خاک هایی که پتانسیل انقباض و انبساط حجم در طی تغییرات رطوبت را دارند خاک های متورم شونده اطلاق می شوند. تورم این خاک ها باعث ایجاد فشار و بروز ترک در راه ها، لوله های انتقال، پی ساختمان، فرودگاه، راه آهن و خرابی سازه های ساخته شده برروی این خاک ها شده و باعث خسارت های مالی زیادی می شود. برا ی کاهش خسارت وارده به سازه ها از طرف خاک های متورم شونده، نیاز به طراحی سازه ها ی ساخته شده بر روی این خاک ها می باشد، به طوری که در مقابل تورم مقاومت کافی را داشته باشند. برای طراحی این سازه ها، نیازمند به داشتن مقادیر درصد تورم و فشار تورم می باشد. درصد تورم و فشار تورم یا باید با انجام آزمایشات تورم و یا با استفاده از مدل های پیش بینی کننده ی این پارامترها، بدست آیند. انجام آزمایشات تورم بسیار زمان بر و نیازمند تجهیزات گران و ویژه ای است. پس نیاز به مدل هایی که بدون انجام آزمایشات تورم و مسائل مربوط به آزمایشگاه، بتوانند به صورت تئوری و با استفاده از داده های در دسترس، پارامترهای تورم را با دقت نسبتا بالایی پیش بینی کنند، احساس می شود. در این تحقیق به بررسی توانایی سیستم استنتاج فازی-عصبی انطباقی در پیش بینی درصد تورم (s) و فشار تورم (sp) پرداخته شد. بدین منظور مدل های anfis برای توسعه ی موارد زیر بکار برده شده اند: (i) پیش بینی درصد تورم با استفاده از دو ساختار متفاوت برای ایجاد anfis، (ii) پیش بینی فشار تورم با استفاده از دو ساختار متفاوت برای ایجاد anfis. برای مدل های ایجاد شده، ضریب تعیین (r2)، ریشه میانگین مریعات خطا (rmse)، خطای مطلق میانگین (mae) و واریانس (vaf) محاسبه شده و با نتایج بدست آمده از شبکه عصبی مصنوعی (ann) و آنالیز رگرسیون (mra) که توسط erzin et al. (2011) انجام شده بود مقایسه گردید.

بررسی مقاومت برشی خاک غیراشباع با استفاده از تجهیزات آزمایشگاهی نسبت به حالت اشباع آن، پیچیده تر،پرهزینه تر و زمانبر تر خواهد بود. از این رو استفاده از روش های تئوری مختلف نظیر محاسبات نرم به منظور پیش بینی مقاومت برشی خاک غیراشباع بسیار کاربردی و مفید خواهد بود. در این پژوهش قابلیت سیستم استنتاج فازی- عصبی انطباقی (anfis) و دو نوع شبکه عصبی مصنوعی (mlp , rbf) به منظور تخمین مقاومت برشی خاک غیراشباع بررسی گردید. تحقیق حاضر از دو مرحله تشکیل شده است. در مرحله اول از 128 سری داده استفاده شده است، به صورتی که چهار پارامتر تنش نرمال خالص، ماتریس مکش، زاویه اصطکاک داخلی موثر و چسبندگی موثر به عنوان پارامترهای ورودی و مقاومت برشی غیراشباع به عنوان پارامتر خروجی تعیین گردیدند. در مرحله دوم از 118 سری داده با 8 پارامتر ورودی که شامل تنش نرمال خالص، ماتریس مکش، زاویه اصطکاک داخلی موثر، چسبندگی موثر، نسبت تخلخل، دانسیته خشک، چگالی مخصوص و درجه اشباع می باشد، مقاومت برشی خاک غیراشباع پیش بینی گردید. به منظور مقایسه نتایج حاصل از anfis و شبکه عصبی، ازشاخص های ارزیابی ضریب تعیین (r2)، ریشه میانگین مربعات خطا (rmse) ، میانگین خطای مطلق (mae) و واریانس (vaf) استفاده گردید. نتایج نشان داد که مدل های ارائه شده توسط anfis و شبکه های عصبی مصنوعی (mlp , rbf) به خوبی قادر به پیش بینی مقاومت برشی خاک غیراشباع بوده و تا حدودی mlp نسبت به anfis و rbf عملکرد بهتری داشته است. در مرحله اول، مقدار ضریب تعیین برای شبکه mlp برای داده های آموزش و آزمایش به ترتیب 98/0 و 989/0 و در مرحله دوم به ترتیب 996/0 و 988/0 می باشد که نسبت به دو مدل دیگر بهتر می باشد. همچنین به منظور تعیین سهم هر کدام از پارامترهای ورودی در پیش بینی مقاومت برشی خاک غیراشباع، آنالیز حساسیت انجام گردید. نتایج نشان داد که gs تاثیر نسبتا بیشتری بر روی مقاومت برشی خاک غیراشباع دارد.

