تحقیقات نشان داده است مقاومت خمشی کم بتن های با مقاومت بالا را می توان با افزودن الیاف فولادی جبران کرد. از طرف دیگر یکی از مشکلات مهم زیست محیطی، جمع شدن مقدار زیادی تراشه های فولادی در قطب های صنعتی کشور است. در این مطالعه از تراشه های مارپیچ فولاد بازیافتی به عنوان الیاف فولادی برای مسلح کردن بتن استفاده شده است و خواص بتن با افزودن تراشه ها مورد بررسی قرار گرفته است. خواص اصلی بتن که در این مطالعه مورد مطالعه قرار گرفته اند شامل اسلامپ بتن تازه، چگالی، مقاومت فشاری و خمشی بتن سخت شده می باشد. تراشه های فولادی بر اساس شکل به سه دسته تقسیم شدند. آزمایشات نیز در سه گروه بر اساس درصد تراشه ها انجام شد. نتایج آزمایشات نشان داد که هرگونه افزایش در مقدار تراشه ها باعث افزایش چگالی و کاهش اسلامپ بتن می گردد. اما نتایج رفتار متفاوتی را برای مقاومت فشاری و خمشی بتن با تراشه نشان داد

در تحلیل و طراحی سازه ها تحت بار جانبی برای کاهش درجات آزادی، فرض معمول این است که دیافراگم کف در صفحه خود به صورت کاملاً صلب عمل می نماید، در این صورت دیافراگم در پلان خود به صورت یک جسم صلب تنها حرکت انتقالی و چرخشی خواهد داشت و نیروهای جانبی به نسبت سختی اجزای قائم مقاوم، بین آن ها توزیع می گردد. اما در بعضی از سازه ها مانند سازه های مهاربندی شده با سقف تیرچه ای اثر انعطاف پذیری دیافراگم را نمی توان نادیده گرفت، در این سازه ها سختی اعضا باربر جانبی نسبت به سختی دیافراگم کف قابل ملاحظه می باشد و سقف تیرچه ای این سازه ها در یک جهت دارای صلبیت کمتری نسبت به جهت دیگر می باشد. در این تحقیق مدل های سه بعدی مختلفی از ساختمان در محدوده خطی و غیر خطی در دو حالت دیافراگم صلب و دیافراگم واقعی تحلیل و بررسی شده است. در هر مدل صلبیت سقف مورد ارزیابی قرار گرفته و رفتار واقعی ساختمان با سقف نیمه صلب، با رفتار ایده آل دیافراگم کاملاً صلب مقایسه شده است و نقش پارامترهای مختلفی از قبیل ضخامت سقف، فاصله تیرچه ها، آرایش قاب های بادبندی، تعداد طبقات ساختمان، شکل پلان، وجود بازشو ها در کف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج مطالعات نشان می دهد که فرض دیافراگم صلب برای ساختمان های فولادی مهاربندی شده با سقف های تیرچه ای، با نسبت دهانه به عرض بزرگ تر از سه فرض مناسبی نبوده و در جهت اطمینان نمی باشد؛ و برای این سازه ها بهتر است انعطاف پذیری دیافراگم در تحلیل ها دیده شود. همچنین در نظر گرفتن انعطاف پذیری دیافراگم باعث تغییر پریود سازه و حداکثر برش پایه سازه می شود. همچنین نتایج نشان می دهد که انعطاف پذیری دیافراگم باعث تفاوت الگوی پخش بار بین بادبندها نسبت به حالت دیافراگم صلب می شود. این تفاوت باعث ایجاد نیروهای زیادتری در بادبندهایی که سطح بارگیر بیشتری دارند می گردد.

