افزایش روزافزون خودروها در کشور، نگرانی ها را در مورد دفع ضایعات لاستیکی حاصل از آنها دو چندان نموده است. از اینرو استفاده از خرده لاستیک های فرسوده در بسیاری از سازههای ژئوتکنیکی نظیر شیبها، دیوارهای حائل و بستر پیها رو به افزایش است. در این پایان نامه یک سری آزمایش های بارگذاری استاتیکی و سیکلی قائم بر روی پی مربعی به بعد 10 سانتیمتر مستقر بر مخلوط خاک-خرده لاستیک انجام شدهاست. این آزمایشها در ضخامت های مختلف از لایه مسلح (مخلوط خاک-خرده لاستیک)، درصدهای مختلف حجمی خرده لاستیک و ضخامتهای مختلف از لایه غیرمسلح روی لایه مسلح به منظور بررسی رفتار بار-نشست پی در هر دو حالت استاتیکی و سیکلی مد نظر میباشد. نتایج نشان میدهد که رفتار بار-نشست پی و بستر زیر آن علاوه بر نوع خاک و تراکم آن، به عوامل فوقالذکر بستگی دارد. به طورکلی به کار بردن خرده لاستیک در مخلوط با خاک در صورت انتخاب ضخامت مناسب از لایه مسلح و لایه غیرمسلح، ظرفیت باربری پی و نشست آن را در حالت استاتیکی و سیکلی بهبود میبخشد. به طور کلی مقدار بهینه درصد خرده لاستیک مقدار ثابتی نمیباشد و تابعی از ضخامت مخلوط خاک – خرده لاستیک و همچنین ضخامت لایه غیرمسلح در زیر پی است.

استفاده از دیوارهای خاکی مسلح‏شده با انواع مسلح‏کننده‏های مصنوعی (ژئوسینتتیک) به صورت گسترده ای در حال توسعه می باشد. روش های متعددی برای طراحی لرزه‏ای دیوارهای خاکی مسلح بر اساس روش شبه استاتیکی موجود است. در حالیکه این روش‏ها اثر زمان و انتقال موج حجمی در درون خاک در طول زلزله را در نظر نمی‏گیرند. در این خصوص اختلاف فاز در اثر انتشار موج برشی معین در درون دیوار خاکی مسلح با استفاده از روش‏های شبه‏دینامیکی می‏تواند مدنظر قرار گیرد. در این مطالعه به کمک روش شبه‏دینامیکی و بر اساس روش تعادل حدی معادلات تحلیلی موردنیاز استخراج شده و به صورت عددی حل شده است، همچنین اثر تغییر در زاویه اصطکاک داخلی خاک و ضریب بزرگنمایی آن، شتاب لرزه‏ای افقی و قائم و وجود سربار با فواصل مختلف از لبه دیوار بر میزان نیروی به وجود آمده در لایه های تسلیح و ضریب اطمینان در مقابل پایداری دیوار مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با افزایش زاویه اصطکاک داخلی خاک میزان نیروی ایجاد شده در لایه های تسلیح کاهش و ضریب اطمینان افزایش می یابد، در مقابل با افزایش ضریب بزرگنمایی خاک نیروی ایجاد شده در لایه‏های تسلیح به طور محسوسی افزایش یافته و ضریب اطمینان افت می‏کند. همچنین با افزایش میزان شتاب لرزه‏ای نیروی ایجاد شده در لایه های تسلیح افزایش و ضریب اطمینان کاهش می یابد. نتایج حاصل از این روش تطبیق مناسبی را با نتایج ارائه شده توسط دیگر محققین نشان می دهد.

