آلودگی منابع آب زیرزمینی و به طور کلی خاک ها، در سالهای اخیر تبدیل به یکی از جدی ترین مشکلات زیست محیطی در سراسر جهان شده است. از مهمترین این آلوده کننده ها، آلاینده های نفتی و به طور کل فرآورده هایی می باشند که در اثر نشت و یا تراوش در حین ذخیره سازی و یا انتقال، با نفوذ به خاک زیر سطح زمین، منابع آب زیرزمینی را آلوده می سازند. پتانسیل ورود گسترده این ترکیبات به خاک های زیرسطحی و منابع آب زیرزمینی، بررسی خصوصیات گسترش آنها را تبدیل به موضوعی حائز اهمیت نموده است. موفقیت در ارائه طرحی جهت احیاء و اصلاح محل های آلوده، بستگی به درک رفتار و توانایی پیش بینی گسترش این آلاینده ها در خاک زیر سطح زمین دارد. هدف از این تحقیق، بررسی فاکتورهای مهم و تاثیر گذار بر میزان گسترش آلودگی های نفتی در خاک های غیر اشباع و همچنین سفره های آب زیرزمینی و نیز بکارگیری موفق یک مدل عددی جهت شبیه سازی انتقال آلاینده های نفتی در آب و خاک زیر سطح زمین می باشد. جهت انجام تحقیق، از رویکرد مدلسازی عددی استفاده شده است. نتایج حاصل از مدلسازی های متعدد انجام گرفته نشانگر حساسیت قابل توجه جواب ها نسبت به تغییرات پارامترهایی همچون تاثیر مقادیر هدایت هیدرولیکی، گرادیان هیدرولیکی جریان در، ضرایب پخش و پراکندگی و ... می باشد. از نتایج بدست می توان در پیش بینی نحوه و میزان گسترش آلودگی نفتی ناشی از نشت و تراوش از یک منبع ذخیره و یا خطوط انتقال این فرآورده و همچنین اهمیت میزان تاثیر پارامترهای مختلف موثر بر انتشار آلودگی بهره جست. در نهایت نیز برخی راهکاری ژئوتکنیکی به منظور آلودگی زدایی از مناطق آلوده شده به آلودگی های نفتی مورد بررسی و کارایی آنها مورد ارزیابی قرار گرفته است.

حفاری تونل در زمین های نرم زیر سطح آب زیرزمینی، باعث اندرکنش بلند مدت بین پوشش تونل و زمین اطراف می شود. فاکتورهای متفاوتی مانند نفوذپذیری خاک اطراف و شرایط مرزی در محیط تونل، اندرکنش تونل و خاک اطراف را در زمان به تعادل رسیدن فشار آب حفره ای بعد از ساخت تونل، کنترل می کنند. طراحی پوشش تونل های واقع در زیر سطح آب زیرزمینی نیازمند مشخص بودن توزیع فشار آب حفره ای در اطراف تونل، نیروهای محوری، ممان خمشی و تنش های ایجاد شده در پوشش در اثر تغییر پارامترهای ژئوتکنیکی زمین می باشد. در این پایان نامه سعی شده تا با تمرکز بر پارامتر فشار آب حفره ای، تاثیر شرایط زهکشی در دیواره تونل بر توزیع فشار آب حفره ای و همچنین تغییرات فشار آب حفره ای ناشی از تحریکات لرزه ای مورد بررسی قرار گیرد. به عبارت دیگر در شرایط استاتیکی اثر تغییرات عمق و قطر تونل و همچنین جابه جایی تراز آب زیرزمینی بر توزیع فشار آب حفره ای و تنش های پوشش و در شرایط دینامیکی اثر تغییرات فرکانس و ماکزیمم شتاب تحریک لرزه ای بر اضافه فشار آب حفره ای دینامیکی ارزیابی شد. تحلیل همبسته هیدرولیکی-مکانیکی با استفاده از نرم افزار عددی flac2d انجام شد و مدل رفتاری موهر-کولمب برای مصالح در شرایط استاتیکی و مدل رفتاری فین برای مدل سازی اضافه فشار حفره ای دینامیکی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج به دست آمده از تحلیل همبسته هیدرولیکی-مکانیکی نشان می دهند که شرایط مختلف زهکشی، توزیع فشار آب حفره ای و در نتیجه تنش های پوشش را تحت تاثیر قرار می دهند. زهکشی فشار آب حفره ای باعث کاهش تنش های محوری ایجاد شده در پوشش ثانویه شده و با بالا