یکی از عوامل مهمی که در طراحی سازه و همچنین رفتار سازه در برابر زلزله تاثیر دارد، نامنظمی در سازه است. نامنظمی به دو نوع نامنظمی در ارتفاع و نامنظمی در پلان تقسیم می شود. نامنظمی در ارتفاع از ناپیوستگی در جرم، سختی و مقاومت بوجود می آید. در این تحقیق رفتار لرزه ای و ضوابط آئین نامه ای سازه های نامنظم جرمی در ارتفاع بررسی شده است. برای این منظور قاب های 3 بعدی با سیستم مقاوم جانبی قاب خمشی فولادی متوسط در نرم افزار etabs مدل شده اند. نامنظمی جرمی با افزایش جرم یک یا چند طبقه نسبت به طبقات مجاور ایجاد شده است. تعداد طبقات سازه ها 5، 10 و 15 است که با استفاده از آئین نامه ایران طراحی شده اند. در این تحقیق دقت روش های تحلیل سازه با مقایسه نتایج بدست آمده از آنها با نتایج دقیق تر تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی بررسی شده است. رفتار غیرخطی سازه های با نامنظمی جرمی با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی در قالب های تغییرمکان جانبی نسبی، توزیع نیروهای خمشی و برشی در ستون ها، چرخش مفاصل پلاستیک و سطح عملکرد سازه با استفاده از 7 زوج شتاب نگاشت در فواصل دور از گسل بررسی شده است. برای بررسی اثر فاصله سازه از مرکز گسل بر روی سازه های با نامنظمی جرمی، رفتار غیرخطی سازه های 5 و 15 طبقه با استفاده از 3 گروه شتاب نگاشت که در فواصل نزدیک، متوسط و دور از گسل انتخاب شده اند با هم مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که، توزیع نیرو و جابجایی نسبی طبقات بدست آمده از تحلیل های خطی تقریباً یکسان است و نامنظمی جرمی اثر قابل توجهی بر آن ندارد. اما نیروهای بدست آمده از تحلیل های خطی در طبقات بالا کمتر از نیروهای بدست آمده از تحلیل های تاریخچه زمانی غیرخطی است. نامنظمی جرمی باعث تشکیل مفاصل غیرخطی در طبقات نامنظم و طبقات مجاور آن می شود و باعث کاهش عملکرد سازه می شود. همچنین رفتار غیرخطی سازه وابسته به تعداد طبقات نامنظم، موقعیت طبقه نامنظم و رکورد زلزله انتخاب شده است. نتایج بدست آمده از تحلیل های استاتیکی غیرخطی در سازه های کوتاه تا 5 طبقه تقریباً مشابه تحلیل دقیق تر تاریخچه زمانی غیرخطی است اما در سازه های بلندتر تحلیل استاتیکی غیرخطی دارای دقت کافی برای تعیین مفاصل پلاستیک نمی باشند.

استفاده از اتصالات خمشی باگیرداری کامل در ساختمانهای فولادی مقاوم در برابر زلزله بسیار متداول می باشد. در طی زلزله نورتریج، موارد زیادی از گسیختگی در ناحیه جوش نفوذی بال های تیر به ستون، مشاهده شد. برای بهبود ظرفیت تغییرشکل خمیری اتصالات خمشی، گونه نوینی از اتصالات تیر- ستون فولادی پیشنهاد شد که لنگر خمشی و نیروی برشی با استفاده از کابل های فولادی با مقاومت بالا انتقال می یابند. در این اتصالات، کابل های فولادی که موازی با جان تیر اجرا می شوند، بال های تیر را به بال ستون فشار می دهند که باعث می شود بتوانند خمش و برش را تحمل کنند. همچنین کابل ها، توانایی خودمرکزی برای سازه فراهم می کنندو باعث می شود سازه، پس از باربرداری، به موقعیت اولیه برگردد. از اتلاف کننده، برای افزایش ظرفیت اتلاف انرژی و کنترل تغییرشکل های خمیری اعضای اصلی استفاده شده است. در این مقاله، اتصالات پس کشیده که از نبشی برای اتلاف انرژی و از کابل برای ایجاد نیروی بازگرداننده استفاده می کنند، با استفاده از نرم افزار آباکوس شبیه سازی و بررسی شده اند. برای راستی آزمایی تحلیل عددی، سه نمونه اتصال بررسی شده در آزمایشگاه، شبیه سازی شده اند. نتایج تحلیل عددی، با پوش چرخه های تحلیل آزمایشگاهی مقایسه شده است. باز و بسته شدن شکاف در سطح مشترک تیر-ستون، که از مشخصه های رفتاری اتصالات پس کشیده اتلاف کننده(pted)(post-tensioned energy dissipation) است، توسط تحلیل عددی شبیه سازی می شود. نتایج تحلیل های عددی نشان می دهند که پاسخ چرخه ای این اتصالات، به شکل پرچم است که در مطالعات آزمایشگاهینیز مشاهده شده است. توزیع تنش و کرنش در اجزای اتصال نشان می دهد که تیرها ، بجز در ناحیه انتهای ورق تقویت کننده، ارتجاعی باقی می مانند و رفتار کابل ها و ستون نیز کاملاً ارتجاعی است. در نتیجه اتصالات در باربرداری خود مرکز می باشند. سپس نمونه هایی با