روش های مختلفی از جمله روش های مستقیم و غیرمستقیم برای اندازه گیری نفوذپذیری خاک های غیراشباع وجود دارد. اندازه گیری نفوذپذیری غیراشباع در آزمایشگاه کاری بسیار زمان بر است و نیاز به تجهیزات ویژه ای دارد. از سال ها پیش محققان به دنبال روشی جایگزین برای اندازه گیری نفوذپذیری خاک های غیراشباع بودند. فردلند، اگزینگ، ونگنشتان، هانگ و غیره از جمله کسانی هستند که بیشترین تحقیقات را در این زمینه انجام داده اند. استفاده از منحنی مشخصه آب - خاک تاکنون مرسوم ترین روش برای اندازه گیری غیرمستقیم نفوذپذیری خاک های غیراشباع به شمار می آید. از مشهورترین این مدل ها، مدل فردلند-اگزینگ و مدل ون گنشتاین می باشد. به کمک این مدلها و با داشتن منحنی مشخصه آب – خاک، می توان توابع نفوذپذیری خاک های غیراشباع را تخمین زد. این مدل ها نیاز به داده های منحنی مشخصه آب – خاک که از طریق اندازه گیری رطوبت خاک در مکش های مختلف به دست می آید، دارند. در این تحقیق سعی شده است با استفاده از اطلاعات موجود از خاک های مختلف مدلی برای تخمین نفوذپذیری خاک ها بر اساس پارامترهایی از خاک که به راحتی قابل اندازه گیری هستند ارائه شود. برای این کار از توانایی های شبکه های عصبی مصنوعی و سیستم های فازی – عصبی انطباقی (anfis) کمک گرفته شده است. ورودی هر دو مدل بر اساس پارامترهای تاثیر گذار در نفوذپذیری خاک های غیراشباع انتخاب شدند و عبارتند از : مکش ، درجه اشباع اولیه ، نسبت تخلخل ، وزن مخصوص خاک، درصد رس، درصد لای، درصد ماسه و ضریب یکنواختی منحنی دانه بندی. نتایج حاصل از مدل سازی نشان دهنده دقت مناسب هر دو مدل شبکه عصبی و anfis بود. عملکرد این مدل ها با دو مدل رایج و پرکاربد در تخمین نفوذپذیری خاک های غیر اشباع (مدل های فردلند – اگزینگ و ون گنشتاین) مقایسه شد و در نهایت آنالیز حساسیت برای تعیین تاثیر متغیرهای ورودی بر مقادیر خروجی مدل ها انجام شد.

بطور معمول برای سازه هایی که در معرض بارهای دینامیکی قرار دارند از شمع ها استفاده می گردد. رفتار دینامیکی گروه شمع وابسته به اندرکنش بین شمع ها و خاک اطراف می باشد. اثرات اندرکنشی شمع-خاک، سختی شمع ها را تحت تاثیر قرار داده و یک میرائی برای تشعش انرژی به سمت بی نهایت ایجاد می کند. این سختی مختلط اصلاح شده تابع امپدانس نامیده می شود. هدف تحقیق حاضر توسعه مدل فیزیکی و ابزار تحلیل برای تعیین تابع امپدانس (ضریب سختی دینامیکی) گروه شمع در محیط لایه ای می باشد. روش تحلیلی مورد نظر با استفاده از مدل های مخروطی به بررسی تابع امپدانس گروه شمع در خاک لایه ای می پردازد. این روش توانائی ترکیب پیچیدگی لایه ای بودن خاک و رفتار کامل انتشار امواج در این محیط ها را دارا می باشد. اصول اساسی این روش بر پایه انتشار امواج می باشد. پاسخ دینامیکی گروه شمع در نیم فضای لایه ای را می توان به وسیله روش های دقیق که براساس تئوری الاستودینامیک سه بعدی می باشند، محاسبه کرد، که این روش ها نیازمند محاسبات پیچیده و پر هزینه هستند و این پیچیدگی وقتی مسئله مورد نظر یک محیط خاکی غیر همگن به همراه لایه بندی با خصوصیات مختلف باشد، بیشتر نیز می گردد. از این رو استفاده از این روش ها تنها در مسائل مهم با شرایط حساس قابل توجیه می باشد. مدل های مخروطی به سادگی می تواند مسئله خاک نامحدود در مسائل روزمره مهندسی را در نظر بگیرد. به عنوان یک جایگزین برای روش حل دقیق، مدل های فیزیکی ساده را می توان برای ارزیابی اندرکنش خاک و سازه و تعیین تابع امپدانس برای فونداسیون ها و نیز تعیین حرکت لرزه ای وروردی موثر به پی را معرفی کرد. ابتدا شمع تکی با استفاده از مدل مخروط تحلیل شده و تابع امپدانس شمع تکی برای درجات آزادی افقی و قائم تعیین می گردد، سپس با استفاده از مفهوم اندرکنش شمع-خاک-شمع، ضریب سختی دینامیکی گروه شمع تعیین می گردد. مقایسه نتایج حاصل از روش معرفی شده با روش های دقیق نشان می دهد که روش مخروط مطابقت خوبی دارد. مدل مخروطی در خاک لایه ای نیز نتایج قابل قبولی را ارئه می دهد که از ویژگی قابل ملاحظه این روش میباشد.

