اگر در اثر حرکت گسل در هنگام زلزله، سطح زمین در زیر یک سازه دچار گسیختگی شود، خطر زیادی تمامیت سازه و ساکنان و اشیا داخل آن را تهدید خواهد کرد. در اثر تغییرمکان تفاضلی زمین در طرفین گسل-گسلش- سازه به احتمال بسیار زیاد دچار خسارت اساسی خواهد شد. تجربه زمین لرزه های شدید بویژه زمین لرزه های1999 میلادی ترکیه و تایوان نشان داده است که با عنایت به صدمات جبران ناپذیر وارده بر سازه ها و تأسیسات مهم در اثر گسلش سطحی زمین، توجه به خطر گسلش سطحی و اتخاذ تمهیدات مناسب در برخورد با آن بسیار حائز اهمیت است. رشد فزاینده جمعیت و نیاز به گسترش شهرها - خصوصا در مناطقی که با محدودیتهای اقتصادی و یا زمین در اختیار در شهرهای بزرگ مواجه اند- امکان سنجی احداث ساختمانها در پهنه های گسلی فعال را بیش از پیش مورد توجه و علاقه جامعه فنی و مهندسی قرار داده است. بدیهی است که منظور از حرکت در این راستا نفی اولویت نخست در پرهیز از ساخت ابنیه در پهنه های گسلی فعال به عنوان ساده ترین راه حل نبوده و نیست، بلکه هدف بررسی و ارائه تمهیدات لازم از جهات ژئوتکنیکی و سازه ای برای احداث ساختمان در مناطق با پتانسیل گسلش سطحی« قابل کنترل» توسط روشهای مهندسی و در قالب مفاهیم مدیریت خطرپذیری بوده است. در تحقیق حاضر سمت و سوی مطالعات و تحقیقات در خصوص مسأله گسلش سطحی و گسیختگیهای سطحی در پیوند با زلزله، عمدتاً ناظر بر ارزیابی نحوه گسترش گسلش در ناحیه ای نزدیک سطح زمین و اندرکنش آن با سازه و طراحی یک لایه ژئوتکنیکی در زیر پی سازه برای مقابله با خطر گسلش سطحی استوار بوده است که تحت عنوان تمهیدات مهندسی پی برای احداث ساختمان ها در پهنه های گسلی شیب لغز فعال مورد ارزیابی قرار گرفت. تحقق ماموریت تحقیق حاضر با مدلسازی های فیزیکی و عددی به سرانجام رسید. در ارتباط با آزمون های مدلسازی فیزیکی اقدام به ساخت دو مدل فیزیکی کوچک و بزرگ در شرایط شتاب ثقل و همچنین بهره گیری از یک مدل بزرگ در ژاپن شده است. همچنین با بهره گیری از نرم افزار های plaxis ،midas بررسی عددی موضوع تحقیق نیز انجام شده است. از دستاورد های تحقیق رفتار شناسی دقیقی از اندرکنش گسلش و پی بوده است که با شناسایی مکانیسم های اصلی اندرکنش و پارامترهای اصلی اثر گذار در اندرکنش گسلش و پی همانند وزن، موقعیت پی و ... صورت گرفته و همچنین کارایی یک لایه ژئوتکنیکی با بهره گیری از ژئوگرید در آن به منظور کاهش میزان جابجایی و یا اعوجاج سطحی ناشی از گسلش نشان داده شده است. توصیه های کاربردی حاصل از نتایج تحقیق در خصوص پهنه بندی نواحی اطراف گسل های شیب لغز فعال و توجه به بازبینی در معیار عدم ساخت و ساز در یک فاصله از خط گسل حالت آزاد با توجه به پارامترهای موثر در اندرکنش گسلش و پی نیز ارائه شده است و در نهایت ارائه پیشنهاداتی برای ادامه مطالعات مورد توجه قرار گرفته است.

