در این تحقیق روش ها و معادلات حاکم در طراحی دیوارهای خاک مسلح به ژئوسنتتیک به منظور تامین پایداری داخلی و خارجی این سیستم ها در پیوست ارائه شده در انتهای این پایان نامه معرفی شده است. از آنجاییکه این روش های طراحی، مبتنی بر تعادل حدی می باشند بنابراین در این روش ها، توزیع دقیقی از تنش و کرنش داخل مسلح کننده ها و همچنین تغییر شکل های رویه دیوار به دست نمی آید. بنابراین بخش بعدی تحقیقات صورت گرفته به تحلیل عددی دیوارهای خاک مسلح به ژئوسنتتیک با استفاده از نرم افزار flac3d اختصاص دارد. هدف از این تحلیل های عددی، بررسی رفتار داخلی این سازه ها و دستیابی به عملکرد بهینه این سازه ها می باشد. به این منظور سعی شده است تا در ابتدا تاثیر پارامترهای مختلف طراحی به منظور انجام تحلیل های پارامتریک در این سیستم ها مورد ارزیابی قرار گیرد. سپس تاثیر هندسه بلوک مسلح متشکل از بلوک مسلح با رویه شیبدار و بلوک مسلح شیبدار (بلوک مسلح چرخش یافته) در این تحلیل های عددی بررسی شده است تا حالت بهینه متناظر با بهترین عملکرد این سیستم ها به دست آید. با انجام مدل سازی های متعدد و تحلیل آنها, مشخص گردید که شیبدار کردن رویه دیوار تا حد زیادی عملکرد این سیستم ها (شامل کاهش تغییر شکل افقی رویه دیوار، تنش و کرنش مسلح کننده ها و نشست سطح خاکریز) را بهبود می بخشد. اما چرخش بلوک مسلح حول محور y (عمود بر مقطع دیوار) تا زاویه 12 درجه باعث بهبود عملکرد این سیستم ها به میزان بیشتری می گردد بطوری که باعث کاهش حداکثر نیروی مسلح کننده ها تا میزان تقریبا 44 درصد میگردد. در نهایت بر مبنای نتایج حاصل از تحلیلها, این امکان فراهم گردید تا زاویه تمایل بهینه ای معرفی شود که در آن می توان از تعداد مسلح کننده های کمتری در حالت بلوک مسلح شیبدار استفاده کرد و در عین حال عملکردی مشابه بلوک مسلح افقی داشت. بعلاوه با بررسی پایداری لغزشی دیوار در سه حالت بلوک مسلح افقی، بلوک مسلح با رویه شیبدار و بلوک مسلح چرخش یافته مشخص گردید که چرخش محدود رویه و بلوک مسلح باعث بهبود پایداری لغزشی سیستم می گردد.

چکیده استفاده از ژئوسنتتیک ها برای بهبود عملکرد پی های سطحی طی دو دهه اخیر, توسط محققان زیادی مورد مطالعه قرار گرفته است. در بین ژئوسنتتیک های موجود, ژئوگرید ها به سبب صلبیت و مقاومت کششی زیاد کاربرد بیشتری در امر مسلح سازی خاک ها دارند. ژئوگرید ها بار پی را در سطح وسیعتر و در عمق بیشتری به خاک انتقال می دهند که نتیجه آن افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشست پی و افزایش سختی خاک خواهد بود. در تحقیق حاضر به مساله ظرفیت باربری پی های واقع بر خاک چسبنده اصطکاکی مسلح پرداخته شده است. در این راستا, آزمایش ها بر روی خاک دانه ای و چهار سری خاک چسبنده اصطکاکی انجام شده و تاثیر چسبندگی به عنوان پارامتری تاثیرگذار بر بازدهی تسلیح و ظرفیت باربری پی, مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تاثیر متغیرهایی مانند: عمق اولین لایه تسلیح، طول لایه تسلیح، فاصله قائم لایه های تسلیح و تعداد لایه ها بر ظرفیت باربری مورد مطالعه قرار گرفته و مقادیر بهینه این متغیرها برای رسیدن به بیشینه ظرفیت باربری پیشنهاد شده است. در ادامه تاثیر چسبندگی خاک بر پارامترهای بهینه مورد ارزیابی قرار گرفته است. علاوه بر افزایش ظرفیت باربری, جنبه دیگر مسلح کردن خاک, کاهش نشست پی و افزایش سختی خاک است که این موضوع در حالات مختلف در این تحقیق بررسی شده است. بر اساس آزمایش های انجام شده, مشخص گردید که افزایش درصد خاک ریزدانه و یا به عبارت دیگر افزایش چسبندگی خاک در یک درصد تراکم ثابت, ظرفیت باربری را افزایش داده و بازدهی تسلیح را کاهش داده است، در نتیجه بازدهی تسلیح در خاک دانه ای نسبت به خاک چسبنده اصطکاکی بیشتر است. همچنین مشاهده شد که تغییر نوع رس افزوده شده به ماسه تاثیر چندانی بر بازدهی تسلیح ایجاد نمی نماید. نتایج بررسی ها نشان داد هنگامی که از یک لایه مسلح کننده استفاده شود, عمق مدفون بهینه ای برای تسلیح وجود دارد که در این عمق ظرفیت باربری بیشینه خواهد شد. این عمق در این تحقیق b25/0 به دست آمد (b: عرض شالوده مدل). با افزایش چسبندگی خاک این عمق افزایش یافته و به b35/0 رسید. به عبارت دیگر با افزایش چسبندگی, عمق بهینه اولین لایه تسلیح افزایش خواهد یافت. با ثابت نگه داشتن لایه مسلح کننده در عمق بهینه مشاهده شد که افزایش طول لایه تسلیح ظرفیت باربری را افزایش می دهد، اما این افزایش بعد از طول بحرانی تغییر زیادی ندارد. طول بحرانی برای خاک دانه ای b4 به دست آمد و با افزایش چسبندگی خاک این طول در خاک چسبنده اصطکاکی کاهش یافت و به b3 رسید. بنابراین با افزایش چسبندگی خاک, طول بحرانی تسلیح کاهش خواهد یافت. همچنین بدون توجه به نوع خاک, فاصله قائم بهینه لایه های تسلیح b35/0 حاصل شد. نتایج آزمایش های مدل نشان داد که در خاک چسبنده اصطکاکی با افزایش تعداد لایه ها تا چهار لایه, ظرفیت باربری افزایش می یابد و بعد از این تعداد لایه, افزایش چندانی در ظرفیت باربری مشاهده نمی گردد. علاوه بر افزایش ظرفیت باربری, در خاک دانه ای مسلح کردن سختی خاک را تا 5/3 برابر و در خاک چسبنده اصطکاکی تا 1/2 برابر حالت غیرمسلح افزایش خواهد داد. مسلح کردن تاثیر زیادی در کاهش نشست پی داشته است. تاثیر این کاهش با افزایش فشار وارد بر پی بیشتر نمایان می شود.

