئوتکنیک می توان به صورت یک تقریب خوب ، در نظر گرفت. رابطه هذلولی میان تنش و کرنش در حالت بارگذاری اولیه و آزمایش سه محوری زهکشی شده به صورت شکل زیر نشان داده می شود.

شکل 3.6 رابطه هذلولی میان تنش و کرنش تحت آزمایش سه محوری زهکشی شده استاندارد

در مدل خاک سخت شونده سطح تسلیم در فضای سه بعدی تنشهای اصلی برای خاکهای غیر چسبنده به صورت یک هذلولی مانند شکل زیر می باشد.

شکل4.6 سطح تسلیم در مدل H.S در فضای سه بعدی تنشهای اصلی

3.6 مدلسازی سد زیر زمینی در محیط ماسه با پارامترهای مختلف

همانطور که در فصل مکان یابی محل مناسب برای اجرای سد زیر زمینی اشاره گردید، سدهای زیرزمینی در تنگه هایی که از نظر مورفولوژیکی مناسب باشند ساخته می شوند. سد زیر زمینی معمولاً در آبرفت های درشت دانه نظیر آبرفتهای ماسه ای ساخته می شوند. به همین دلیل در این قسمت به مدلسازی سد زیرزمینی در آبرفت و تاثیر پارامترهای مقاومتی خاک نظیر چسبندگی، وزن مخصوص اشباع و غیر اشباع، مدول الاستیسیته خاک و زاویه اصطکاک داخلی بر عملکرد سد مانند حداکثر جابجایی، ممان خمشی حداکثر و نیروی برشی حداکثر درپایه سد پرداخته می شود. جنس آبرفت در این مدلسازی، ماسه در نظر گرفته شده و پارامترهای مقاومتی آن در محدوده ماسه شل یکنواخت تا ماسه متراکم انتخاب گردید. همچنین سد زیر زمینی با جنسهای بتن پلاستیک، دیوار دیافراگمی بتنی و سپر فولادی در نظر گرفته شده است. زاویه اصطکاک داخلی برای خاک با جنس ماسه زهکشی شده نزدیک به صفر می باشد. وزن مخصوص غیر اشباع برای ماسه مقادیر و نظیر این مقادیر، وزن مخصوص اشباع برای ماسه به ترتیب ، انتخاب گردید. زاویه اصطکاک داخلی ماسه در محدوده 45-20 درجه (هر پنج درجه)، مدول الاستیسیته خاک ماسه مقادیر ، نسبت پواسن خاک 3/0 و ضریب نفوذ پذیری خاک در هر دو راستای x وy ( خاک همگن)، ، در نظر گرفته شد. به منظور در نظر گرفتن تاثیر کرنش حجمی خاک زاویه اتساع بر حسب درجه، برای ماسه به صورت ، تعریف می شود. این پارامتر ها در جدول زیر خلاصه شده است. این نکته باید ذکر گردد که در تمام مدلسازی های این پایان نامه این پارامتر ها ثابت می باشد.

جدول 1.6 پارامتر های ماسه
Unite
Values
Parameters

γ_1=18.85,19.44
γ_2=19.27,19.71
γ_3=20.25,20.63
γ_4=20.88,21.72

1

E_1=20000
E_2=30000
E_3=40000
E_4=50000
E_5=60000


0.3

1
c

20, 25, 30, 35, 40, 45

نمودار زیر بیانگر چگونگی انتخاب پارامترهای مقاومتی خاک برای حالات مختلف مدلسازی می باشد. در این نمودار برای هر حالت زاویه اصطکاک داخلی چگونگی انتخاب حالات وزن مخصوص و مدول الاستیسیته نشان داده شده است.

