بررسی خواص مکانیکی خاک به عنوان تکیه گاه اصلی سازه های مهندسی از دیر باز مورد توجه محققین بوده است. ضعف مقاومت برشی و در نتیجه ظرفیت باربری کم خاک های ضعیف، عاملی جهت پیدایش روشهای گوناگون اصلاح خواص مکانیکی خاک از قبیل تراکم خاک، تثبیت خاک، تزریق، مسلح سازی خاک و ... گردیده است. یکی از پر کاربردترین روشهای بهسازی خاک استفاده از خاک مسلح، به ویژه در دیوارهای مسلح شده توسط تسمه های فلزی می باشد. در این سیستم مقداری از نیروی منتقل شده به خاک به واسطه ی اصطکاک بین ذرات خاک و سطح تسمه به صورت نیروی کششی درون تسمه ها مستهلک گردیده و باعث کاهش تنش برشی به وجود آمده در توده ی خاک می گردد. طبق این مکانیسم تسمه ها تحت نیروی بیرون کشیدگی قرار گرفته که سطح صاف آنها باعث اندرکنش ضعیف تسمه ها با خاک گردیده و این یکی از نقاط ضعف این سیستم محسوب می گردد. در این تحقیق نوعی مسلح کننده ی جدید، که از افزودن قلاب به تسمه سنتی ساخته شده جهت افزایش مقاومت بیرون کشیدگی و کاهش طول مهاری مسلح کننده معرفی می گردد که تسمه قلاب نامگذاری می شود. 52 آزمایش بیرون کشیدگی بزرگ مقیاس برای بررسی هندسه بهینه و مقاومت بیرون کشیدگی این سیستم انجام گردید. تاثیر زاویه قلاب، طول قلاب، فاصله قلاب ها از یکدیگر و اندازه المان مکعبی قلاب بر نسبت ضریب اندرکنش بیرون کشیدگی و تاثیر افزودن قلاب ها در طول مهاری مورد مطالعه قرار گرفت. علاوه بر مطالعات آزمایشگاهی شبیه سازی عددی مسئله نیز با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود plaxis انجام گرفت. نتایج بدست آمده از آزمایشات و مطالعه عددی برای دو سیستم سنتی و تسمه قلاب نشان می دهد که مقاومت بیرون کشیدگی سامانه تسمه قلاب در سربارهای 50، 100، 120 و 150 کیلو نیوتن بر متر مربع به ترتیب 7/7، 5، 3/4 و 5/4 برابر تسمه سنتی می باشد.

تثبیت خاک به اصلاح و بهبود خواص فیزیکی و مهندسی آن، برای تأمین یک سری اهداف از پیش تعیین شده اطلاق می گردد، که یکی از راهکارهای مناسب برای بهره برداری و اجرای سریع تر پروژه های عمرانی می باشد. تثبیت خاک با استفاده از مصالح سنتی از قبیل آهک، سیمان و قیر دارای پاره ای از مشکلات است. امروزه با معرفی انواع مواد شیمیایی نوین تحول شگرفی در زمینه ی تثبیت خاک با این مواد به وجود آمده است. از جمله ی این مواد می توان به پلی وینیل استات و پلی وینیل الکل اشاره نمود. این دو پلیمر مواد چسبناکی هستند که با از دست دادن رطوبت چسبندگی بالایی به وجود آورده و می توانند ذرات خاک را به هم بچسبانند و با این خاصیت، باعث تثبیت خاک در زمین های مسطح و شیب دار، بالا بردن مقاومت گسیختگی خاک، جلوگیری از به وجود آمدن گرد و خاک و بهبود ساختار خاک در مدت زمانی کم می شوند. این مواد غیرسمی و دوست دار محیط زیست بوده و برای اجرای کارهای سریع و کوتاه مدت مانند امور نظامی مناسب هستند. در این پژوهش برای اولین بار، تأثیر پلی وینیل استات (pvac) و پلی وینیل الکل (pva) و الیاف در درصدهای مختلف کاربرد نسبت به وزن خاک و حالت های مختلف ترکیب درصدهای مختلف پلیمر و الیاف بررسی شده است. همچنین تغییر پارامترهای ساختاری (درصد رطوبت بهینه و وزن مخصوص خشک) و مقاومتی (cbr، چسبندگی و زاویه ی اصطکاک داخلی) خاک ماسه ای در قالب انجام تست های تراکم، cbr و برش مستقیم بررسی شده است. مطابق نتایج هر سه افزودنی وزن مخصوص حداکثر و رطوبت بهینه را کاهش می دهند و باعث افزایش میزان cbr می شوند. این افزایش در استفاده از pva بیشتر از pvac می باشد. افزودن پلیمرهای pva و pvac افزایش بسیاری در میزان چسبندگی ایجاد می کنند، بطوری که شاهد چندین برابر شدن چسبندگی هستیم. اما افزایش چسبندگی در استفاده از pva بیشتر از pvac است.