آمدن تراز آب زیرزمینی، میزان کاهش در تنش محوری افزایش می یابد. همچنین وجود لایه زهکش بین پوشش اولیه و نهایی در تونل های نسبتاً کم عمق و با تراز آب زیرزمینی بالا کارآمد تر بوده و تا حد زیادی از فشار آب وارد بر پوشش نهایی می کاهد. این امر به دلیل افزایش دبی ورودی به سیستم زهکشی و استفاده بهینه از ظرفیت تخلیه فیلتر می باشد. همچنین به دلیل فشردگی لایه زهکش در اثر افزایش وزن روباره و در نتیجه کاهش ظرفیت تخلیه آن، در اعماق بیشتر عملکرد لایه زهکش کاهش می یابد. کاهش ظرفیت فیلتر ناشی از کاهش نفوذپذیری یا کاهش ضخامت منجر به افزایش بار فشار آب حفره ای وارد بر پوشش، کاهش جریان شعاعی به سمت تونل و کاهش دبی تخلیه شده در سیستم زهکشی می شود. همچنین فشار آب حفره ای تولید شده ناشی از بارگذاری لرزه ای وابسته به فرکانس و ماکزیمم شتاب موج ورودی می باشد. افزایش فرکانس بارگذاری موجب کاهش تنش های پوشش و فشار آب حفره ای شد. همچنین با افزایش ماکزیمم شتاب بارگذاری، تنش های پوشش و فشار آب حفره ای اضافی، افزایش یافتند.

خاک های سطحی در مناطق ساحلی و فراساحلی معمولاً از نوع ماسه و رس رسوبی و بسیار سست بوده و با توجه به اشباع بودن، تحت بارگذاری دینامیکی مستعد روانگرایی هستند. رفتار خاک ها در روانگرایی بسیار پیچیده بوده و تابع عوامل مختلفی است. در نتیجه شمع های قرار گرفته در این نوع خاک ها نیز عملکرد بسیار پیچیده ای داشته و با وجود تحقیقات گسترده ای که در این خصوص انجام شده، می توان گفت کماکان مکانیزم اندرکنش شمع و خاک در شرایط وقوع روانگرایی به صورت کامل و دقیق مشخص نشده است. در این تحقیق برای بررسی پدیده روانگرایی، مدل سازی به صورت سه بعدی انجام شده و از تحلیل کاملاً همبسته (u-p) و روش اجزای محدود برای حل مسئله استفاده شده است. مدل رفتاری استفاده شده توانایی پیش بینی رفتار ماسه در حالت زهکشی نشده را داشته و با دقت نسبتاً خوبی پدیده روانگرایی را شبیه سازی می کند. لایه بندی خاک مورد استفاده در تحقیق حاضر شامل یک لایه خاک ماسه ای با تراکم کم است که بر روی یک لایه از خاک ماسه ای با تراکم بیشتر قرار گرفته و برای بررسی اثر حضور خاک رس، بار دیگر لایه بالایی به صورت دو لایه شامل لایه ای از خاک رس بر روی لایه ماسه ای در نظر گرفته شده است. بارگذاری دینامیکی شامل یک موج هارمونیک سینوسی از نوع تاریخچه زمانی شتاب با شدت و فرکانس های مختلف بوده و مدت کل زمان بارگذاری نیز 10 ثانیه انتخاب شده است. با توجه به موارد ذکر شده و با انجام صحت سنجی مدل، تغییرات فشار آب حفره ای، تغییرمکان های شمع و لنگرهای خمشی آن با دقت نسبتاً خوبی بدست آمد که نشان دهنده توانایی مدل در پیش بینی مکانیزم روانگرایی و اثرات آن بر شمع است. مشاهده گردید که پاسخ های شمع و به خصوص لنگرهای خمشی و شتاب، با افزایش فرکانس بارگذاری دچار کاهش قابل ملاحظه ای می شوند. با افزایش قطر شمع، سطح جانبی شمع که در تماس با خاک است، افزایش می یابد و با وجود این که افزایش قطر سبب کاهش تغییرمکان می گردد، از طرف دیگر می تواند به علت افزایش سطح جانبی شمع در برابر خاک و در نتیجه افزایش نیروهای حرکتی وارده از خاک، سبب افزایش تغییرمکان ها نیز گردد. همچنین می توان نتیجه گرفت که در صورت حضور لایه رسی، لنگرهای خمشی حداکثر شمع پس از روانگرایی می تواند تا حدود 45 درصد افزایش یابد که میزان این افزایش به ضخامت لایه رسی بستگی دارد.