تعیین ظرفیت باربری پی ها تحت بارهای استاتیکی و لرزه ای یکی از مهم ترین مباحث در مهندسی ژئوتکنیک می باشد. اگرچه تاکنون مطالعات زیادی بر روی رفتار پی های سطحی تحت بارهای استاتیکی انجام شده است، اما ظرفیت باربری پی ها تحت بارگذاری لرزه ای کمتر مورد توجه قرار گرفته است. از طرف دیگر در دهه های اخیر تسلیح خاک زیر پی به منظور افزایش ظرفیت باربری پی ها پیشنهاد شده است. در پایان نامه حاضر یک روش تحلیلی جهت بررسی ظرفیت باربری لرزه ای پی نواری واقع بر خاک مسلح، به روش شبه استاتیکی ارائه شده است. به منظور بررسی اثر تعداد لایه تسلیح، ضرایب شتاب افقی و قائم زلزله، عرض و عمق مدفون پی، زاویه اصطکاک داخلی خاک و چسبندگی آن بر ظرفیت باربری پی مطالعات پارامتری صورت گرفته است. نتایج نشان می دهد که استفاده از تسلیح خاک زیر پی به میزان قابل قبولی موجب افزایش باربری پی تحت زلزله می شود. هم چنین مقایسه ضرایب ظرفیت باربری در حالت لرزه ای با نتایج دیگر محققین به خصوص choudhury and rao (2005) قابل قبول می باشد.

در این پایان نامه، دو روش تراکم استاتیکی و تراکم دینامیکی از تکنیک های کاهش درجات آزادی سازه ها (فشرده سازی ماتریس ها) جهت تحلیل دینامیکی شمع ها معرفی شده اند. استفاده از این تکنیک ها در تحلیل، باعث سادگی روش تحلیل و کاهش حجم و زمان محاسبات می شوند. این دو روش همراه با روش تحلیل مودی جهت تحلیل یک شمع تک واقع در خاک دانه ای با استفاده از مدل فنر وینکلر به کار گرفته شده اند. در این خصوص سه برنامه در محیط نرم افزار matlab برای تحلیل به سه روش مذکور نوشته شده است. همچنین به منظور اطمینان از صحت و دقت نتایج روش تحلیل مودی، شمع موردنظر توسط نرم افزار sap2000 مدل و تحلیل شده است. نتایج نشان می دهند که روش تراکم استاتیکی، علیرغم سادگی روش تحلیل، در مقایسه با دو روش تحلیل مودی و تراکم دینامیکی از دقت قابل قبولی، به خصوص برای نسبت های جرم سربار به جرم شمع بزرگتر از سه برخوردار می باشد. همچنین اثر تغییر قطر شمع، مدول عکس العمل خاک و سربار وارد بر سر شمع بر روی نتایج بررسی شده است.

در این تحقیق تسلیح خاک ماسه ای با استفاده از لایه های ژئوسل و لایه هایی از مخلوط خاک-خرده لاستیک به صورت تنها و توام توسط دستگاه سه محوری بررسی شده است. نمونه های سه محوری بترتیب دارای قطر و ارتفاع 100 و200 میلیمتر می باشند. در مجموع تعداد 31 آزمایش مستقل و 14 آزمایش تکراری (به منظور کنترل نتایج) به منظور بررسی اثر تعداد لایه های ژئوسل، تعداد لایه های مخلوط خاک-خرده لاستیک، درصد خرده لاستیک و فشار همه جانبه بر مقاومت نمونه انجام شده است. نتایج نشان می دهد که استفاده از چهار لایه تسلیح (با ژئوسل یا مخلوط خاک-خرده لاستیک) در مقایسه با دو لایه تسلیح (با ژئوسل یا مخلوط خاک-خرده لاستیک)، در حالیکه مجموع ضخامت لایه های تسلیح در هر دو حالت یکسان است. سبب افزایش مقاومت بیشتری می گردد. همچنین استفاده از لایه مخلوط خاک-خرده لاستیک بین لایه های ژئوسل بجای لایه خاک تنها نیز موجب افزایش مقاومت بیشتر نمونه می گردد. حداکثر کارآیی لایه مخلوط خاک-خرده لاستیک در افزایش مقاومت نمونه مسلح در مقایسه با نمونه غیرمسلح با 12 درصد خرده لاستیک حاصل شده است.