نمودار 1.6 انتخاب پارامترها برای حالات مختلف مدلسازی

برای مدلسازی سد زیر زمینی در محیط خاک شش حالت ارتفاعی m 5، 10، 20، 30، 40 و 50 برای هر سه نوع جنس بدنه در نظر گرفته شده است. برای حالت بتن پلاستیک و دیوار دیافراگمی برای هر حالت ارتفاعی ضخامت نظیر به ترتیب عبارتند از 1/0، 2/0 ، 4/0 ، 6/0 ، 8/0 و 1 متر. خصوصیات بتن پلاستیک مورد استفاده از نتایج تحقیقات آزمایشگاهی Ajorloo and Mahboubi ، درسال 2005 بر روی انواع مختلف بتن پلاستیک تحت اثر آزمایشهای تک محوری و سه محوری استخراج گردید. بر این اساس نمونه ، برای ساخت بتن پلاستیک جهت استفاده در سد زیر زمینی انتخاب گردید. نسبت اختلاط نمونه 4z، در جدول 2.5 آمده است. پارامترهای بتن پلاستیک در جدول زیر نشان داده شده است.

جدول2.6 مشخصات بتن پلاستیک (Khairy et al., 2009)
Unite
Values
Parameters

21

Non-porous

Non-porous

2200000


0.25

730
c

30.5


0.9

در مدلسازی این جنس برای ساخت بدنه سد زیر زمینی، رفتار آن به صورت غیر متخلخلNon-Porous behavior در نظر گرفته شده است. در این حالت فشار آب حفره ای برای بتن پلاستیک در نظر گرفته نمی شود. این رفتار معمولاً در رابطه با مصالحی که رفتار الاستیک خطی از آنها انتظار می رود، استفاده می شود و کاربرد آن در مدلسازی بتن به عنوان یک عنصر سازه ای، در نرم افزارهای مدلسازی خاک و سنگ نظیر PLAXIS، می باشد. علاوه بر بتن پلاستیک برای مدلسازی بدنه سد زیر زمینی در توده خاک از دیوار دیافراگمی و دو نوع سپر فولادی با سختیهای متفاوت استفاده گردید. این سه مقطع در نرم افزار PLAXIS، به صورت صفحهPlate ، با مشخصات سختی محوری EA، سختی خمشی EI و نسبت پواسن ، تعریف می گردد. مشخصات این سه مقطع در جداول زیر نشان داده شده است.

جدول3.6 مشخصات دیوار دیافراگمی و سپر فولادی 2 (پاک و همکاران، 1384 )
Parameter
Name
Diaphragm wall
Sheet pile 2
Unit
material model
Model
Elastic
Elastic
– 
Normal Stiffness
EA
2.8×〖10〗^7 
 4×〖10〗^6
kN/m 
Flexural Rigidity
EI
2.3×〖10〗^6
7.5×〖10〗^4
(kN.m^2)/m
Poisson’s Ratio
ν
0.17
0.35

جدول4.6 مشخصات سپر فولادی 1 (Carrubba et al., 1989)
Parameter
Name
Sheet pile 1
Unit
material model
Model
Elastic
– 
Normal Stiffness
EA
2.4×〖10〗^7 
kN/m 
Flexural Rigidity
EI
2.88×〖10〗^6
(kN.m^2)/m
Poisson’s Ratio
ν
0.15

به منظور در نظر گرفتن اندرکنش میان سازه و خاک ضریب کاهنده(Rinter.) ، برای دیوار دیافراگمی 9/0 و برای سپر های فولادی 67/0در نظر گرفته شده است. برای مدلسازی سد زیرزمینی در توده خاک با پارامترهای مختلف از نرم افزارهای PLAXIS ، استفاده گردید که در ادامه به توضیح مختصری در رابطه با این نرم افزار می پردازیم.