تغییر پارامترهای کابل و نبشیشبیه سازی گشته اند تا تاثیر این پارامترها روی رفتار چرخه ای اتصال مشخص شود. امکان رخداد حالتهای بحرانی شامل تسلیم کابل، کمانش بال و جان تیر و گسیختگی نبشی، با استفاده از توزیع تنش و کرنش در اجزای اتصال، بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که با افزایش نیروی پس کشیدگی اولیه، ممان فشاربرداری و ظرفیت خمشی افزایش می یابد و احتمال کمانش بال تیر و تسلیم کابل افزایش می یابد. همچنین کاهش تعداد کابل ها، شکل پذیری و ظرفیت خمشی را افزایش می دهد. افزایش ضخامت نبشی یا کاهش طول اندازه گیر نبشی، ظرفیت اتلاف انرژی را افزایش می دهد و سختی پس از تسلیم را افزایش می دهد. برای بررسی تاثیر بارهای وزنی بر عملکرد قاب های pted، نمونه قاب ساده که متشکل از دو نمونه اتصال خارجی است، شبیه سازی می شود. نتایج تحلیل های عددی نشان می دهند که با درنظر گرفتن بارهای وزنی، پاسخ کلی قاب تغییری نمی کند، همچنین اصطکاک ایجاد شده در سطح مشترک تیر- ستون، به تنهایی قادر است تا نیروی برشی انتهای تیر را به ستون انتقال دهد. مقایسه پاسخ اتصال صلب و pted نشان داد که اگرچه اتصالات صلب، مقاومت و ظرفیت اتلاف انرژی بالاتری دارند، اما تیر و ناحیه چشمه اتصال ستون، خسارت زیادی می بینند. به همین دلیل پس از باربرداری، تغییرشکل پسماند قابل توجهی وجود خواهد داشت. رفتار اتصالات pted، زیر بارهای وزنی و زلزله های تکرار شونده، شبیه اتصالات صلب است. در صورت استفاده از تعداد کابل و نبشی مناسب، اتصالات پس کشیده توانایی خودمرکزی عالی، همراه با ظرفیت اتلاف انرژی مناسب را دارا می باشند، تیرها و ستونها ارتجاعی می مانند و خسارت به نبشی محدود می شود.

ماسه اشباع شل یا با تراکم میانه هنگامی که تحت اثر ارتعاش قرار می گیرد تمایل به تراکم و کاهش حجم دارد. اگر زهکشی انجام نشود، فشار آب منفذی به گونه ای فزاینده زیاد می گردد. با تداوم ارتعاش، زمانی خواهد رسید که تنش همه جانبه کل، معادل فشار آب منفذی می شود. در این شرایط تنش موثر صفر شده و رفتار مکانیکی ماسه بسیار شبیه یک سیال خواهد بود. این پدیده روانگرایی نامیده می شود. تغییرات ناگهانی در مقاومت و به دنبال آن تغییر شکل های بسیار بزرگ می توانند باعث آسیب های جبران ناپذیر به سازه های خاکی و روسازه ها گردند. با توجه به آنکه زلزله در مدت زمان به نسبت کوتاهی رخ می دهد و در عمل، امکان از بین رفتن فشار آب حفره ای تولید شده وجود ندارد، لذا بروز پدیده روانگرایی به دنبال زمین لرزه محتمل است. بنابراین ضروری است تحلیل هایی جهت پیش بینی جابجایی های تحمیل شده بر توده خاک و نیز میزان فشار آب حفره ای تولید شده در عمق خاک در زمان بروز زلزله و همچنین چگونگی زوال اضافه فشار آب حفره ای پس از پایان زلزله انجام پذیرد. در این پایان نامه تلاش شده است با استفاده از یک مدل رفتاری پیشرفته جهت پیش بینی رفتار ماسه ها در قالب یک نرم افزار اجزای محدود، رفتار شیروانی های ماسه ای در شرایط مختلف عمق، شیب، تراکم و شتاب بیشینه و طول مدت زمین لرزه شبیه سازی و بررسی می گردد. با شبیه سازی یک ستون افقی با نسبت تخلخل های مختلف مشاهده گردید که در شرایط بارگذاری یکسان، در نمونه متراکم تر شتاب ثبت شده در سطح زمین بیشتر اما پتانسیل روانگرایی نمونه سست تر بیشتر است. سپس اثر وجود یک لایه شل به ضخامت 1 متر در اعماق مختلف لایه افقی متراکم تر بررسی گردید. مشاهده شد وجود یک لایه شل تر کاهش شتاب ثبت شده در تراز سطح زمین را به همراه خواهد داشت. و هرچه این لایه در عمق بیشتری اجرا شود میزان کاهش شتاب بیشتر است. با استفاده از دو روش u-p و u-p-u به بررسی اثر استفاده از این دو روش بر نتایج حاصل از تحلیل پرداخته شد. هر دو روش فشار آب حفره ای نسبتاً یکسانی را پیش بینی کردند اما علی رغم بزرگی جابجایی های پیش بینی شده تقریباً یکسان، الگوی کلی جابجایی ها متفاوت است. با شبیه سازی لایه شیب دار مشاهده شد با افزایش نسبت تخلخل، بیشینه شتاب زمین لرزه، طول مدت زمین لرزه و شیب جابجایی های ماندگار به وجود آمده در شیب افزایش می یابد. وجود یک لایه سست تر در سطوح مختلف یک لایه شیب دار سبب افزایش جابجایی های ماندگار در عمق های کمتر از عمق لایه سست تر گردید.