یکی از پارامتر های مهم در طراحی لوله‏ها و مجاری مدفون در خاک میزان تنش وارد بر آن‏ها ‏می‏باشد. در این خصوص پدیده قوس‏زدگی (‏arching‏) می‏تواند به نحو قابل ملاحظه‏ای سبب ‏کاهش تنش وارد بر حفره مدفون در خاک گردد. به منظور کاهش هر چه بیشتر تنش وارد بر ‏حفره، تسلیح خاک با لایه‏های ژئوسنتتیک نیز می‏تواند به عنوان یک روش مناسب در کاهش تنش ‏وارد بر مجاری مدفون در خاک مطرح گردد. لذا در این پایان‏نامه به ارائه روشی تحلیلی در تعیین ‏تنش وارد بر مجاری مدفون در خاک با در نظر گرفتن اثر توام پدیده قوس‏زدگی و وجود لایه‏های ‏تسلیح پرداخته شده است. نتایج نشان می‏دهد که استفاده از مصالح نرم با مدول الاستیسیته پایین ‏و ضخامت مناسب در بالای حفره و زیر لایه تسلیح می‏تواند نقش موثری در کاهش تنش وارد بر ‏حفره داشته باشد. همچنین مقایسه نتایج حاصل از خاکریز غیرمسلح با خاکریز مسلح با یک و دو ‏لایه تسلیح، نشان می دهد که استفاده از لایه‏های تسلیح با سختی کششی مناسب می‏تواند سبب ‏کاهش تنش روی حفره گردد. همچنین انجام تحلیل عددی نسبتا ساده به روش تفاضل محدود ‏توسط نرم افزارflac2d ‎‏ مبین تطبیق نسبتا مناسب نتایج تحلیلی با نتایج تحلیل عددی به ‏خصوص از نقطه نظر کیفی می‏باشد.‏

در این پایان‏نامه سه نوع آزمایش شامل آزمایش‏های سه‏محوری، آزمایش‏های cbr و آزمایش‏های بارگذاری سیکلی (بارگذاری، باربرداری و بارگذاری مجدد) بر روی ماسه‏ی تنها و ماسه‏ی مخلوط با خرده‏پلاستیک (تهیه شده از بطری‏های آب) انجام گردیده‏است. آزمایش‏های سه‏محوری بر روی خاک و خاک مخلوط با دو اندازه‏ی کوچک و بزرگ خرده‏پلاستیک با میزان 5/0، 1 و 5/1 درصد وزنی نمونه و در سه فشار همه‏جانبه‏ی 50، 100 و 150 کیلوپاسکال انجام شده‏اند. آزمایش‏های cbr و بارگذاری سیکلی نیز توسط دستگاه cbr با نرخ اعمال بار 27/1 میلی‏متر بر دقیقه بر روی نمونه‏های غیرمسلح و مسلح با خرده‏پلاستیک با اندازه‏ی بزرگ با میزان 5/0، 1، 5/1 و 2 درصد وزن کل نمونه صورت گرفته‏است. آزمایش‏های بارگذاری سیکلی تحت سه تنش سیکلی 200، 300 و 400 کیلوپاسکال انجام شده‏اند. نتایج حاصل از آزمایش‏های سه‏محوری نشان می‏دهد که افزودن خرده‏پلاستیک به خاک موجب افزایش مقاومت نمونه‏ها می‏گردد. نتایج آزمایش‏های cbr نیز حاکی از این مطلب هستند که افزودن خرده‏پلاستیک به خاک، سبب افزایش در مقدار cbr می‏شود. نتایج آزمایش‏های بارگذاری سیکلی نیز نشان می‏دهند که وجود خرده‏پلاستیک موجب کاهش نشست کل و نشست پلاستیک و هم‏چنین افزایش درصد تغییر شکل‏های الاستیک نمونه‏ها به علت افزایش ظرفیت جذب انرژی آن‏ها می‏گردد.