ساخت سازه های مهندسی بر روی بستر نرم و سست به دلیل نشست های ناهمسان و گسیختگی های برشی و... دارای خطرات زیادی است. لذا یکی از روش های اصولی برای داشتن بستری سخت و محکم بحث تسلیح خاک است. با توجه به اینکه امروزه دفع مواد ضایعاتی کارخانه ها، به عنوان یکی از معضلات و مسائل اساسی در مهندسی محیط زیست مطرح است، لذابرای کاهش آلاینده های زیست محیطی، از این گونه ضایعات برای بهبود خواص مهندسی خاک استفاده شده است. الیاف پلی پروپیلن و لاستیک های فرسوده دو نوع از این تسلیح کننده های جدید هستند که تحقیقات زیادی در حال حاضردر مورد آنها بر روی خاک های مختلف از جمله ماسه انجام گرفته است. با توّجه به اینکه تأثیر توأم این تسلیح کننده ها بر روی خواص خاک مطرح نشده است، لذا هدف اصلی دراین پایان نامه تعیین پارامترهای مقاومتی خاک ماسه ای و همچنین خاک ماسه ای لای دار تسلیح شده با تراشه های لاستیک های فرسوده و الیاف پلی پروپیلن هر کدام به صورت مجزا و همچنین توأم با هم تحت آزمایش های برش مستقیم و cbr است. تراشه های لاستیک مورد استفاده به طول 24 میلیمتر، عرض 6 میلیمتر و ضخامت 5 میلیمتر است که در 4 درصد وزنی 15%، 18%، 21% و 25% به صورت وزنی از خاک خشک مورد استفاده قرار گرفته اند. الیاف مورد استفاده از نوع الیاف پلی پروپیلن به رنگ کرم هستند که چون از مواد زائد کارخانه های موکت سازی می باشند، لذا بحث طول در مورد آن ها مطرح نخواهد بود و در درصدهای وزنی مختلف، از 1/0% تا 8/0% به خاک افزوده شده و تحت آزمایش های مختلف قرار گرفته اند. آزمایش های برش مستقیم بر روی نمونه های ماسه ای تسلیح شده با الیاف pp نشان داد که افزودن الیاف پلی پروپیلن به خاک، باعث افزایش مقاومت برشی نمونه ها و میزان چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی نمونه ها نسبت به حالت غیر مسلح می گردد. اما بیش از آن که میزان زاویه اصطکاک داخلی خاک را تحت تأثیر خود قرار دهد، چسبندگی خاک را افزایش می دهد. همچنین آزمایش های برش مستقیم بر روی خاک ماسه ای لای دار، نشان داد که تأثیر الیاف pp بر روی چسبندگی در این خاک نیز، بیش از زاویه اصطکاک داخلی خاک است. طبق آزمایش ها، میزان الیاف 4/0% بهینه ترین حالت برای ترکیب ماسه با الیاف و میزان الیاف 3/0% بهینه ترین حالت برای خاک ماسه ای لای دار است. همچنین نتایج آزمایش های برش مستقیم بر روی خاک ماسه ای مخلوط شده با تراشه های لاستیک نشان داد که در این حالت نیز، همانند استفاده از الیاف در خاک ماسه ای، پارامتر چسبندگی خاک بیشتر تحت تأثیر مقدار تراشه ها قرار می گیرد، اما در مورد استفاده از این تراشه ها در خاک ماسه ای لای دار، می توان گفت که زاویه اصطکاک داخلی خاک به گونه ای چشمگیر تحت تأثیر این تراشه ها قرار می گیرد. بهینه ترین حالت برای خاک ماسه ای با این تراشه ها مقدار 21% و برای خاک ماسه ای لای دار، مقدار 25% می-باشد. پس از ترکیب خاک ماسه ای با میزان الیاف 4/0% و مقادیر مختلف تراشه لاستیک، مشخص شد که میزان لاستیک 21% بیشترین مقاومت را در ترکیب با الیاف حاصل می نماید. همچنین با ترکیب درصد بهینه لاستیک (21%) و میزان مختلف الیاف، این نتیجه حاصل شد که میزان الیاف 3/%0، بهینه ترین حالت از بین درصدهای مختلف الیاف می باشد. همچنین در خاک ماسه ای لای دار پس از ترکیب درصد بهینه لاستیک (25%) با میزان مختلف الیاف، میزان الیاف 1/0% و برای درصد بهینه الیاف (3/0%) با میزان مختلف لاستیک، میزان لاستیک 21% به عنوان مقادیر بهینه پیشنهاد می شود. آزمایش های cbr بر روی ماسه مخلوط شده با الیاف pp و یا تراشه های لاستیک، نشان از تأثیر مثبت این تسلیح کننده ها در افزایش میزان cbr می باشد. بهینه ترین حالت برای ماسه مخلوط شده با الیاف میزان 3/0% و برای تراشه های لاستیک میزان 21% می باشد. پس از مخلوط نمودن خاک ماسه ای با درصد بهینه الیاف (3/0%) و میزان مختلف لاستیک، مشخص شد میزان لاستیک 18% به عنوان درصد بهینه و از ترکیب درصد بهینه لاستیک (21%) با مقادیر مختلف الیاف، درصد الیاف (2/0%) به عنوان مقادیر بهینه بیان گردیدند. همچنین در مورد استفاده از این تسلیح کننده ها در خاک ماسه ای لای دار نیز می توان بیان نمود که این تسلیح کننده ها نیز باعث افزایش میزان cbr نسبت به حالت غیر مسلح می شود. اما نسبت cbr خاک تسلیح شده به خاک غیر مسلح در خاک ماسه ای لای دار، بیشتر از خاک ماسه ای می باشد. بهینه ترین میزان برای خاک ماسه ای لای دار و الیاف میزان 6/0% و برای خاک ماسه ای لای دار و تراشه های لاستیک، میزان 18% می باشد. با مخلوط نمودن میزان بهینه الیاف (6/0%) و درصدهای مختلف تراشه لاستیک، میزان لاستیک 21% و از مخلوط نمودن میزان بهینه لاستیک (18%) با میزان مختلف الیاف، میزان الیاف 3/0% به عنوان مقادیر بهینه معرفی شدند.

ساختار خاک ها به گونه ای است که در برابر کشش ضعیف هستند و نیاز به تقویت دارند. روش های متعددی در چند دهه گذشته برای بهبود خواص مکانیکی خاک پیشنهاد شده است. یکی از این روش ها خاک مسلح است که توسط هانری ویدال در سال 1960 مطرح شد. در مورد اهمیت خاک مسلح می توان بیان کرد که خاک مسلح هم از لحاظ فنی و هم از لحاظ اقتصادی در بیشتر موارد بر روش های دیگر برتری دارد. از نقطه نظر سازه ای، خاک مسلح بدلیل انعطاف پذیری و میرایی بالایی که دارد، در مقابل بار زلزله عملکرد خوبی از خود بجای می گذارد و از نظر اقتصادی به خاطر سهولت در اجرا، کم بودن زمان اجرا و ارزان بودن مصالح لازم(خاک و مسلح کننده ها)، استفاده از این روش می تواند در اولویت های اول قرار گیرد.اهمیت دیگر خاک مسلح از این جهت است که در این روش هم از خاک دانه ای و هم از خاک چسبنده به عنوان مصالح درگیر با عناصر تسلیح می توان استفاده کرد. مسلح کننده ها به صورت نوار، شبکه، سیم، پارچه، نمد و ... از جنس فولاد، آلومینیوم، پلاستیک، مواد پلیمری و غیره تولید می شوند. ژئوگرید ها که از محصولات ژئوسنتتیکی هستند ازجمله این عناصر تسلیح هستند که به طور گسترده در تسلیح خاک به منظور افزایش ظرفیت باربری وکاهش نشست خاک مورد استفاده قرار می گیرند. در زمینه تسلیح خاک با ژئوگرید به منظور افزایش ظرفیت باربری تحقیقات گسترده ای صورت گرفته است که در آن ها عمدتاً لایه های تسلیح در عرض های یکسان (به صورت یکنواخت) مورد استفاده قرار گرفته اند. این در حالی است که با توجه به شکل گیری نواحی لغزش در خاک بستر پی به نظر می رسد آرایش عرضی لایه های مسلح کننده با عمق می تواند بر ظرفیت باربری تاثیر گذار باشد. مهمترین هدف این کار تحقیقاتی بررسی آزمایشگاهی، تاثیر تغییر آرایش ها و طرز قرارگیری ژئوگرید ها در زیر پی بر ظرفیت باربری پی در یک بستر ماسه ای بود. در راستای نیل به این هدف ظرفیت باربری در آرایش یکنواخت و غیریکنواخت عناصر مسلح کننده مورد بررسی قرار گرفت. در آرایش غیر یکنواخت قرارگیری ژئوگریدها به بررسی سه حالت افزایش طول ژئوگریدها با عمق(حالت ذوزنقه ای)، کاهش طول ژئوگریدها با عمق(حالت ذوزنقه ای معکوس) و افزایش و کاهش متغیر طول ژئوگرید ها با عمق(حالت متغیر) پرداخته شد. همچنین تاثیر شکل پی به صورت سه حالت پی دایره ای، مربعی و نواری در ظرفیت باربری مورد توجه قرارگرفت و نیز تاثیر تراکم خاک در بهبود ظرفیت باربری بررسی شد. با انجام آزمایشات مشخص شد که در کلیه اشکال پی و نیز فشردگی های متفاوت خاک بیشترین ظرفیت باربری در شرایط تسلیح غیریکنواخت و آرایش ذوزنقه ای معکوس اتفاق افتاد در حالی که کمترین ظرفیت باربری در شرایط تسلیح غیر یکنواخت و آرایش ذوزنقه ای معمولی ملاحظه گردید. همچنین کاربرد ژئوگرید در تسلیح خاک ماسه ای ظرفیت باربری پی را بین 5/1 تا 6 برابر حالت بدون ژئوگرید افزایش داد. کلمات کلیدی: ظرفیت باربری، خاک مسلح، ژئوگرید، تسلیح غیریکنواخت، آرایش ذوزنقه ای، آرایش ذوزنقه ای معکوس، آرایش متغیر