اصلاح رفتار خاک¬های مختلف به کمک افزودنی ها یکی از مسائل مهم پیش روی پژوهشگران در مهندسی ژئوتکنیک می¬باشد. افزودنی¬های متداول همچون سیمان، آهک، خاکستر بادی، قیر و ... در مطالعات پیشین مورد بررسی قرار گرفته¬اند و نانومواد که حائز ویژگی¬های منحصر به فردی هستند و استفاده از آن ها در دیگر شاخه های علوم مهندسی منجر به تحولاتی بنیادی شده است، در مهندسی ژئوتکنیک کمتر مورد توجه قرار گرفته¬اند. به دلیل عدم وجود مطالعات آزمایشگاهی کافی و داده های واقعی در زمینه ی اثر نانوذرات بر خصوصیات خاک ها، در این پایان نامه به بررسی آزمایشگاهی تاثیر افزودنی نانورس بر روی خصوصیات ژئوتکنیکی ماسه های رس دار پرداخته شده است. هدف کلی از بررسی مواد در مقیاس نانو، شکل دهی ترکیبات جدید با ایجاد تغییراتی در مواد موجود و یافتن طبقه جدیدی از مصالح با عملکردهای نوین است. انجام چنین مطالعاتی می¬تواند راه را برای استفاده ی کاربردی وسیع¬تر از این فناوری در زمینه ژئوتکنیک هموار سازد. مجموعه¬ای از آزمایش های حدود اتربرگ، برش مستقیم و سه محوری بر روی خاک مورد نظر و مخلوط های آن با 5 درصد مختلف نانورس، جهت بررسی میزان تغییرات به وجود آمده در خواص خاک با افزایش درصد نانورس انجام شده است. به منظور پراکندن یکنواخت نانوذرات در خاک از آسیاب گلوله ای استفاده شد. همچنین به منظور بدست آوردن رطوبت بهینه و وزن مخصوص بیشینه ی لازم جهت نمونه سازی، آزمایش تراکم استاندارد روی نمونه های بدون نانورس انجام گردید. نتایج نشان دهنده ی افزایش حد روانی و خمیری خاک با افزودن نانورس می باشد به نحوی که با افزایش درصد نانورس تا 1 درصد، دامنه ی خمیری کاهش یافته و در درصدهای بیشتر افزایش می یابد. همچنین مقاومت برشی ماسه ی رس دار در آزمایش های برش مستقیم و سه محوری زهکشی شده با افزودن درصد مشخصی نانورس بهبود یافته است. درصد بهینه ی نانورس برای زاویه ی اصطکاک داخلی در برش مستقیم 1 درصد و در سه محوری 2 درصد به دست آمد. همچنین بیشترین چسبندگی در هر دو آزمایش مربوط به مقدار 4 درصد نانورس می باشد. در حالی که در حالت اشباع، نانورس مورد نظر سبب کاهش مقاومت برشی خاک شده است. علاوه بر آن افزودن نانورس به ماسه ی خالص اثر منفی بر مقاومت برشی این خاک داشته است. با توجه به اطلاعات به دست آمده از این مطالعه روشن می¬گردد که نانوذرات می توانند کاندیدای مناسبی جهت بهسازی ماسه های رس دار باشند.

امروزه میخ¬کوبی خاک به صورت گسترده به عنوان یک تکنیک مقاوم¬سازی جهت نگهداری شیب¬ها و گودبرداری¬ها استفاده می¬شود. معمولاً تحلیل و طراحی دیوارهای میخ¬کوبی شده با استفاده از روش تعادل حدی انجام می¬گیرد. با این وجود پارامترهای متعددی بر رفتار این گونه سازه¬ها تاثیرگذار هستند، به طوری که ارزیابی درست اندرکنش بین میخ¬خاک¬ها و خاک اطراف دارای اهمیت زیادی جهت ایمنی و طراحی اقتصادی این گونه سازه ها می باشد که این موضوع در روند طراحی معمولی به صورت مناسب در نظر گرفته نمی¬شوند. هدف از این تحقیق، مدل سازی دقیق فصل مشترک بین میخ¬خاک و خاک با روش بدون شبکه می باشد که مدل سازی دقیق آن در روش اجزاء محدود با معضلات تغییرشکل¬های نامتجانس المان فصل مشترک همراه است. با بهره¬گیری از یک روش بدون شبکه و با استفاده از زبان برنامه¬نویسی یک روش عددی جدید برای شبیه سازی دیوارهای میخ¬کوبی شده ارائه شده است. این روش با ایجاد هندسه مسئله توسط گره¬ها، مشکلات سایر روش¬های عددی مبتنی بر شبکه را حل می¬نماید. در این برنامه اندرکنش بین نیل و خاک با در نظر گرفتن لایه¬های واسطه در اطراف آن مدلسازی شده است و با توجه به اینکه رفتار لایه¬های واسطه بر اساس گره¬های اطراف آن بررسی می¬گردد، لغزش بین نیل و خاک به سادگی مدلسازی می¬شود.