مسئله ی انتقال– پخش یکی از مسائل مهم در بررسی رفتار آلاینده ها و انتقال آلودگی، انتقال حرارت، انتقال و انباشتگی رسوبات در بستر رودخانه ها و سدها و سایر سازه های آبی می باشد. به دلیل کابرد فراوان این مسئله، روش های مختلفی برای آنالیز آن، توسط محققین ارائه شده است. این روش ها در حالت کلی به دو دسته ی؛ روش های تحلیلی و روش های عددی تقسیم می شوند. روش های تحلیلی محدود بوده و عموما برای تحلیل مسائل همگن و همسان که داری هندسه ی منظم می باشند کاربرد دارند، در حالی که اغلب مسائل واقعی دارای هندسه ی نامنظم و پیچیده ای هستند، لذا محققین وادار به استفاده از روش های عددی از قبیل روش تفاضل محدود، روش حجم محدود، روش المان مرزی و روش المان محدود که قدرت تحلیل مسائل پیچیده تری را دارند، شده اند که انتخاب استفاده از این روش ها اصولا بستگی به نوع مسئله -ی مورد مطالعه دارد. هر کدام از این روش ها، نقاط ضعف و قوت خاص خود را دارند. به عنوان مثال در روش المان محدود علی رغم قدرت بالای این روش در تحلیل مسائل مختلف، نیاز به مش بندی کل حوزه-ی مسئله می باشد که این کار موجب افزایش تعداد درجات آزادی و به تبع آن موجب افزایش هزینه های محاسباتی، می شود. این ضعف توسط روش المان مرزی به طور قابل ملاحظه ای پوشش داده شده و در این روش نیازی به مش بندی کل دامنه نیست و فقط مرز های مسئله مش بندی می شود. مشکل عمده ی روش المان مرزی نیاز آن به حل معادلات بنیادین می با شد که در بعضی موارد حتی حل آنها غیر ممکن می-باشد. با این وجود، ارائه ی یک روش مناسب تر برای تحلیل مسائل انتقال– پخش که بتواند، ضعف روش-های قبلی را تاحدی پوشش دهد، همچنان به عنوان یک نیاز مطرح است. در این تحقیق، یک روش نیمه تحلیلی به نام روش المان محدود با مرز مقیاس شده برای تحلیل مسئله ی دو بعدی انتقال– پخش ماندگار ارائه شده است. علت انتخاب این روش برای تحلیل مسئله ی انتقال– پخش، عمدتا به این خاطر بوده است که؛ اولا روش روش المان محدود با مرز مقیاس شده قادر به پوشش دادن برخی از ضعف های روش های عددی مشابه می باشد. ثانیا، تابه حال از این روش برای تحلیل مسائل انتقال– پخش مثل انتقال آلودگی و ... استفاده نشده است. به طور خلاصه می توان گفت که روش المان محدود با مرز مقیاس شده، مزایای دو روش المان محدود و روش المان مرزی را یک جا در بر دارد که باعث بروز ویژگی های منحصر به فرد آن شده است. در این روش مش بندی فقط بر روی مرزها صورت می گیرد، بنابر این ابعاد مسئله به اندازه ی یک واحد کاهش می یابد ولی برخلاف روش المان مرزی، نیازی به حل معادلات بنیادین پیچیده نیست. درونیابی در مرز ها همانند روش المان محدود با استفاده از توابع شکل تقریب زده می شود. این روش نقاط تکین، مسائل ناهمسان و ناهمگنی که شرط تشابه را ارضا می کنند را به خوبی مدل سازی می-کند و همچنین قادر به ارضاء شرایط مرزی در بینهایت می باشد. در این تحقیق بعد از استخراج معادلات روش المان محدود برای حل مسئله ی انتقال- پخش و پخش– واکنش، روند حل معادلات به دست آمده، ارائه شده است. دقت و عملکرد روش ارائه شده با ارائه ی مسائل مختلفی از انتقال– پخش و پخش– واکنش ماندگار که شامل مسائل همسان و ناهمسان می باشند بررسی شده است. برای تحلیل مسائل، برنامه ی کامپیوتری به زبان matlab برای هر دو روش المان محدود با مرز مقیاس شده و روش المان محدود نوشته شده است. در نهایت نتایج حاصل از روش ارائه شده با نتایج بدست آمده از روش های تحلیلی و روش المان محدود، مقایسه شده و دقت و کارایی بالای روش المان محدود با مرز مقیاس شده نشان داده شده است.