1.3.6 نرم افزار PLAXIS
PLAXIS ، دو بعدی مورد استفاده در این پایان نامه، به منظور آنالیز پایداری و تغییر فرم در مسائل مختلف ژئوتکنیک و مکانیک سنگ کاربرد دارد. این نرم افزار براساس روش المان محدوده FEM، به آنالیز مسائل می پردازد. مش بندی محیط به صورت مثلثی و به صورت مش های غیر سازمان یافته می باشد. روش اجزای محدود براساس مکانیک محیط های پیوسته، Continuum mechanics numerical model ، بنا نهاده شده است. براساس روش اجزای محدود می توان تنش ها و جابجایی ها را براساس تاریخچه بارگذاری هر فاز تعیین کرد و سپس تنش ها و کرنش های کل را بدست آورد. همچنین این روش قادر به مدلسازی شرایط ساخت و فازهای گوناگون ساخت در یک مسئله ژئوتکنیک می باشد. در مسئله مدلسازی سد زیر زمینی بارگذاری بحرانی که شامل فشار جانبی توده خاک و فشار هیدرواستاتیک آب می باشد، به سد زیرزمینی اعمال می گردد. در این حالت سطح آب زیر زمینی در شرایط پایدار (Steady State) در بالا دست بدنه سد و مقدار حداکثر یعنی به اندازه ارتفاع بدنه سد در هر حالت ارتفاعی می باشد. در مدلسازی توده خاک از المانهای مثلثی پانزده گره ای، که دقت این نوع المان بسیار بالاتر از المان مثلثی شش گره ای می باشد، استفاده می شود. المانهای مثلثی پانزده گره ای دارای دوازده نقطه گوس یا Stress point ، می باشد. به همین دلیل نتایج تنش و کرنش ها نسبت به المان مثلثی شش گره ای، دقیق تر می باشد. در مدلسازی المانهای سازه ای نظیر صفحه plate، از المان تیر (Beam element)، استفاده می شود. این المانهای خطی، دارای سه درجه آزادی در هر گره می باشند. این درجات آزادی عبارتند از دو درجه آزادی انتقالی (ux,uy) یک درجه آزادی دورانی ( دوران در صفحه x-y). با توجه به استفاده از المان 15 گره ای برای توده خاک و شرایط کرنش صفحه ای (plane strain) ، المان صفحه به صورت المان پنج گره ای با هشت نقطه گوس تعریف می شود. در نرم افزار PLAXIS، المان تیر براساس تئوری تیر Mindlin، تعریف می شود. تئوری تیر Mindlin، بیانگر این موضوع است که در المان تیر، خیز تیر (Deflection) نه تنها بر اثر خمش درآن بوجود می آید بلکه اثر برش نیز باعث به وجود آمدن خیز در این المان می گردد. در المان تیر موقعیت نقاط گوس در فاصله در بالا و پایین محور تیر می باشد. deq ، ضخامت معادل صفحه می باشد و از رابطه زیر بدست می آید.
10.6

همانطور که ذکر شد خواص سختی، صفحه که از آن رفتار الاستیک انتظار می رود، به دو صورت سختی محوری، و سختی خمشی در واحد عرض در جهت خارج از صفحه، تعریف می شود. در این حالت پارامترهای خمشی به صورت زیر تعریف می شوند.

11.6

براساس تئوری تیر Mindlin، علاوه بر تغییر فرم خمشی در صفحه تغییر فرم برشی نیز رخ می دهد. سختی برشی صفحه به صورت زیر تعریف می گردد.
12.6

در محاسبه سختی برشی صفحه فرض می گردد که مقطع آن به صورت چهار ضلعی می باشد. در مقاطع فلزی، deq باید حداقل 10 مرتبه کوچکتر از طول مقطع باشد تا بتوان از تغییر فرم برشی مقطع صرف نظر کرد. از آنجا که مبنای تحلیل نرم افزار PLAXIS ، تحلیل عددی می باشد لذا برای بررسی اندر کنش میان خاک و سازه مجاور با آن استفاده از المان میانی یاInterface ، ضروری می باشد. در مدلسازی ها به علت

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه رایگان درباره شبیه سازی Next Entries پایان نامه رایگان درباره شبیه سازی، دینامیکی