تحقیق حاضر به ارایه معادله انتگرالی و پاسخهای اساسی دینامیکی محیط متخلخل غیر اشباع در فضای تبدیل یافته لاپلاس و زمان برای مسایل دو و سه بعدی می پردازد. این تحقیق بر اساس دستگاه معادلات حاکم بر محیط متخلخل غیر اشباع که از اسکلت متخلخل جامد و دو سیال حفره ای ممزوج ناپذیر تشکیل شده است و دارای رفتار کشسان خطی همسانگرد می باشد، به تعمیم نظریه انتشار امواج کشسان در محیط غیر اشباع می پردازد. همچنین بر اساس این دستگاه معادلات حاکم، معادله انتگرال مرزی محیط استخراج شده و با انتقال دستگاه معادلات حاکم به فضای تبدیل یافته لاپلاس پاسخهای اساسی دینامیکی برای شرایط مساله دو و سه بعدی بصورت صریح ارایه می شود. سپس با استفاده از تبدیل معکوس تحلیلی پاسخهای فضای لاپلاس به فضای زمان منتقل شده اند تا بدین ترتیب برای نخستین بار پاسخهای اساسی دینامیکی محیط غیر اشباع در فضای زمان ارایه گردند. با استفاده از این پاسخهای اساسی و معادله انتگرال مرزی متناظر می توان روش اجزای مرزی را برای یک محیط متخلخل غیر اشباع بکار برد. در ارایه پاسخهای اساسی تحلیلی در فضای زمان فرض شده است که موج فشاری نخست و موج برشی فاقد کاهندگی می باشند. درستی پاسخهای اساسی ارایه شده در فضای لاپلاس با مقایسه این پاسخها با حالات حدی موجود بررسی شده است. همچنین دقت و درستی عملیات تبدیل معکوس تحلیلی و فرضیات ساده کننده انجام شده با مقایسه پاسخهای تحلیلی فضای زمان و پاسخهای فضای زمان که بصورت کامل و با تبدیل معکوس عددی محاسبه شده بودند بررسی شده است. حل یک مثال و ارایه نتایج نظریات ارایه شده و مقایسه آنها درستی پاسخهای اساسی را با دقت خوبی تایید می نماید.

مصالح مخلوط که طیف وسیعی از ترکیب انواع خاک شامل رس، سیلت، ماسه، شن و حتی قلوه سنگ را در بر می گیرد، در طبیعت به ویژه در رسوبات طبیعی و همچنین در سازه های ژئوتکنیکی به وفور یافت می شود. مطالعه رفتار مکانیکی رسهای مخلوط بدلیل وجود آنها در بسیاری از مناطق و همچنین کاربرد آن در پروژه های مهمی همچون هسته سدهای خاکی، یک نیاز کاربردی و ضروری مهندسی ژئوتکنیک می باشد. در سالهای اخیر رفتار رسهای مخلوط در بارگذاریهای متداول استاتیکی و دینامیکی تا حدودی بررسی شده است، ولی هنوز نیاز به تحقیقات بیشتر برای بررسی رفتار مکانیکی این مصالح وجود دارد. بمنظور بررسی رفتار خاکها تحت بارگذاری های دینامیکی (مثلاٌ تحلیل پاسخ زمین در اثر زلزله) در روشهای مختلف به برخی از پارامترهای خاک که معمولاً تحت عنوان خواص تغییر شکل دینامیکی خاکها نامیده می شوند، نیاز می باشد. مدول برشی و نسبت میرایی از مهمترین این پارامترها می باشند که کاربرد وسیعی در تحلیلهای خطی معادل و غیرخطی در مسائل ژئوتکنیک لرزه ای دارند. در تحقیق حاضر تاثیر پارامترهای مهم بر مدول برشی و نسبت میرایی مخلوطهای رس-سنگدانه بمنظور بررسی مشخصات تغییر شکل دینامیکی این مصالح بررسی شده است. تأثیر پارامترهایی همچون نسبت سنگدانه، نشانه خمیری بخش ریزدانه، فشار همه جانبه و تراکم نسبی اولیه بر مدول برشی و نسبت میرایی بررسی گردیده است. جهت انجام این تحقیق، نمونه هایی از رس خالص و ترکیب 60% رس با 40% سنگدانه، 40% رس با 60% سنگدانه و 20% رس با 80% سنگدانه با سه نوع رس مختلف (با نشانه خمیری کم، متوسط و زیاد) در تراکم های مختلف تهیه، و در تنش های تحکیمی 100، 300 و500 کیلوپاسکال تحکیم و آزمایش شدند. جهت انجام آزمایشات از دستگاههای ستون تشدید و برش پیچشی تناوبی استفاده گردیده است. در نهایت بر اساس نتایج حاصل از این تحقیق مدلهای ریاضی برای تعیین مدول برشی حداکثر (gmax) بر حسب تخلخل، فشار همه جانبه و نسبت سنگدانه، مدول برشی تراز شده (g/gmax) بر حسب کرنش برشی، نشانه خمیری بخش ریزدانه، فشار همه جانبه و نسبت سنگدانه و نسبت میرایی (d) بر حسب کرنش برشی، نشانه خمیری بخش ریزدانه، کرنش برشی و نسبت سنگدانه ارائه شده است و در نتیجه منحنی های استاندارد برای مدول برشی تراز شده و نسبت میرایی در مخلوطهای رس – سنگدانه ارائه شده است.