در بسیاری از پروژه های بزرگ به دلیل بار زیادی که به خاک منتقل می شود و به دلیل ضعیف بودن خاک در لایه های سطحی آن برای تحمل بار وارده، نشست غیر مجاز در خاک حاصل میگردد، برای کنترل نشست در حد مجاز استفاده از شمع و انتقال بار سازه به لایه های زیرین خاک اجتناب ناپذیر است. یکی از روش هایی که برای کنترل این نشست ها در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است پی گسترده متکی بر شمع می باشد، که با توجه به اینکه پی گسترده نیز سهم باربری دارد و شمع ها با تمام ظرفیت باربری خود برای کنترل نشست ها در حد مجاز استفاده می شوند از نظر اقتصادی بسیار به صرفه بوده است. این نوع پی ها به دلیل ساختار فیزیکی خود، در بین انواع پی ها بیشترین سطح تماس را با لایه های خاک دارند. خاک اطراف پی های عمیق نقش بسیار مهمی را در رفتار این نوع پی ها دارد، اما به دلیل پیچیده بودن درک رفتار خاک طراحی اینگونه پی ها با مشکلاتی روبرو بوده است. در این تحقیق تاثیرتغییر مشخصات هندسی پی گسترده متکی بر شمع در خاکهای رسی و ماسه ای تحت بارهای همزمان قائم و افقی به روش تفاضلات محدود با فرمولاسیون همبسته سه بعدی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج حاصل از بررسی های حاضر نشان دهنده نقش موثر این پارامترها در کاهش نشست و جابجایی افقی پی گسترده می باشد. در این تحقیق با توجه به تغییر خصوصیات مکانیکی خاکها و پارامترهای مختلف هندسی پی گسترده متکی بر شمع، مشخص شد با افزایش طول شمع ها نشست و جابجایی افقی سیستم پی در طول شمع های 15 تا 20 متر با کاهش چشمگیری روبرو بوده است. تعیین ضخامت پی گسترده از رابطه 2 <t/d< 1.4 باعث کاهش شدید نشستهای اختلافی در سیستم پی گسترده متکی بر شمع می گردد.

با حفاری تونل در یک توده خاک در اثر تسلیم مصالح تحت تنش های ناشی از حفاری، در اطراف تونل ناحیه پلاستیک تشکیل می شود. توسعه این ناحیه به سطح زمین منجر به نشست می گردد که در مناطق شهری بر سازه های موجود بر روی سطح زمین آسیب می رساند. در این تحقیق ابتدا علت اصلی نشست که همان تشکیل ناحیه پلاستیک اطراف تونل بود برای اعماق مختلف که دارای اشکال مختلفی از ناحیه پلاستیک است، با استفاده از روش همگرایی- همجواری مورد بررسی قرار گرفت. سپس به منظور کاهش نشست سطح زمین در حین حفاری های سطحی با دستگاه tbm*، تأثیر فشار سینه کار حفاری که از مهم ترین پارامترهای راهبری ماشین های حفاری مکانیزه است، بررسی شد. در این تحقیق ضمن به دست آوردن معادلاتی برای تعیین شعاع ناحیه پلاستیک تشکیل شونده اطراف تونل در زوایای مختلف مستقل از ضریب نسبت تنش افقی به قائم و اعتبارسنجی آن ها، نشان داده شده که با افزایش فشار سینه کار می توان نشست سطح زمین را در حین حفاری کاهش داد.

برخی فعالیت های عمرانی به ناچار بایستی روی خاک های ضعیف ومسأله دار انجام گردد. از اینرو مهندسان ژئوتکنیک، روش ها و تکنیک های قابل اجرا و اقتصادی را در جهت رفع این مشکلات ارائه می دهنداز جمله خاک های مسئله دار برای ساخت پروژه ها، خاک رس می باشد. آهک را می توانبه عنوان یکی از کاربردی ترین مصالح برای تثبیت خاک های رسی نام برد.واکنش های آهک و خاک رس، ساختار خاک را تغییر و باعث کاهش خواص مخرب از جمله تورم، افزایش مقاومت طولانی مدت و افزایش تردشدگی خاک می گردد. در این تحقیق چهار فعالیت صورت گرفته است 1- بررسی آزمایشگاهی تاثیر درصد رطوبت برای خاک های اصلاح شده با آهک و مسلح شده با ژئوگرید در زمان عمل آوری 60 روزه با استفاده از آزمایش تک محوری. 2- پیدا کردن رابطه ای بین مقاومت کششی، در صد آهک، دما، زمان عمل آوری و تخلخل با استفاده از برنامه نویسی ژنتیک 3- بررسی تاثیر دما در سرعت عمل آوری نمونه¬ها 4- بررسی تاثیر عمق و عرض تثبیت خاک بر ظرفیت باربری پی نواری با استفاده از روش اجزا محدود (plaxis software).