زیرا می توان آن را به عنوان یک مدل شمع در نظر گرفت. مقاومت اندازه گیری شده مخروط نفوذ استاندارد qc و مقاومت اندازه گیری شده غلاف اصطکاکی qs به ترتیب برای محاسبه مقاومت اتکایی و مقاومت جداری شمع به کار می روند. استفاده از شبکه عصبی مصنوعی در مدل سازی رفتار شمع به عنوان یک ابزار مکمل در بررسی نتایج به دست آمده از آزمایشات بارگذاری و با استفاده از نتایج آزمایش cpt در طول دهه گذشته مد نظر محققین ژئوتکنیک قرار گرفته است. مدل های گوناگونی از شبکه عصبی مورد بررسی قرار گرفته و نتایج به دست آمده از آنها با یکدیگر مقایسه گردیده است، اما مدلی که قابلیت افزایش دقت پیش بینی نتایج را تا حد مطلوب با استفاده از داده های آموزشی محدود داشته باشد تا کنون معرفی نگردیده است. مدل سازی با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی نیازمند در اختیار داشتن مجموعه داده های مناسب می باشد، از اینرو پنجاه و هشت مطالعه موردی روی شمع های با مشخصات متفاوت، شامل آزمایش بارگذاری استاتیکی شمع و داده های آزمایش نفوذ مخروط روی خاک محیط شمع های مورد بررسی، از نقاط مختلف دنیا گردآوری شده است. شبکه عصبی مصنوعی از نوع انتشار برگشتی برای مدل-سازی ظرفیت باربری کلی شمع با استفاده از سطح مقطع موثر شمع، عمق مدفون شمع، مقاومت اندازه گیری شده مخروط نفوذ استاندارد qc و مقاومت اندازه گیری شده غلاف اصطکاکی qs به عنوان ورودی مورد استفاده قرار گرفته اند. برای مرتفع نمودن مشکلات رایج در شبکه های عصبی نظیر بیش پوشش در مدل سازی توابع مختلف، از تکنیک توقف زود هنگام و تایید چندگانه استفاده گردیده است، ضمنا در جهت رفع مشکل اثرگذاری ابعاد پارامتر های ورودی بر خواص شبکه، تکنیک پیش پردازش و پس پردازش داده های ورودی و خروجی شبکه به کار گرفته شده است. در تحقیق حاضر بررسی توصیه های محققین برای ساخت مدل شبکه عصبی مناسب، انتخاب پارامتر های اولیه در ساخت مدل شبکه عصبی را برای کاربر راحتتر و زمان مورد نیاز سعی و خطا در یافتن شبکه بهینه را کاهش داده است. بدلیل اینکه هدف این تحقیق بررسی توانایی مدل شبکه عصبی بوده است صرفا از ورودی هایی استفاده گردیده که روش های سنتی تعیین ظرفیت باربری نظیر اشمرتمن و نوتینگ هام، دو رویتر و برینگن(روش اروپایی) و روش مستقیم از cpt از این پارامتر ها استفاده کرده اند. مقادیر ضریب همبستگی بین نتایج پیش بینی شده و اندازه گیری شده ظرفیت باربری برای این روش های سنتی به ترتیب 2/81، 3/73، 4/65 می باشد، در حالی که برای مدل شبکه عصبی منفرد برابر 88، در مقابل مقادیر 91 و 95 برای نتایج حاصل از شبکه عصبی با یادگیری دسته جمعی است، در نتیجه این نکته مشخص می گردد که این روش موفق تر از شبکه عصبی مصنوعی منفرد در پیش بینی ظرفیت باربری نهایی شمع ها در شرایط مختلف مجموعه داده های آموزشی، عمل کرده و پیش بینی نتایج را با دقت بالاتری انجام می دهد. در مقایسه کارایی روش یادگیری دسته جمعی در پیش بینی مقادیر ظرفیت باربری کلی شمع ها با روش های سنتی تعیین ظرفیت باربری از نتایج آزمایش cpt مشخص می گردد که پیشرفت قابل توجهی در پیش بینی ظرفیت باربری نهایی شمع با استفاده از روش پیشنهادی به دست آمده است. همچنین، برای بررسی توانایی روش پیشنهادی در شرایطی که مجموعه داده کوچکتری در اختیار می باشد، مدل سازی ظرفیت باربری اتکایی سی و یک سری داده شمع، با استفاده از مقاومت اندازه گیری شده مخروط نفوذ استاندارد qc و سطح مقطع موثر به عنوان ورودی و ظرفیت نهایی باربری اتکایی شمع به عنوان خروجی صورت گرفته است. ضمنا جهت مقایسه توانایی مدلی که مستقیما ظرفیت باربری کل را تعیین می کند، نتایج این مدل با حالتی که ظرفیت باربری اتکایی و اصطکاکی به صورت جداگانه از دو مدل شبکه عصبی تعیین می گردند، برای مجموعه داده ای شامل چهل و دو آزمایش بارگذاری شمع مقایسه شده است که نتایج توانایی مدلی که مستقیما ظرفیت باربری کل را پیش بینی می کند، تایید می نمایند. به علاوه سهولت مدل سازی مستقیم ظرفیت باربری کل انتخاب این روش را ارجح بر مدل های مجزا می سازد.

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.