در تحقیق حاضر که به منظور بررسی میرایی در سدهای خاکی در مدل های عددی دو و سه بعدی تعریف شده، سد سنگریزه ای مسجد سلیمان انتخاب گردیده است. با مقایسه شتابنگاشت های ثبت شده در بدنه سد و پاسخ مدل های عددی، که صحت آن ها با نتایج مطالعات قبلی تائید شده است، از بین مدل های مختلف میرایی، مدل میرایی رایلی و از بین روش های مختلف انتخاب فرکانس مرکزی میرایی رایلی، روش نسبت طیفی تاج به محرک ورودی، به دلیل میسر بودن انتخاب مودهای پر انرژی از آن، بهترین نتایج را ارائه داده اند. از مدل میرایی هیسترتیک به عنوان یک مدل رفتاری استفاده شده است. این مدل در حقیقت یک مدل رفتاری غیرخطی است، که پارامترهای منحنی اسکلت آن از منحنی های آزمایشگاهی مدول برشی و نسبت میرایی به دست می آید و برای رفتار غیرخطی از قوانین میسینگ استفاده کرده و پارامترهای آن از منحنی های آزمایشگاهی مدول برشی و نسبت میرایی استخراج می شود؛ بنابراین برخلاف مدل های رفتاری پیچیده تعیین پارامترهای آن ساده بوده و نیاز به آزمایش های خاص ندارد و در عین حال تغییرات مدول برشی و نسبت میرایی را با کرنش در نظر می گیرد. این مدل به عنوان یک مدل رفتاریِ منعکس کننده ی منحنی های آزمایشگاهی، می تواند تخمین مناسبی از رفتار لرزه ای سد ارائه دهد، لذا از این مدل میرایی به عنوان معیاری برای ارزیابی تاثیر زلزله های حوزه دور و نزدیک روی نسبت میرایی استفاده شده است، بطوریکه در تحلیل های کرنش کوچک، حساسیت پاسخ ها به انتخاب پارامترهای میرایی رایلی (میرایی اضافی) قابل توجه بوده و اختلاف پاسخ ها در حالت بیشترین نسبت به کمترین پاسخ با میرایی رایلی، برای زلزله های حوزه دور و نزدیک، به حدود 20 درصد می رسد. در محدوده کرنش های بزرگ، مقادیر انتخابی برای میرایی رایلی (میرایی اضافی)، به دلیل استهلاک انرژی ناشی از مدل رفتاری، اهمیت چندانی نداشته و پاسخ ها با حالت نامیرا (بدون میرایی اضافی) تقریبا یکسان است؛ لذا اختلاف حالت میرایی رایلی و میرایی هیسترتیک ناشی از استهلاک انرژی بیش از حد در مدل رفتاری موهر-کلمب است، که می تواند دلیلی بر ناکارامدی این مدل رفتاری در تحلیل های دینامیکی سد مسجد سلیمان باشد. از طرف دیگر، با توجه به بزرگنمایی مجذور میانگین مربعات (rms) سرعت در ارتفاع در محدوده کرنش های کوچک، می توان گفت، مدل با زلزله حوزه نزدیک به میرایی بیشتری نسبت به مدل با زلزله حوزه دور نیاز دارد، که دلیل آن می تواند، وجود پالس های با پریود بلند در زلزله حوزه نزدیک باشد.

با افزایش توانایی هایی ماشین های برنامه نویسی در نیمه ی دوم قرن بیستم، مدل سازی رفتار مصالح که پیش ازین به علت حجم بالای محاسباتی چندان مورد توجه قرار نمی گرفت، به یکباره به کانون توجه محققین تبدیل شد. اگر چه مدل سازی رفتار در مصالحی نظیر فولاد پیشروتر از خاک بوده است، اما رفتار خاک در مقایسه با دیگر مصالح پیچیده تر و تأثیرگذاری بیشتری بر پاسخ مسائل مورد نظر داشته است. از همین رو، تلاش های گسترده ای در نیمه ی دوم قرن گذشته بر روی توسعه ی هر چه واقع بینانه تر رفتار خاک انجام گرفت. مقایسه ی بین نتایج مسائل متنوع ژئوتکنیکی تحت مدل های رفتاری مختلف اهمیت بکارگیری مدل های پیشرفته و توانمندتر را به خوبی نمایان می سازد. گام بزرگ دیگر در پیشرفت مهندسی ژئوتکنیک، ابداع و بکارگیری روش عددی اجزای محدود در حل مسائل ژئوتکنیکی بود که هم زمان با توسعه ی مدل های رفتاری در نیمه دوم قرن بیستم مورد استقبال فراوان محققین قرار گرفت. به کمک این روش، مسائل مورد نظر مدل سازی و مش بندی می شوند. سپس در نقاط گوسی، محیط