در رساله حاضر به منظور بررسی رفتار بستر مسلح با چندلایه ژئوسل و همچنین ترکیب لایه های ژئوسل و لایه های مخلوط خاک و خرده لاستیک، آزمایش های بارگذاری استاتیکی و سیکلی نسبتاً جامعی روی صفحه بارگذاری به قطر 300 میلیمتر انجام شده است. آزمایش ها در ترانشه ای به ابعاد 2000*2000 میلیمتر در پلان و 700 میلیمتر در ارتفاع، حفر شده در زمین طبیعی، صورت گرفته است. ژئوسل دارای ابعاد چشمه 110*110 میلیمتر، ضخامت 100 میلیمتر و خرده-های لاستیک از نوع دانه ای بوده است. ضخامت بهینه پوشش خاک روی اولین لایه ژئوسل و فاصله بهینه بین لایه های ژئوسل صرفنظر از نوع بارگذاری (استاتیکی یا سیکلی) حدود 2/0 قطر صفحه بارگذاری و درصد بهینه خرده لاستیک در مخلوط با خاک حدود 8% وزنی مخلوط بدست آمدند. نتایج حاصل از آزمایش های استاتیکی مبین افزایش باربری و کاهش نشست صفحه بارگذاری با افزایش میزان تسلیح (ژئوسل یا مخلوط خاک و خرده لاستیک) است. همچنین نتایج آزمایش های سیکلی تحت 15 سیکل از دو تراز تنش 400 و 800 کیلوپاسکال مبین توسعه نشست های مفرط و ایجاد شرایط ناپایدار در بستر غیرمسلح است، در حالیکه تسلیح بستر با لایه های ژئوسل و مخلوط خاک و خرده لاستیک ضمن کاهش نشست بستر (کاهش نشست های پلاستیک و افزایش نشست های الاستیک) موجب ایجاد شرایط پایدار در نشست بستر می گردد. به طورکلی تحت هر دو نوع بارگذاری، رفتار بستر مسلح با لایه های مخلوط خاک و خرده لاستیک در ترکیب با ژئوسل در مقایسه با رفتار بستر مسلح با لایه های ژئوسل تنها بهبود می یابد. به عنوان مثال، در آزمایش های استاتیکی، در نسبت نشست 2% (2%=s/d) مقادیر نسبت باربری بستر مسلح به بستر غیرمسلح به ترتیب برای بستر مسلح با سه لایه ژئوسل و بستر مسلح با ترکیب سه لایه ژئوسل و سه لایه مخلوط خاک و خرده لاستیک برابر 3/2 و 3 است. همچنین تسلیح بستر، با توجه به فراهم نمودن امکان پخش بیشتر بار در عمق بستر، موجب کاهش مقادیر تنش در مقایسه با بستر غیرمسلح می گردد، که این کاهش با قرارگیری لایه های مخلوط خاک و خرده لاستیک در زیر لایه های ژئوسل افزایش می یابد. به عنوان نمونه، در آزمایش بارگذاری سیکلی تحت تراز تنش 800 کیلوپاسکال بسته به تعداد لایه های تسلیح، میزان فشار در عمق 350 میلیمتر زیر سطح بارگذاری در بستر مسلح در حدود 58% تا 68% مقادیر متناظر در بستر غیرمسلح است. در مجموع استفاده از ترکیب ژئوسل و خرده لاستیک علاوه بر افزایش باربری بستر و کاهش نشست آن، می تواند از نقطه نظر استفاده از لاستیک های فرسوده و مسائل زیست محیطی در پروژه های عملی بسیار مفید باشد. کلمات کلیدی: ژئوسل چندلایه، مخلوط خاک و خرده لاستیک، بستر راه، ظرفیت باربری، نشست، بارگذاری سیکلی، آزمایش بارگذاری صفحه، تغییرشکل الاستیک و پلاستیک.

یکی از پارامترهای مهم در احداث خاکریز بر روی بستر خاک نرم، میزان تنش وارد بر خاک نرم و نشست آن می‏باشد. در این خصوص اجرای شمع‏ها در فواصل مناسب از یکدیگر، به دلیل عملکرد قوسی می‏تواند سبب کاهش تنش و کاهش نشست خاک نرم شود. به منظور کاهش هرچه بیش‏تر تنش وارد بر خاک نرم، تسلیح خاک با لایه‏ای از ژئوسنتتیک نیز می‏تواند به عنوان یک روش مناسب مطرح گردد. استفاده از لایه‏ی تسلیح علاوه بر کاهش تنش وارد بر بستر نرم می‏تواند فشار وارد بر کلاهک شمع را نیز کاهش دهد، که این امر موجب کاهش قطر شمع‏ها و فاصله‏ی آن‏ها در امتداد طول خاکریز می‏گردد. به کارگیری ژئوسل به واسطه‏ی ساختار سه بعدی خود در مقایسه با ژئوسنتتیک‏های صفحه‏ای می‏تواند در بهبود رفتار سیستم موثرتر باشد. لذا در این پایان نامه به ارائه‏ی روشی تحلیلی جهت تعیین تنش وارد بر خاک نرم، نشست خاک نرم، کشش و کرنش حاصل در لایه‏ی تسلیح و فشار وارد بر کلاهک شمع در هر دو حالت تسلیح با ژئوسل و تسلیح ژئوسنتتیک صفحه‏ای و با در نظر گرفتن پدیده‏ی قوس‏زدگی پرداخته شده است. نتایج نشان می‏دهد که استفاده از ژئوسل به جای ژئوسنتتیک صفحه‏ای ضمن کاهش بیش‏تر فشار بر روی کلاهک شمع‏ها، و نشست بستر نرم را نیز بهتر کنترل می‏کند. همچنین جهت بررسی اثر عوامل مختلف نظیر ارتفاع خاکریز، ضخامت بستر نرم، فاصله‏ی کلاهک شمع‏ها از یکدیگر، ارتفاع لایه‏ی ژئوسل، سختی لایه‏ی تسلیح و ... بر رفتار سیستم شمع-خاکریز-مسلح کننده مطالعات پارامتری انجام شده است.