خرابی پیشرونده با حذف ظرفیت باربری موضعی قسمت کوچکی از سازه شروع می شود و در ادامه، خرابی هایی در عناصر سازه به وجود می آید که به طور مستقیم تحت تاثیر رخداد موضعی اولیه نمی باشند. این خرابی های متوالی ممکن است در کل سازه یا سطح وسیعی از آن گسترش پیدا کند. در سازه های فولادی، کارکرد سیستم به طور عمده وابسته به رفتار و مقاومت اتصالات است، بنابراین جزئیات و نحوه اجراء اتصالات، اهمیت زیادی در رفتار سازه دارد. مقاومت اتصالات در برابر خرابی ستون و در دوران های خیلی زیاد باعث به وجود آمدن نیروی کششی و ایجاد اندرکنش نیروی محوری- لنگر خمشی در تیر می شود. این پدیده عملکرد زنجیروار نامیده می شود. در این پایان نامه، عملکرد اتصالات فولادی در پدیده خرابی پیشرونده مطالعه شده و تاثیر پیکر بندی و مقاوم سازی آنها در افزایش مقاومت و ظرفیت دورانی مورد بررسی قرار گرفته است . برای انجام این کار، نمونه اتصالات با نرم افزار اجزای محدود abaqus شبیه سازی و بررسی شده اند. برای راستی آزمایی نتایج حاصل از تحلیل عددی با نتایج آزمایشگاهی، پاسخ سه نمونه اتصال پیچی نبشی جان، نبشی بالا و پایین به همراه نبشی جان و اتصال نیمه صلب ورق انتهایی غیر ممتد، مقایسه شده و درستی آن به اثبات رسیده است. در این پایان نامه، رفتار کلی سیستم از جمله میزان چرخش تیر و جابجایی عمودی ستون و همچنین نیرو های محوری ایجاد شده در تیر و ستون و نتایج جزیی مانند نحوه توزیع و گسترش تنش و کرنش در تیر و ستون برای برآورد میزان خسارت به آن ها و همچنین مدهای گسیختگی اتصالات مورد بررسی قرار گرفته است. در مراحل بعدی اثر تغییر پیکر بندی و همچنین تقویت اتصالات نسبت به نمونه اولیه سنجیده شده است. نتایج این بررسی ها نشان می دهند که تقویت جان تیر ها در اتصالات مفصلی تاثیر زیادی در مقاومت اتصال دارد و خسارت وارده به جان تیر کاهش می یابد، اتصال پیچی عملکرد بهتری در برابر حذف ستون نسبت به اتصال جوشی دارد. استفاده از ورق های سخت کننده بسته به محل قرارگیری و تعداد آن در اتصال نبشی جان، می تواند مقاومت و ظرفیت دورانی اتصال را افزایش یا کاهش دهد. همچنین در اتصال ورق انتهایی غیر ممتد، دور کردن ریف پیچ ها از جان تیر و نزدیک کردن آن ها به مرکز اتصال، مقاومت در برابر بار ستون و ظرفیت دورانی اتصال را افزایش می دهد. افزایش ضخامت ورق انتهایی، مقاومت و ظرفیت دورانی اتصال را کاهش می دهد.