پیوسته ی ژئوتکنیکی به یک مسئله ی گسسته تبدیل می شود. در هر یک از این نقاط، از زیر برنامه ای که کرنش را به تنش و یا بالعکس تبدیل می کند استفاده می شود. مدل های رفتاری از مجموعه ی روابطی که وظیفه ی تبدیل فوق را برعهده دارد تشکیل می شود. علاوه بر برنامه های ژئوتکنیکی موجود، یک برنامه ی ژئوتکنیکی اجزای محدود و اجزای مرزی، توسط دکتر کمالیان و همکارانشان ارائه گردیده است. این برنامه از مدل پروو برای تحلیل مسائل ژئوتکنیکی بهره می برد. طی یک برنامه، ترمیم این نرم افزار با بکارگیری مدل های رفتاری جدید و پیشرفته در دستور کار قرار گرفته است. بر همین اساس، پایان نامه ی حاضر به عنوان قسمتی از این برنامه، هدف تولید یک زیر برنامه ی تبیین رفتار ماسه را دنبال می کند. لذا در این تحقیق، زیر برنامه ای برای بکار گیری در برنامه های اجزای محدود و یا اجزای مرزی مهندسی ژئوتکنیک و بطور خاص برنامه ی هیبرید تهیه شده است. این زیر برنامه کرنش را به عنوان ورودی دریافت نموده و در نهایت مقادیر تنش متناسب با کرنش ورودی را ارائه می کند. در تحقیق پیش رو، ابتدا مفاهیم اولیه و ضروری مدل سازی پلاستیسیته و سپس تئوری های پیشرفته در تبیین رفتار خاک، بخصوص در بارگذاری های رفت و برگشتی تشریح شده است. پس از آن مدل رفتاری منظری-دافالیاس به عنوان یکی از مدل های موفق در سال های اخیر در مدل سازی رفتار خاک های ماسه ای بکار گرفته شده است. این مدل در سال 1997 بر پایه ی تئوری سطح حدی و در چارچوب مکانیک خاک حالت بحرانی ارائه شد. لازم به توضیح است، مدل های دیگر نظیر مدل رفتاری دافالیاس-منظری ارائه شده در سال 2004 در تحقیقات بعدی و به منظور تکمیل برنامه ی مورد نظر که این تحقیق نیز یک قسمت از این برنامه خواهد بود، بکار گرفته خواهد شد. در این تحقیق، روندی که به ارائه این مدل منجر شده است، همچنین مفاهیم مورد نیاز، روابط کلی تئوری سطح حدی، روابط خاص و نحوه ی کالیبراسیون مدل منظری-دافالیاس تبیین شده است. سپس به معرفی روش های عددی که برای این منظور مورد استفاده قرار می گیرند، پرداخته شده است. براساس منابع و مراجع در ادبیات فنی، روش های بکار رفته در عددی سازی روابط مدل های رفتاری خاک بطور کلی با دو رویکرد صریح و ضمنی معرفی شده است. همچنین الگوریتم برگشتی- به عنوان یکی از الگوریتم های زیر مجموعه رویکرد ضمنی- و چندین روش زیر مجموعه ی آن بررسی شده است. در تحقیق حاضر دو روش نزدیک ترین نقطه و صفحات برش خورده استفاده و الگوریتم های کامل این دو روش در عددی سازی مدل رفتاری منظری-دافالیاس بطور کامل ارائه گردیده است. در ادامه، نتایج در قالب مسیر های مختلف بارگذاری و در شرایط متنوع بطوری که بیانگر توانایی پیش بینی رفتار خاک توسط مدل باشد، بررسی شده است. سپس دو روش عددی مذکور از لحاظ درجه ی همگرایی، پایداری، مقدار خطای تولید شده و نیز سرعت اجرای برنامه مقایسه شده است. همان گونه که نتایج نشان می دهد، روش صفحات برش خورده با وجود ناپایداری در شرایطی که تنش برشی و هم زمان شیب آن به سمت صفر میل می کند، از سادگی بیشتر، سرعت بالاتر و خطای کمتری برخوردار است. در مقابل، روش نزدیک ترین نقطه یک روش کاملا پایدار در شرایط مختلف است اما، برای بکار گیری این الگوریتم، مشتقات مرتبه ی دوم بسیاری از روابط مدل های رفتاری نظیر رابطه سطح تسلیم، قانون جریان و قوانین سخت شوندگی مورد نیاز است که پیچیدگی ها و سختی های فراوانی را برای کاربران ایجاد می کند. به عنوان آخرین نتیجه، مزیت مشترک هر دو روش نسبت به روش های صریح، پایداری در اندازه ی گام های بزرگ است.