روش های مختلف بهبود ساختار و خواص مکانیکی و نیز افزایش مقاومت خاک را می توان در 5 گروه فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی، بیولوژیک و الکتریکی دسته بندی نمود. در فرآیند فیزیکی از قرار دادن عناصر مسلح کننده مانند ژئوگرید، ژئوتکستایل، تسمه های فلزی و پلیمری ، و در فرآیند شیمیایی از تثبیت با موادی چون آهک، سیمان، خاکستر ذغال سنگ، آنزیم ها و پلیمرها استفاده می شود. یکی از کاربردهای خاک مسلح، ساخت دیوارهای حائل خاک مسلح می باشد. با توجه به بررسی مطالعات گذشته در قسمت اول تحقیق سعی شده تا تاثیر شیبداری رویه دیوار، تسلیح کننده های مورب و مهار تسلیح کننده ها به صورت آزمایشگاهی و عددی بر عملکرد دیوار مورد بررسی قرار گیرد. یکی از موارد بهبود خاک مسلح، افزایش سطح مشترک بین خاک و عناصر تسلیح می باشد. بنابراین در قسمت دوم تحقیق سعی شد تا تاثیر مواد شیمیایی روی تسلیح کننده ها برای افزایش سطح مشترک بین خاک و عناصر تسلیح در تست های برش مستقیم و همچنین ساخت مدل های فیزیکی از دیوار خاک مسلح مورد بررسی قرار گیرد. نتایج حاصل از بررسی آزمایشگاهی در قسمت اول تحقیق نشان داد که دیوار با شیب لایه های تسلیح 10 درجه و شیب رویه 80 درجه باعث کاهش قابل توجهی بر حداکثر تغییرشکل افقی رویه می شود. این دیوار به عنوان دیوار بهینه انتخاب گردید. همچنین این نتایج موافقت قابل قبولی با نتایج حاصل از تحلیل های عددی داشته است. نتایج حاصل از قسمت دوم تحقیق نشان داد که خصوصیات سطح مشترک خاک- ژئوتکستایل با آغشته کردن لایه های تسلیح به مواد شیمیایی افزایش می یابد. همچنین استفاده از لایه های تسلیح با سطح آغشته به مواد شیمیایی باعث بهبود عملکرد دیوار خاک مسلح می گردد.

یکی از مشکلات خاک ها ضعیف بودنشان در برابر کشش می باشد. از راه های حل این مشکل،استفاده از ژئوسنتتیک?ها (ژئوگرید) برای مسلح کردن خاک زیر پی است. در تحقیقات صورت گرفته با ژئوگرید به عنوان مسلح کننده برای افزایش ظرفیت باربری اگرچه گاهی اثر استفاده از ژئوگرید با مقاومت کششی متفاوت بررسی شده است ولی به مقاومت بیرون کششی توجه چندانی نشده است. مقاومت بیرون کشی ژئوگرید را می توان با مهارکردن انتهای لایه ژئوگرید افزایش داد. از مشکلات عمده در آماده سازی بستر مسلح برای استقرار پی که مستلزم صرف هزینه و وقت زیادی می باشد طول قابل توجه عناصر تسلیح کننده و در نتیجه حجم زیاد عملیات خاکبرداری و خاکریزی می باشد. به نظر می رسد مهار کردن ژئوگریدها در نقاط مناسب در صفحه تسلیح بتواند طول مهاری لازم برای بسط مقاومت کافی در فصل مشترک خاک – تسلیح را کاهش دهد. به این ترتیب با کاهش قابل توجه طول تسلیح ضمن صرفه جویی در مقدار تسلیح کننده، حجم عملیات خاکبرداری و خاکریزی نیز به میزان زیادی کاهش می یابد. در این تحقیق اثر مهار انتهایی لایه های تسلیح روی ظرفیت باربری پی بررسی شده است. به منظور اطمینان قطعی از نتایج حاصله در تراکم های دیگر، اثر تراکم روی نتایج بدست آمده مورد بررسی واقع شد. منظور از مهارهای انتهایی، مهارهایی هستند که به صورت قائم در انتهای مسلح کننده برای جلوگیری از لغزش آن به کار برده می?شوند..

در این پایان نامه ضمن معرفی سیستم خاکریز مسلح متکی بر شمع و بحث و بررسی درباره پیشینه ی استفاده از آن به عنوان یک روش بهسازی خاک، سعی شده است تا با بررسی عوامل تأثیرگذار بر عملکرد این سیستم، درک بهتری از چگونگی گسترش قوس در خاکریز این سیستم حاصل گردد. در این راستا، تست هایی با مقیاس آزمایشگاهی برای بررسی اثر شکل کلاهک و خواص عناصر تسلیح بروی عملکرد خاکریز مسلح متکی بر شمع انجام شد. حدود بیست تست اولیه برای تعیین خواص مصالح آزمایشگاهی انجام شد. در این تحقیق اثر سربار وارد بر سطح خاکریز، سختی کششی عنصر تسلیح، فاصله ی شمع ها از همدیگر و شکل کلاهک ها عواملی بودند که با انجام حدود هفتاد آزمایش مورد بررسی قرار گرفتند. برای بررسی این عوامل، داده های نشست سطحی خاکریز در کنار و وسط آن با دقت 01/0 میلی متر و بار حمل شده توسط شمع با دقت 5 گرم در طی آزمایش ها جمع آوری شده و به خوبی توسط مفاهیمی همچون بازده و نشست تفاضلی، عملکرد سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق از سه حالت سربار، سه نوع عنصر سختی، سه نوع شکل کلاهک و دو حالت فاصله ی شمع استفاده شده است. با انجام آزمایش ها اثر هر کدام از آن ها بر عملکرد سیستم مورد بررسی قرار گرفت. علاوه بر آن با استفاده از نرم افزار design-expert اثر ترکیبی این عوامل نیز مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. در مجموع، از آزمایش های انجام شده می توان نتیجه گیری نمود که مخصوصاً در حضور سربار، کلاهک تخت عملکرد مناسب تری را در شرایط مختلف نسبت به دیگر شکل ها ی کلاهک دارا می باشد. درنهایت توسط نرم افزار آباکوس، یک سیستم خاکریز متکی بر شمع در شرایط تمام مقیاس و برای سه حالت مختلف مدل-سازی المان محدود گردید و اثر حضور شمع و کلاهک شمع مورد بررسی قرار داده شد. نتایج مدل سازی عددی، نشان دادند که حضور شمع باعث بهبود چشمگیر عملکرد سیستم و اضافه شدن کلاهک به شمع ها نیز باعث ارتقاء عملکرد سیستم خواهد شد.