اثر متقابل نشست ناشی از احداث تونل و سازه های روی سطح زمین همواره یکی از مسائل مهم در احداث پروژه های زیرزمینی در مناطق شهری می باشد. در این پایان نامه احداث یک تونل مترو در شهرستان کرمان و در یکی از مناطق پر تردد شهر امکان سنجی شده است. اطلاعات فیزیکی و مکانیکی خاک از گزارش ژئوتکنیک منطقه برداشته شده است که نتایج عینا در مدل سازی بکار گرفته شده اند. مدل ریاضی تونل حفر شده در این خاک با استفاده از روش تفاوت های محدود حل شده است. مدل سازی و تحلیل ها در نرم افزار قدرتمند flac3d که در این حوزه تحقیقاتی مکررا مورد استفاده پژوهشگران قرار گرفته، انجام شده است. یکی از دغدغه های طراحان تونل در مناطق پر تراکم، خطرپذیری( ریسک) احداث سازه های جدید بعد از حفر تونل می باشد. لازم به ذکر است با توجه به خصوصیات منحصر بفرد ژئوتکنیکی مناطق مختلف احداث تونل در هر منطقه نیازمند بررسی پارامترهای تاثیر گذار در همان محل می باشد. در این راستا اثرات متقابل خاک و سازه های سطحی احداث شده بعد از حفر تونل مورد بررسی قرار می گیرد. بدین-منظور تاثیر تغییر پارامترهای مختلف مانند تراز آب زیرسطحی، عمق تونل، و مشخصات ساختمان مانند نسبت طول به عرض پلان ساختمان، تعداد طبقات و محل ساختمان نسبت به محور تونل بر نشست سطح زمین ارزیابی شده است. بر اساس نتایج بدست آمده از تحلیل های انجام گرفته، ماکزیمم نشست سطح زمین در امتداد مقاطع طولی و عرضی تونل در گراف ها آورده شده و تاثیرگذاری هر پارامتر تفسیر گردیده است.

در این مطالعه اثرات باطله های سدهای رسوبگیر بر آلودگی خاک مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور با استفاده از روش برنامه ریزی ژنتیک که روشی نوین، سریع و دقیق بوده و با استفاده از داده های معتبر اولیه، ضریب نفوذ پذیری خاک بستر و بدنه سد مدل شده است. به منظور مدل کردن ضریب نفوذ پذیری از برنامه matlab استفاده شده است. سپس پدیده های مختلف حین نشت سیال آلوده کننده در فازهای مختلف بررسی گردیده است. با استفاده از نرم افزار seep/w سد رسوبگیر مس میدوک مدل شده است و ضرایب نفوذپذیری پیش بینی شده مناطق مختلف سد در نرم افزار seep/w استفاده شده اند. دبی نشت بدست آمده از نرم افزار seep/w با مقادیر واقعی مقایسه شده است

در این تحقیق سعی شده است تا اثر تغییرات مکانی مشخصه های عدم قطعیت در فرآیند تحکیم خاکهای نرم بررسی گردد. در تحلیل قابلیت اعتماد فرآیند تحکیم از یک تئوری تحکیم غیر خطی استفاده شده است. که در این تئوری بر خلاف تئوری ترزاقی مشخصات خاک در طول فرآیند تحکیم تغییر کرده و ضریب تحکیم ثابت فرض نمی گردد. برای مدل کردن مشخصه به صورت یک فرآیند تصادفی، از روش حوزه تصادفی استفاده شده و تولید فضای تصادفی با استفاده از روش تقسیمات میانگین موضعی (las) صورت گرفته است.

مطالب ارائه شده در این پایان نامه، مجموعه ای از مطالعات آزمایشگاهی در ارتباط با اصلاح خاک های ریزدانه رسی با استفاده از ستون های سنگی از نوع شفته آهکی دوغابی و تاثیر شرایط رطوبتی متفاوت بر روی مقاومت فشاری تک محوری نمونه ها می باشد. هدف عمده از ارائه این مطالب، بررسی عملکرد این نوع ستون های سنگی و همچنین تحقیق راهکاری برای بهبود عملکرد آن ها برای استفاده عملی از آن ها بوده است.