گسلش پدیده ایست که در زمان وقوع زمین لرزه به سبب جابجایی نسبی زمین در دو طرف گسل رخ می دهد و بر اثر آن سطح زمین متحمل گسیختگی خواهد شد. در ادبیات فنی به این گونه گسیختگی های سطح زمین ،گسلش سطحی می گویند. با نگاهی به تاریخچ? زلزله های شدیدی که در گذشته رخ داده اند، به این مهم دست خواهیم یافت که برخی از خسارت های قابل توجه و جبران ناپذیر که به سازه های مختلف و تاسیسات صنعتی با اهمیت وارد آمده اند، در اثر پدید? گسلش سطحی بوده است. از جمله زمین لرزه هایی که در ارتباط با پدید? گسلش سطحی بسیار حائز اهمیت بوده اند و می توان آنها را نقط? عطفی در نگرش به پدید? گسلش سطحی دانست، زمین لرزه های سال 1999 میلادی ترکیه و تایوان می باشند. از این حیث، در سالهای اخیر گروههای تحقیقاتی بسیاری در نقاط مختلف دنیا از جمله ژاپن، آمریکا، برخی از کشورهای اروپا و همچنین ایران بر آن شدند تا این پدیده را به طور جدی مورد ارزیابی و رفتار شناسی قرار دهند. در مطالعات انجام گرفته در این زمینه، شناسایی مسیر و چگونگی انتشار گسلش در پوشش خاکی مابین بستر سنگی و سطح زمین به منظور شناخت ناحیه هایی که در معرض خطر پدید? گسلش سطحی هستند و عوامل تأثیر گذار بر این قضیه از قبیل حضور سازه ها، ابعاد سازه ها، وزن سازه ها، موقعیت قرار گیری سازه ها نسبت به حالت میدان آزاد، زاویه گسلش، نوع گسلش، سرعت گسلش و ... مورد توجه قرار گرفته اند. به دلیل تأثیر حضور سازه ها بر نحو? انتشار گسلش نسبت به حالت میدان آزاد در پوشش خاکی مابین بستر سنگی و سطح زمین در ادبیات فنی از موضوع حاضر با نام اندرکنش گسلش – خاک – سازه ( fault rupture soil structure interaction ) یاد می شود. از جمله دلایلی که اهمیت پرداختن به این موضوع را دو چندان می نماید، می توان به موارد ذیل اشاره کرد: 1- لرزه خیز بودن کشور ایران 2- تراکم شهرهایی مانند تهران و نیاز به ساخت و ساز بر روی پهنه های گسلی شیب لغز فعال ( در اینجا ذکر این نکته حائز اهمیت است که، به علت تحت فشار قرار گرفتن صفح? تکتونیکی ایران به وسیل? صفحات عربستان از پایین و اوراسیا از بالا، اکثر گسلشها در کشور ایران به صورت شیب لغز رخ می دهند.) 3- مشخص نبودن موقعیت دقیق گسلهای فعال 4- عدم توانایی در تعیین دقیق ناحی? ممنوع جهت احداث سازه ها 5- بالا بودن نرخ زمین در برخی شهرها و اجبار ساخت و ساز بر روی ناحیه های گسلش و در صورت توجیه اقتصادی ارائه راهکارهایی به منظور افزایش مقاومت. پروژه حاضر در حقیقت تلاش برای بررسی برخی راهکار جدید مقاوم سازی پوشش خاکی مابین بستر سنگی و سطح زمین با استفاده از عامل مقاوم سازی ژئوگرید جهت انحراف یا کاهش جابجایی نسبی سطح زمین در اثر گسلش سطحی در حوز? مدلسازی عددی برای کاهش خطرات سطحی می باشد.

گسلش پدیده ای است که بر اثر جابه جایی تفاضلی دولبه گسل به هنگام وقوع زلزله پدید آمده و تابع بزرگی زلزله، می تواند به سطح زمین نیز برسد. از آنجائیکه سیستم های زیرزمینی به جهت ماهیت خود در یک ناحیه وسیع گسترده اند، بیشتر از سایر سازه ها که سطح کوچکتری را اشغال می نمایند، در معرض آسیبهای جدی در برابر این مخاطره طبیعی می باشند، به طوریکه در بعضی از مناطق ناگزیر به عبور از مجاورت و یا تلاقی با پهنه های گسلهای فعال می باشند. پرسشی که در تحقیق حاضر مورد توجه قرار گرفت بدین صورت است: چنانچه یک سازه زیرزمینی خطی مانند تونل و یا ایستگاه مترو ( با هندسه دایروی و یا مربع مستطیل) در برخی از مقاطع خود در تلاقی با گسل و یا به موازات امتداد آن عبور کند، چه اتفاقی بر خود سیستم به هنگام انتشار گسلش در آبرفت خواهد افتاد و نیز حضور چنین سیستمی چه اثری بر روند انتشار گسلش در خاک و جابه جایی سطح زمین خواهد داشت؟ روند کلی تحقیق به این صورت است که نخست مدلسازی دقیق تونل دایروی مترو و ایستگاه مربع مستطیل زیرزمینی به درستی انجام شود. سپس به مدلسازی مسئله گسلش معکوس و انتشار آن در آبرفت و تدقیق آن با پژوهش های پیشین پرداخته شده است. در نهایت با قرار دادن سیستم زیرزمینی در موقعیتها و شرایط مختلف و اعمال گسلش به شناسایی مکانیسم های اصلی اندرکنش و پارامترهای تاثیر گذار در اندرکنش گسلش و سازه زیرزمینی مانند سربار و عمق قرار گیری سازه ، فاصله از پایه گسلش و سختی نسبی سازه به خاک پرداخته شده است.