مدول های ارتجاعی مصالح دانه ای همچون ماسه ها، وابسته به تنش موثر همه جانبه می باشند. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که مدول های ارتجاعی ماسه ها تابعی از p? می باشند که p متوسط تنش موثر همه جانبه و ? یک پارامتر بی بعد می باشد. اندازه گیری ? نشان می دهد که این پارامتر از کرنش های برگشت ناپذیر تاثیر می پذیرد. مقدار این پارامتر در ناحیه ارتجاعی خالص ثابت و با افزایش کرنش برگشت ناپذیر، افزایش می یابد. در مدل های ارتجاعی- خمیری کنونی برای ماسه ها، پارامتر ? ثابت فرض می شود. در این پایان نامه، یک مدل ارتجاعی- خمیری هم یوغ ارائه شده است که در آن پارامتر ? در قالب نظریه بیش ارتجاعی، عامل هم یوغی ارتجاعی- خمیری در نظر گرفته شده است. مدل رفتاری مورد نظر در سه مرحله توسعه یافته است: در مرحله نخست، پارامتر ? به یک پارامتر سخت شوندگی جنبشی مرتبط شده است. در مرحله ی دوم، امکان پذیری تغییر ?، در تابع انرژی آزاد گیبس (2004) einav & puzrin در نظر گرفته شده است که موجب ایجاد هم یوغی ارتجاعی-خمیری در روابط مدل رفتاری شده است. در پایان، مدول های ارتجاعی از تابع انرژی آزاد بدست آورده شده و با مفاهیم مدل سطح حدی ارتجاعی-خمیری (2004) dafalias & manzari تلفیق گشته است. به منظور ارزیابی توانایی مدل در شبیه سازی رفتار ماسه ها، پیش بینی های مدل با نتایج آزمایش سه محوری مقایسه شده اند و پیش بینی های بدست آمده از کاربرد سایر مدل های بیش ارتجاعی در چهارچوب ارتجاعی- خمیری مشابه مقایسه شده است. پیش بینی های مدل، گواه بر توانایی بالای مدل در شبیه سازی رفتار زهکشی شده و زهکشی نشده ماسه است و سازگار با رفتار هم یوغی ارتجاعی- خمیری در رفتار ماسه ها نتایج آزمایشگاهی می باشد. تحقیق انجام گرفته در این پایان نامه، اهمیت ناهمسانی تحمیلی در رفتار ماسه ها به خصوص افت مقاومت در طی روانگرایی را نشان می دهد.

جهت تحلیل دینامیکی پی صلب واقع بر محیط متخلخل اشباع تحت بار متناوب، از روش مدل مخروطی استفاده شده است. در این روش توده خاک با مخروط هایی ناقص شبیه سازی می گردد و انتشار امواج در این مخروط ها تا زمان رسیدن به معیار تعریف شده ای برای موج دنبال می شود. در این راستا برای بدست آوردن معادلات حاکم بر حرکت، روش مقاومت مصالح یک بعدی و فرضیه دو فازی بیوت، به کار گرفته شده است. فرآیند تحلیل لرزه ای با فرض یکنواخت بودن توزیع تنش در سطح مقطع مخروط و اینکه حرکت آب در میان ذرات خاک از قانون دارسی تبعیت می کند، انجام گرفته است. مقایسه نتایج حاصل از روش مدل مخروطی با نتایج حاصل از روش های دقیق عددی و تحلیلی انجام گرفته توسط سایر محققین، درصد خطای قابل قبولی را برای مدل مخروطی در کنار سادگی و به صرفه بودن آن از لحاظ وقت و هزینه، نشان می دهد. مقایسه نتایج حاصل شده برای محیط با رویکرد یک فازی و دو فازی تاکید می کند که چنانچه بستر سنگی در عمق کمی قرارگرفته شده باشد، محیط دو فازی نسبت به محیط یک فازی میرایی قابل ملاحظه ای، نشان می دهد. این در حالی است که برای بستر سنگی عمیق، تفاوت زیادی بین نتایج تحلیل محیط با رویکرد یک فازی و دو فازی برای میرایی به چشم نمی خورد. برای بررسی تأثیر پارامترهای محیط دو فازی، مطالعاتی برای اثر درجه اشباع، ضخامت لایه، ضریب نفوذپذیری و پوکی انجام شده است و مشخص گردید که در فرکانس های پایین بار، تحلیل انجام گرفته حساسیت زیادی به درجه اشباع و ضریب نفوذپذیری دارد درحالی که این مطلب را می توان برای پوکی نادیده گرفت.