: امروزه با توجه به حجم ترافیک عبوری و نامساعد بودن شرایط بستر موجود برای راه سازی، روش های گوناگونی برای بهسازی خاک محل مورد توجه و بررسی قرار گرفته اند. یکی از روش-های موجود جهت کاهش نشست ها و افزایش باربری بسترهای نرم، جایگزین نمودن لایه فوقانی خاک با خاک متراکم می باشد. تسلیح خاک به کمک ژئوسنتتیک ها نیز در چند دهه اخیر به عنوان روشی موثر و قابل اعتماد برای افزایش مقاومت برشی، پایداری توده های خاکی و افزایش ظرفیت باربری به کار گرفته می شود. در میان ژئوسنتتیک های موجود، استفاده از ژئوتکستایل و ژئوگرید در راه سازی مورد اقبال بیشتری قرار گرفته است. در این پایان نامه دو نوع آزمایش cbr تحت بار استاتیکی و بارگذاری سیکلی (بارگذاری، باربرداری و بارگذاری مجدد) بر روی نمونه ماسه تنها و خاک مسلح با یک و دو لایه ژئوتکستایل انجام شده است. به منظور بررسی اثر عمق قرارگیری لایه تسلیح، یک لایه ژئوتکستایل در اعماق 1، 5/1، 2، 4، 6 و 8 سانتی متری از سطح نمونه درون خاک قرار گرفت. همچنین جهت بررسی اثر همزمان تراکم و تسلیح، از یک لایه خاک با تراکم 97% با ضخامت های متغیر بر روی بخش فوقانی نمونه و یک لایه ژئوتکستایل به عنوان مسلح کننده استفاده شد. به منظور بررسی اثر تعداد لایه های تسلیح، آزمایش با دو لایه ژئوتکستایل در حضور و عدم حضور لایه خاک متراکم فوقانی صورت گرفت. آزمایش بارگذاری سیکلی با استفاده از ماسه غیر مسلح و مسلح با ژئوتکستایل در تراز های بار 100، 200 و 400 کیلوگرم تا بیست سیکل بارگذاری-باربرداری به شیوه کنترل بار انجام گردید. نتایج حاصل از آزمایش های استاتیکی نشان می دهند که با قرارگیری ژئوتکستایل در عمقی معادل 3/0 قطر سنبه بارگذاری (5/1 سانتی متر از سطح نمونه) میزان بهبود باربری به بیشترین مقدار خود می-رسد و با افزایش عمق قرارگیری لایه تسلیح، از میزان تاثیر آن در افزایش ظرفیت باربری خاک مسلح کاسته می گردد. همچنین با افزایش عمق لایه متراکم، اثر تسلیح بر بهبود رفتار خاک مسلح کاهش می یابد. حضور دو لایه ژئوتکستایل باعث افزایش مقاومت خاک مسلح می گردد. نتایج آزمایش های سیکلی نیز نشان می دهند حضور لایه تسلیح موجب کاهش نشست کل و نشست پلاستیک می شود. با قرارگیری ژئوتکستایل در بین دو لایه متراکم از خاک فوقانی، میزان نشست ها در تراز های بالای نیرو کاهش بیشتری پیدا می کنند.