هدف از این تحقیق بررسی عملکرد پی های گسترده در برخورد با گسلش سطحی نرمال و معکوس میباشد. در این تحقیق با مدلسازی عددی لایه خاک و فونداسیون به صورت دو بعدی در نرم افزار abaqus و اعمال جابجایی به سطح بستر، پدیده گسلش مورد مطالعه قرار گرفته است. نوآوری انجام شده در این تحقیق، مدل نمودن فونداسیون به صورت انعطاف پذیر و با مشخصات واقعی و بررسی تنش های به وجود آمده در آن می باشد. در ادامه با بررسی هر یک از پارامترهای موثر بر اندرکنش گسلش- پی، تاثیر هر کدام از پارامترها، بر خرابی پی بررسی شده است.

رفتار سدهای خاکی با پریود های مختلف در زلزله های حوزه نزدیک و دور بررسی گردد. در بین اثرات و تفاوت های موجود در خصوصیات ذاتی زلزله های حوزه نزدیک با توجه به نقش برجسته ی دو ویژگی جهت پذیری پیش رونده و تغییر شکل ماندگار، اثرات این دو ویژگی به طور خاص مورد مطالعه قرار گرفته است . لذا رفتار دینامیکی سدهای مورد مطالعه از جمله بزرگنمایی شتاب در ارتفاع ، نحوه توزیع تغییر مکان ماندگار افقی در ارتفاع سد و نشست تاج سد در حالت تحریک با شتابنگاشت مختلف حوزه نزدیک و حوزه دور ارزیابی شده است

مصالح مخلوط که طیف وسیعی از انواع خاک شامل رس، سیلت، ماسه، شن و حتی قلوه سنگ را در بر می گیرد، در طبیعت به ویژه دررسوبات طبیعی و همچنین در سازه های ژئوتکنیکی بوفور یافت می شود. اگرچه مطالعه رفتار مکانیکی اینگونه مصالح خاکی یکی از نیازهای اساسی بخش مهندسی ژئوتکنیک می باشد لیکن بدلیل پیچیدگی شناخت رفتار مصالح مخلوط، اکثر مطالعات بر روی رفتار مصالح چسبنده خالص یا دانه ایی تمیز صورت پذیرفته است. رسهای مخلوط از جمله مصالح مخلوطی هستند که بررسی رفتار آنها در سالهای اخیر مورد توجه محققین کشور قرار گرفته است. در این تحقیق نیز، نتایج مطالعات انجام شده در زمینه تکمیل شناخت رفتار مکانیکی رسهای مخلوط بعنوان هسته سدهای خاکی تحت مسیر های بارگذاری استاتیکی و تناوبی مختلف با نگرش ویژه به تغییرات فشارآب منفذی( بعنوان پارامتر اصلی در بارگذاریهای زهکشی نشده این نوع مصالح) ارائه شده است. برای پوشش گسترده تر مطالعه رفتار مکانیکی رسهای مخلوط، آزمایش های سه محوری استاتیکی فشاری و کششی، سه محوری تناوبی کنترل کرنش و کنترل تنش، سه محوری استاتیکی پس تناوبی و برش پیچشی تناوبی کنترل کرنش و کنترل تنش تحت شرایط تحکیمی همسان و یا غیر همسان در دستور کار قرار گرفت. جهت انجام آزمایش های برش پیچشی تناوبی نیاز به دستگاه برش پیچشی بود که راه اندازی و عملیاتی کردن آن از موارد ضروری تحقیق حاضر بوده است. بدین منظور، برخی از قسمت های مکانیکی دستگاه مذکور اصلاح شده و بعلت مشکلات نرم افزار اصلی آن، بخش نرم افزاری دستگاه بطور کامل بازنویسی گردید. علاوه بر این، برای انجام سریعتر آزمایش ها و بالا بردن عملکرد دستگاه، دو سلول پشتیبانی جهت تحکیم و اشباع و همچنین قالب ها و چکش نمونه سازی طراحی و ساخته شد. نتایج این مطالعه نشان می دهد که حجم دانه ها و مسیر بارگذاری تاثیر گذارترین عامل بر تغییرات فشار منفذی می باشند. با افزایش حجم دانه ها در بارگذاری های استاتیکی و تناوبی کنترل کرنش، فشار منفذی افزایش یافته ولی با افزایش حجم دانه ها در بارگذاری های تناوبی کنترل تنش، فشار منفذی کاهش می یابد. همچنین نتایج آزمایش ها نشان می دهند که در اثر بارگذاری تناوبی، سختی نمونه ها در بارگذاری پس تناوبی کاهش می یابد. نتایج آزمایش های برش پیچشی بر روی نمونه های مخلوط بیانگر اینست که روند تغییرات فشار منفذی در این نوع بارگذاری مشابه روند تغییرات فشار منفذی در آزمایش های سه محوری تناوبی می باشد ولی چرخش محور های تنش اصلی منجر به تولید فشار منفذی کمتری در آزمایش های برش پیچشی تناوبی نسبت به شرایط مشابه در آزمایش های سه محوری تناوبی گردید. از آنجاییکه آزمایش های تناوبی انجام شده در این تحقیق از نوع کنترل کرنش و کنترل تنش بوده و از نگاه کرنش و یا تنش تنها، رفتار متفاوت در این نوع مصالح مشاهده می گردد، برای توصیف رفتار، مدلسازی تغییرات فشار منفذی در بارگذاری های تناوبی به روش انرژی انجام گردید که می تواند تغییرات فشار منفذی را بدون وابستگی به حالات بارگذاری از قبیل کنترل کرنش و یا کنترل تنش (علاوه بر ملحوظ شدن طبیعی تعداد سیکل بارگذاری) ارائه نماید که استفاده از آن کاربردی ترخواهد بود.