علاوه بر بررسی تاثیر عواملی مانند درصد ریزدانه خمیری یا بافت اولیه، ایجاد یک چهارچوب مفهومی مناسب برای تفسیر نتایج یا مقایسه آنها و از همه مهمتر بررسی امکان پیشبینی نتایج بدون انجام آزمایشات زیاد یکی از مطالب مورد توجه در زمینه رفتار زهکشی نشده ماسه ها در چند سال اخیر بوده است. آزمایشات این مطالعه با رویکرد بررسی نحوه تاثیر عواملی مانند درصد ریزدانه خمیری و بافت اولیه و در راستای ارائه یک چهارچوب مفهومی برای تعیین درصد مشارکت ریزدانه ها در تماسهای بین دانه ای، محاسبه نسبت تخلخل هم ارز و نهایتا امکان پیشبینی نتایج صورت گرفته است. ترکیبات ماسه با صفر تا 25 درصد ریزدانه خمیری، با چهار وزن مخصوص خشک 4/1، 45/1، 5/1 و 55/1 گرم بر سانتیمتر مکعب، تحت دو فشار همه جانبه 100 و 300 کیلوپاسکال که با استفاده از چهار روش نمونه سازی ریزش خشک (dd)، ریزش جریانی (ap)، رسوب در آب (ws) و تراکم مرطوب (wt) ساخته شده بودند، تحت آزمایشات سه-محوری به شیوه استاتیکی و نیز تناوبی قرار گرفتند. دستگاه سه محوری تناوبی مورد استفاده در راستای همین مطالعه طراحی و ساخته شد. از عکسهای میکروسکوپی نیز برای تفسیر بهتر نتایج استفاده شده است. نتایج نشان داده است که روش های (dd)، (ap) و (ws) بر خلاف روش (wt) تمایل به تولید بافت های مشابه با تمایلات اتساعی شدید دارند که حتی در درصدهای ریزدانه قابل توجه نیز تمایلات اتساعی خود را حفظ می کنند. در مقابل، نمونه های ساخته شده با روش (wt) تمایل به بروز رفتار نرم شوندگی کامل با کرنش دارند. با افزایش درصد ریزدانه خمیری تا حدود 20 درصد در تمام روشهای نمونه سازی ناپایداری افزایش یافته است. در حدود 20 درصد یک حد آستانه مشاهده شده که با گذشت درصد ریزدانه از آن مقاومت ترکیبات مجددا افزایش می یابد. این حد آستانه برای تمام روشهای نمونه سازی مورد استفاده در یک حدود بدست آمده و مستقل از روش نمونه سازی و همچنین نوع بارگذاری استاتیکی یا تناوبی نشان داده است. در مرحله بعد، نحوه اندرکنش بخش ریزدانه و درشت دانه، نسبت قطر دانه های درشت و ریز، خاصیت خمیری ریزدانه ها، حد آستانه تغییرات رفتاری و نحوه تغییرات نسبت تخلخل به کار گرفته شده اند تا یک چهارچوب مفهومی برای تفسیر نتایج ارائه شود. با در نظر گرفتن عوامل فوق و بر اساس مفهوم نسبت تخلخل هم ارز یک رابطه کاربردی به منظور محاسبه درصد مشارکت ریزدانه ها در تماسهای بین دانه ای (پارامتر b) ارائه شده است. با کمک این رابطه امکان پیشبینی رفتار ترکیبات مختلف ماسه و ریزدانه از روی رفتار ماسه تمیز فراهم شده است. با ترکیب نتایج آزمایشات مونوتنیک و تناوبی و یدست آوردن رابطه بین پارامتر حالت ( ) و مقاومت تناوبی، نشان داده شده است روند تغییرات پارامتر حالت در مقابل مقاومت تناوبی در حالت هم ارز بر روند این تغییرات در حالت معمول منطبق است و لذا می توان از نمودار ( ) به جای نمودار ( ) برای پیشبینی مقاومت تناوبی نمونه های مختلف استفاده کرد، ضمن آنکه این رابطه مستقل از درصد ریزدانه یا فشار همه جانبه موثر است. طبعا استفاده از پارامتر حالت هم ارز منجر به کاهش آزمایشات لازم خواهد شد.