بررسی تغییر شکل های الاستیک محیط متخلخل با استفاده از مدل رفتاری پوروالاستیک صورت می گیرد که در این مدل رفتاری، فشار سیال و تغییر شکل های الاستیک محیط متخلخل بررسی می شوند. هنگامی که ماده متخلخل تغییر شکل می دهد حجم آن می تواند تغییر کرده و باعث تغییر در فشار مایع محبوس در آن گردد. خاک یک نمونه از مواد پوروالاستیک می باشد که کاهش حجم توده خاک می تواند ناشی از جابه جایی دانه های جامد، خروج هوا و یا خروج آب از توده متخلخل خاک باشد بنابراین، تغییر شکل فاز جامد و فشار فاز سیال در حالت کلی به هم وابسته می باشند. بر این اساس حل روابط حاکم بر فرایند تحکیم، شامل حل رابطه ذخیره و روابط تعادل به صورت همزمان می باشد به گونه ای که فشار فاز مایع و جابه جایی های محیط متخلخل به صورت همزمان محاسبه می گردند. با توجه به این که حل روابط تحکیم همبسته به صورت همزمان دارای پیچیدگی خاصی می باشد، در صورتی که بتوان فشارمنفذی را به صورت مستقل محاسبه و سپس با استفاده از آن مقادیر تغییر شکل ها را محاسبه نمود، می توان این سیستم معادلات حاکم بر فرایند تحکیم را به صورت مستقل حل نمود. جهت دست یابی به روابط حاکم در این حالت، فرضیاتی در روابط همبسته حاکم صورت می گیرد که این فرضیات می تواند منجر به ایجاد تغییراتی در نتایج حاصل گردد. هدف از این مطالعه، بررسی تحکیم محیط متخلخل اشباع می باشد که با حل روابط حاکم بر فرایند تحکیم به صورت همبسته و غیر همبسته به این امر پرداخته می شود. بدین منظور یک برنامه کامپیوتری در محیط برنامه نویسی متلب تهیه گردیده که قادر به مدل سازی توده خاک به صورت یک توده دو بعدی پوروالاستیک می باشد که با حل معادلات همبسته و غیرهمبسته، نتایج حاصل با یکدیگر مقایسه می شوند. همچنین در این پروژه نتایج در دو حالت کرنش صفحه ای و تقارن محوری نیز ارائه و مقایسه شده اند. از مهمترین نتایج حاصل از این مطالعه، یکسان بودن روند نتایج حاصل از تحلیل تحکیم همبسته و غیر همبسته در شرایط کرنش صفحه ای و تقارن محوری می باشد که نشان دهنده امکان استفاده از نتایج تحلیل تحکیم غیرهمبسته در شرایطی جهت بررسی تحکیم محیط متخلخل می باشد.

یکی از مسائل اصلی در طراحی مناسب روسازی راه ها، تأمین ویژگی های ژئوتکنیکی بستر راه با استفاده از شیوه های مختلف تثبیت است. خاک های دانه ای سست و رسوبات ماسه بادی، گروهی از خاک های نامساعد هستند که به دلیل ضعف در تراکم پذیری، ظرفیت باربری پایین، نفوذپذیری بالا و ... برای عملیات اجرایی مشکلاتی را به همراه دارند. با وجود سابقه طولانی استفاده از مصالح سنّتی به منظور اصلاح رفتار خاک، با توسعه علوم مربوط به مهندسی شیمی در دهه های اخیر مواد مختلفی در قالب افزودنی های شیمیایی نوین در تثبیت خاک استفاده می شوند که با توجه به تنوع ساختاری این مواد، ضرورت تحقیق و بررسی را بیش ازپیش نمایان می کند. در این مطالعه بهبود رفتار خاک ماسه بادی با استفاده از یک رزین پلیمری پایه آمینی و الیاف پلی پروپیلن مورد بررسی قرار گرفته است. میزان رزین استفاده شده از 0.5 تا 2.5% و الیاف pp افزوده شده به خاک از 0.025% تا 0.15% وزنی خاک خشک می باشد. از آزمایش مقاومت فشاری محصورنشده برای بررسی تأثیر افزودن رزین و الیاف به طور مجزا و توأم استفاده گردید. تمامی آزمایش ها در شرایط زمانی ثابت 24 ساعت مورد ارزیابی واقع شده اند. نتایج این آزمایش حاکی از آن است که حداکثر مقاومت تک محوری با افزودن رزین به طور پیوسته افزایش یافته به طوری که افزودن 1.5% رزین، مقاومت تک محوری را تا 5.5 برابر و کرنش گسیختگی را تا 2 برابر افزایش می دهد که بیشترین میزان کرنش گسیختگی را به همراه دارد. میزان 0.05% pp مقدار بهینه ای است که مقاومت حداکثر را تا میزان 2.8 برابر افزایش می دهد. در میان ترکیب های مختلف از رزین و الیاف، بیشترین مقدار مقاومت تک محوری حداکثر از ترکیب حداقل مقدار الیاف با 0.025% و 1.5% رزین به میزان 713.7 kpa بیش از 9 برابر حالت خالص به دست می آید. در ادامه ارزیابی رفتار خاک تثبیت شده با رزین توسط آزمون برش مستقیم نشان داد که افزایش رزین تا 0.2% موجب افزایش زاویه اصطکاک داخلی حدود °10 و چسبندگی در حدود kpa 125 می شود. نتایج آزمون مدول برجهندگی در حالات مختلف نشان از وابستگی این پارامتر به تنش وارده به خاک دارد. از این رو گزارشی از رفتار برجهنده و پاسخ خاک بستر اصلاح شده نسبت به بارگذاری دوره ای متناسب با بارگذاری ترافیکی که در آیین نامه آشتو t 307 اشاره شده، ارائه شده است. مقایسه بین نتایج بدست آمده از آزمایش استاتیکی و دینامیکی، تفاوت مقادیر بدست آمده از مدول الاستیسیته و مدول برجهندگی را نشان می دهد که خود نشان از اهمیت انجام آزمایش تحت بارگذاری دوره ای دارد.