یکی از اهداف این تحقیق، ارزیابی مشخصات دینامیکی سدهای خاکی با استفاده از نگاشتهای ثبت شده زلزله و انفجار بوده و به عنوان مطالعه موردی، سد مسجد سلیمان انتخاب شده و مورد بررسی قرار گرفته است. پس از بررسی مختصری از مطالعات جهانی انجام شده در خصوص استفاده از شتابنگاشتهای زلزله در تحلیل رفتار دینامیکی سدهای خاکی، تمرکز اصلی بر روی اطلاعات موجود داخلی صورت پذیرفته است. در دسترس بودن نگاشتهای ثبت شده زلزله و انفجار بر روی سد مسجد سلیمان، زمینه مناسبی را جهت نیل به این هدف فراهم نمود. از سوی دیگر خاصیت نامانایی این نگاشتها و لزوم پردازش آنها توسط روشهای پیشرفته پردازش سیگنال که قادر به پردازش توامان نگاشتها در حوزه های زمان و فرکانس باشند، باعث استفاده از چنین روشهای پردازش نوینی همچون توزیع زمان-فرکانس و تبدیل موجک در تحلیل و پردازش نگاشتهای انفجار و زلزله شده است. در این بخش برای اولین بار با استفاده از روشهای کلاسیک و مدرن پردازش سیگنال، فرکانسها و اشکال مودی سد استخراج گردیده و پاسخهای حاصل با نگرش ویژه به روشهای مختلف پردازش مورد مقایسه و تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج پردازش شتابنگاشتهای زلزله نشان دهنده قوت روشهای نوین پردازش در استخراج فرکانسهای مودی سد است به طوری که در جهت بالادست-پایین دست سد با استفاده از توزیع زمان-فرکانس منجر به شناسایی فرکانس در محدوه های 4/3-2/3، 4-8/3 و نیز 8/4-7/4 هرتز شده است که با استفاده از روشهای کلاسیک قابل شناسایی نبوده است. همچنین در جهت طولی فرکانسهای 7/3-6/3 و 8/4-7/4 هرتز و در جهت قائم نیز فرکانسهای 3/4-4، 8/4-7/4 و 3/5-2/5 هرتز با استفاده از توزیع زمان-فرکانس استخراج گردیده اند که که روشهای کلاسیک قادر به آن نبوده اند. از سوی دیگر به دلیل ضعیف بودن شتابنگاشتهای مورد استفاده در پردازشها، میزان تغییرات در فرکانسهای مودی برآورد شده از پردازش نگاشتهای انفجار و زلزله اندک بوده و در اکثر موارد، تغییرات میان فرکانسهای بدست آمده از شتابنگاشتهای زلزله در مقایسه با فرکانسهای استخراج شده از نگاشتهای انفجار، زیر 10 درصد بوده است. با توجه به ثبت ارتعاشات انفجار در 26 نقطه از بدنه سد در مقایسه با رکوردهای زلزله که در 3 نقطه ثبت شده اند، امکان استفاده از روش توزیع زمان-فرکانس (tfd) جهت ترسیم انیمیشن اشکال مودی بدنه سد فراهم گشت و در نتیجه فرکانسهای مودی با دقت بالایی برآورد گردید. می-توان بیان داشت که نتایج پردازش سیگنالهای زلزله و انفجار ثبت شده در بدنه سد مذکور با 5 روش مختلف پردازش (شامل روشهای چهارطیفی، توزیع زمان-فرکانس، تبدیل موجک، نسبت طیفی تاج به گالری و نسبت طیفی h/v) نشان می دهد که در آزمایشهای ارتعاشی درجا در صورت ثبت نگاشتهای نامانا در تعداد نقاط کافی از سیستم، با استفاده از روش توزیع زمان-فرکانس و انیمیشن اشکال مودی می توان فرکانسهای مودی سد را با دقت مناسب برآورد نمود ولی اگر تعداد نقاط ثبت ارتعاشات جهت رسم اشکال مودی کافی نباشد، بهترین روش، استفاده ترکیبی از 5 روش مختلف پردازش ذکر شده در این تحقیق می باشد تا بتوان بر اساس مزیتهای هر کدام از روشها، فرکانسهای مودی سد را استخراج نمود. در بخش دیگری از این تحقیق با