عملیات اجرایی و ساخت سازه های مهندسی بر روی بسترهای نرم، خاک های دانه ای سست و رسوبات ماسه بادی به دلیل ضعف در مقاومت، نشست های ناهمسان و...همواره دارای خطرات زیادی است. لذا تثبیت این نوع خاک ها به منظور دستیابی به یک بستر سخت و محکم از جمله مسائل مهم در حوزه ی مهندسی ژئوتکنیک است. با پیشرفت تکنولوژی نانو و تاثیر آن بر تمامی رشته های علوم مهندسی، بررسی کاربرد این فناوری در شاخه ی مهندسی ژئوتکنیک نیز بیش از پیش اهمیت می یابد. نانورس مونت موریلونیت یکی از تولیدات فناوری نانو است که از کانی های رسی استخراج شده و به عنوان یک ماده ی دوست دار محیط زیست، طبیعی و موثر شناخته می شود. این نانو ذرات با داشتن خصوصیات منحصر به فرد، تاثیرات مهمی بر ویژگی های خاک ها دارند. هدف اصلی این پایان نامه تعیین پارامترهای مقاومتی و نفوذپذیری خاک ماسه بادی تثبیت شده با درصدهای مختلف نانورس می باشد. برای این منظور، مجموعه ای از آزمایش های برش مستقیم و نفوذپذیری به روش بار آبی ثابت بر روی خاک اصلاح شده با درصدهای مختلف نانورس جهت بررسی میزان تغییرات به وجود آمده در خواص خاک انجام شده است. آزمایش های برش مستقیم برای بررسی تاثیر پارامترهای مختلف از جمله زمان عمل آوری، روش اختلاط و اندازه ی ذرات بر روی نمونه های ساخته شده انجام گرفته است. به طور کلی، نتایج نشان دهنده ی افزایش مقاومت برشی و چسبندگی خاک ماسه ای می باشد. بر طبق نتایج بدست آمده، افزودن یک درصد نانورس، میزان بهینه برای رسیدن به بهترین نتایج می باشد و مقاومت خاک را تا 23 درصد افزایش می دهد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی نمونه ها نشان دهنده ی این امر است که افزودن بیش از یک درصد نانورس به خاک سبب تراکم نانوذرات در خاک شده و بنابراین تخلخل در خاک را افزایش می دهد. آزمایش بار آبی ثابت بر روی ماسه ی مخلوط شده با نانورس و متراکم شده در سه نسبت تراکم 100، 95 و 90 درصد نیز نشان از تاثیر مثبت این نانو ذرات بر کاهش نفوذپذیری خاک دارد.

دیر زمانی است که خصوصیت ناهمسانی درخاک شناخته شده است اما تنها تلاش اندکی در این اواخر برای منظور نمودن آن در طراحی های ژئوتکنیکی به عمل آمده است زیرا لحاظ نمودن ناهمسانی مستلزم پیچیدگی و مصرف هزینه بیشتر در هر دو مورد تعیین خواص مصالح و طراحی می باشد. در زمینه بررسی ناهمسانی در مقاومت خاکهای چسبنده - اصطکاکی تاکنون مطلبی انتشار نیافته است. از طرفی اینگونه خاکها کاربرد فراوانی در ساخت و سازه های خاکریز دارند و با توجه به نحوه اجرای سازه های خاکریز یعنی اعمال انرژی ترکمی در راستای قائم ، وقوع ناهمسانی در آنها اجتناب ناپذیر می باشد. در این پژوهش با اصلاح جعبه برشی دستگاه برش مستقیم با جعبه بزرگ و بکارگیری قالب مخصوص ، بعنوان اولین هدف امکان اندازه گیری ناهمسانی در مقاومت نمونه های بازسازی شده در آزمایشگاه فراهم شده است . در مرحله بعد با انجام بیش از یکصد و هشت آزمایش بر روی نمونه های انتخاب شده از یک خاک چسبنده - اصطکاکی اثر نوع تراکم و میزان رطوبت تراکم بر میزان ناهمسانی در مقاومت مورد بررسی قرار گرفته است. خاک مورد بررسی از نوع ماسه لای دار با درصد قابل توجهی شن می باشد که از خاکهای مناسب برای اجرای سازه های خاکریز می باشد . نمونه های مورد آزمایش به سه روش تراکم ارتعاشی ( استفاده از چکش ارتعاشی) ، کوبشی و استاتیکی و در سه رطوبت متفاوت بررسی شده اند.با توجه به نتایج حاصل از آزمایش های مذکور ملاحظه گردید که اولا در کلیه نمونه ها ناهمسانی در مقاومت وجود داشته و مقاومت برشی صفحه قائم در حدود 13 تا 23 درصد بیش از مقاومت در صفحه افقی می باشد . ثانیا با افزایش رطوبت در کلیه تراکم ها میزان ناهمسانی افزایش می یابد. بیشترین میزان ناهمسانی مشاهده شده مربوط به نمونه های متراکم شده توسط تراکم کوبشی و کمترین ناهمسانی مربوط به نمونه های متراکم شده توسط چکش ارتعاشی می باشد. نتایج حاصل از این تحلیل ها نشان می دهد که فرض ناهمسانی در خاکریز های متراکم شده کمی بیش از حد محافظه کارانه است.