استفاده از شتابنگاشت ورودی در گالری، تحلیلهای عددی بدنه و پی سد مسجد سلیمان در محدوده دو بعدی صورت پذیرفته است. در این بخش تکیه اصلی تحقیق بر روی مطالعه محدودیت نرم افزارهای موجود مبتنی بر روش اجزای محدود بوده است که به منظور تحلیل مسئله اندرکنش سد-پی از جرم پی صرفنظر می کنند. صرفنظر نمودن از جرم پی باعث تغییر در پاسخ دینامیکی سد خاکی شده و لذا این روش دارای پاسخ دقیق نخواهد بود. بر این اساس در این تحقیق با در دسترس بودن شتابنگاشتهای ثبت شده در نقاط مختلف سد مذکور، جرمهای مختلفی برای پی سد در نظر گرفته شده و تحلیلهای عددی انجام شده است. در تمامی حالتهای در نظر گرفته شده جرم پی، پدیده بزرگنمایی از گالری تا تاج سد مشاهده گردیده است و لذا تغییرات جرم پی تاثیری بر پدیده بزرگنمایی در ارتفاع سد نداشته است. در ادامه، پاسخهای بدست آمده از تحلیلهای عددی با پاسخهای ثبت شده مورد مقایسه قرار گرفته است و در خصوص میزان در نظرگیری جرم پی با استفاده از معیارهای مختلف بحث شده است. بررسی ها نشان داده است که یکی از بهترین معیارها در این مقایسه، استفاده از توزیع زمان-فرکانس در تحلیل شتابنگاشتهای ثبت و محاسبه شده می باشد. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که صرفنظر نمودن از جرم پی (فرض مرسوم پی بدون جرم در نرم افزارهای مبتنی بر روش اجزای محدود) الزاما منجر به بهترین پاسخ دینامیکی برای سد خاکی نمی گردد. با توجه به معیارهای مختلف در نظر گرفته شده در این تحقیق و با توجه به ضعیف بودن محرک ورودی ثبت شده و فرض رفتار خطی سد، به نظر می رسد پی با جرم زیر 50 درصد (در حدود 20-30 درصد) نزدیکترین پاسخ به رفتار ثبت شده سد را به همراه داشته باشد. نتایج تحقیق حاضر نشان می دهد که استفاده از روشهای نوین پردازش سیگنال ابزاری قدرتمند جهت تدقیق شناسایی مشخصات دینامیکی سدهای خاکی (شامل فرکانسها، میرایی ها و نیز اشکال مودی) و نیز وسیله ای مناسب به منظور تدقیق مدلهای عددی در تحلیلهای تاریخچه زمانی می باشد. این تحقیق قابلیت روشهای پردازش مذکور را جهت مطالعه پاسخهای بدست آمده از تحلیلهای عددی تاریخچه زمانی و رسیدن به پاسخ مناسب را در بررسی یکی از مهمترین چالشهای مطرح در زمینه سدهای خاکی – سنگریزه ای یعنی اثرات اندرکنش سد-پی آشکار ساخته است.

ریز پهنه بندی لرزه ای منطقه جنوب شرقی تهران در سال 1373 به عنوان یکی از طرحهای تحقیقاتی موسسیه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله آغاز گردید.منطقه مورد مطالعه که قسمتی از مخروط افکنه ارتفاعات شمال تهران می باشد143 کیلومتر مربع وسعت دارد . ابتدا منطقه مطالعاتی به واحدهای مربع شکل به ابعاد یک کیلومتر در یک کیلومتر تقسیم گردید. برای تحلیل تاثیر شرایط ژئوتکنیکی آبرفت برای هر واحد بر اساس اطلاعات زمین شناسی ، گمانه ای و ژئوسیسمیک مقطع ژئوتکنیک لرزه ای تعیین شد.بعد از دسته بندی مقاطع مذکور ، 45 مقطع نماینده انتخاب و با نرم افزار ‏‎shake‎‏ براساس چهار حرکت ورودی مناسب (شتابنگاشت) بر روی مقاطع تحلیل صورت پذیرفت و نتایج این تحلیلها به صورت نقشه های ریز پهنه بندی ارائه گردید.در این گزارش به بررسی و تچزیه و تحلیل نتایج حاصل از این مطالعات پرداخته می شود.