بسیاری از روشهای تحلیل برای شمعهای با مقطع یکنواخت ارائه شده است این در حالی است که مطالعات کمتری روی شمعهای با مقطع متغیر صورت گرفته است در نتیجه شناخت کافی از رفتار آنها تحت بارگذاری های مختلف بدست نیامده است. لذا در این پایان نامه سعی شده است با استفاده از روش اجزای محدود و به کمک نرم افزار ‏‎ansys5.4‎‏ مطالعاتی بر روی رفتار این شمعها انجام پذیرد . بعلاوه با مطالعات پارامتریک سعی خواهد شد رفتار شمعهایی که بخشی از بدنه آنها به صورت ثابت و بخشی با سطح مقطع متغیر ساخته می شوند بررسی گردند. برای این منظور ارتفاع و زاویه بخش باریک شونده در شمعهای با ضریب لاغری های متفاوت تغییر داده شده و تحلیل می شوند. همچنین ساده سازی شیوه تحلیل آنها با مدل وینکلر نیز به کمک روش عددی ارائه شده در این رساله محک زده می شود. بعلاوه تاثیر پارامترهای ژئوتکنیکی خاک بر رفتار شمع و بالاخره مقایسه رفتاری آنها با شمعهای جدار صاف مورد بررسی قرار می گیرد. در این پایان نامه پس از ارائه کلیاتی از شمعها که در فصل اول ارائه شد در فصل دوم ساز و کار انتقال بار شمع به خاک تشریح خواهد شد . سپس کارهایی که تاکنون انجام شده در ادبیات تخصصی موضوع انتشار یافته است بیان می گردد . در فصل سوم مختصری از نرم ازار ‏‎ansys5.4‎‏ که به کمک آن مدلسازی شده است بیان خواهد شد در فصل چهارم با استفاده از نتایج چند کار آزمایشگاهی از عملکرد مدلهای ساخته شده به کمک این نرم افزار اجزا محدود اطمینان حاصل خواهد شد. در فصل پنجم مطالعات رفتاری و پارامتریک انجام خواهد گرفت و در نهایت در فصل ششم نتیجه گیری ها و پیشنهادات کلی برای کارهای بعدی ارائه خواهد گردید.

حل کامل پایداری درمکانیک خاک غالبا نیازمند در نظر گرفتن رفتار انتقال از حالت ارتجاعی به خمیری است. از آنجایی که راه حل های موجود بسیار پیچیده است و از طرفی در بسیاری از مسائل مکانیک خاک ، تعیین بار حدی مد نظر می باشد ، لذا روشهایی که بتوان با آنها بارهای حدی را بدون نیاز به حل کامل مساله به دست آورد همواره مورد توجه مهندسان و محققان بوده است. تاکنون هیچیک از روشهای حدی برای تحلیل پایداری شیبها به گستردگی روش تعادل حدی به کار گفته نشده است. فایده اصلی این راه حل در این است که می توان خاکهای چند لایه ای ، فشار آب منفذی و بارهای خارجی را به راحتی در آن اثر دارد. هر چند به خوبی مشخص شده است که نتایج حاصل از روش تعادل حدی ریشه ای نمی باشد، زیرا هیچ کدام ازشرایط مجاز استاتیکی و سینماتیکی را ارضا نمی کنند. چون هیچ روش دقیقی برای مقایسه نتایج حاص از روش تعادل حدی در دسترس نمی باشد، لذا می توان از روش تحلیل حدی که بر پایه مفاهیم قضایای حدی، اصل پایداری در اکر و قانون جریان وابسته قرار دارد، به عنوان ابزاری مستدل برای مقایسه نتایج حاصل از روش تعادل حدی استفاده کرد. با استفاده از قضایای حد پایینی و حد بالایی در روش تحیل حدی می توان مرز بالا و پایین بارهای حدی را تعیین نمود. در این مطالعه نتایج تحلیل پایداری حاصل از چند روش تعادل حدی با نتایج حاصل از چند روش تحیل عددی در شیروانیهای ساده برای خاکهای چسبنده - اصطکاکی و خاکهای صرفا چسبنده با افزایش مقاومت در عمق مقایسه گردیده و نتایج حاصل به صورت نمودارهایی ارائه شده است. در این مقایسه نشان داده می شود که برای شیبهای همگن روشهای تعادل حدی جوابهای نسبتا قابل قبولی به دست می دهند، ولی در شیروانیهای نا همگن با زاویه شیب پایین حلهای مبتنی بر روشهای تعادل حدی تخمین پایینی از ضریب اطمینان به دست می دهند. ایجاد شرایط واقعی خاک در حین آزمایش روی نمونه تخریب نشده و ایجاد شرایطی مشابه با آن چه که تصور می شود وجود دارد همه مشمول خطاهایی در اندازه گیری و تفسیر نتایج می شوند. لذا جهت مشخص نمودن میزان اطمینان به خطاهای فوق در اندازه گیری و ارزیابی پارامترهای موثر بر پایداری ، تاثیر این پارامترها بر ضریب اطمینان در حالتهای مختلف نیز مورد ارزیابی قرار گرفته است.