در بسیاری از پروژه های عمرانی سراسر جهان، پی سازه ها بر روی خاکهای چسبنده ساخته می شود. با توجه به اهمیت کاربرد مدل های رفتاری پیشرفته در روش های تحلیلی، یافتن نقاط ضعف مدل های موجود و ارائه راهکارهای مناسب جهت بهبود و همچنین توسعه مدل های رفتاری نوین با توانایی های بیشتر برای پیش بینی رفتار واقعی رس ها همواره از مسائل پراهمیت مکانیک خاک بوده است. چراکه بیشتر مدل های رفتاری موجود از توانایی کافی برای پیش بینی دقیق رفتار خاکهای چسبنده به ویژه رفتار نمونه های با نسبت بیش تحکیم یافتگی زیاد برخوردار نیستند. دلیل این موضوع را می توان در انتخاب توابع تسلیم و یا لحاظ نکردن رفتار ناهمسان خاک در آن ها جستجو کرد. علاوه بر این، برای سادگی در محاسبات، در فرمولبندی تمامی این مدل ها از نظریه ی کشسانی کاهش یافته (hypoelasticity) برای شبیه سازی رفتار خاک استفاده شده است. در این نظریه، هیچ تضمینی برای رعایت قانون پایستگی انرژی فراهم نمی گردد. در نتیجه به نظر می رسد که با استفاده از نظریه-های بیش کشسانی (hyperelasticity) در این مدل ها، می توان علاوه بر ارضای قوانین ترمودینامیکی، تا حدود زیادی به نتایج دقیق تری دست یافت. در این پایان نامه پس از معرفی برخی از نگارش های نوین مدل های رفتاری ارائه شده از خانواده مدل رفتاری cam-clay و بیان نقاط اصلی ضعف و قوت آن ها، این موضوع بر روی یکی از جدیدترین مدل های رفتاری پیشنهاد شده (یعنی مدل رفتاری saniclay مورد بررسی قرار گرفته است. باید گفت که این مدل از توانمندی خوبی برای پیش بینی رفتار تنش- کرنش رس ها برخوردار بوده و می تواند در مسائل مربوط به ظرفیت باربری پی ها و مسائلی از این دست مورد استفاده قرار گیرد. با این وجود، مدل اخیر نیز کماکان مقاومت برشی دست بالایی را برای نمونه های با بیش تحکیم یافتگی زیاد برآورد می نماید. به همین منظور در این تحقیق، پس از معرفی نظریه های بیش کشسانی مختلف، فرمولبندی مدل رفتاری مذکور به گونه ای تعمیم داده شده است که بتواند پذیرای نظریه های بیش کشسانی باشد. سپس مدل های بیش کشسانی پیشنهادی توسط محققین مختلف در چارچوب اصلی مدل قرار داده شده و پیش بینی های مدل اصلاح شده براساس داده های آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفته است.

در کمتر از پانزده سال اخیر توجه پژوهشگران به رفتار مقاومتی خاک های دانه ای با دانه بندی دوگانه جلب شده است. خاک های دانه ای با دانه بندی دوگانه از آمیختن دو خاک دانه ای با دانه بندی یکنواخت که اندازه میانه آن ها تفاوت قابل ملاحظه ای دارند، به دست می آید. ماسه های لای دار یا شن های ماسه دار نمونه هایی از خاک های دانه ای با دانه بندی دوگانه می باشند. هم اکنون درک فراگیری از تأثیر تغییر دانه بندی از طریق افزودن خاک با دانه بندی ریزتر به خاک دانه ای با دانه بندی درشت تر در دست نیست. به عنوان نمونه، در بررسی نقش لای غیر خمیری بر استعداد روان گرایی و مقاومت برشی، نتایج متفاوتی گزارش شده است. برخی پژوهش ها گزارش کرده اند که ریزدانه ها (بخشی که به طور نسبی ریزترند) استعداد روان گرایی را کاهش و مقاومت برشی خاک را افزایش می دهند. مطالعات دیگری، به این نتیجه رسیدند که ریزدانه ها تأثیر کمی بر روی استعداد روان گرایی دارد و مقاومت برشی خاک را تغییر نمی دهد. سرانجام، در برخی مطالعات گزارش شده است که، ریزدانه ها استعداد روان گرایی را افزایش و مقاومت برشی خاک را کاهش می دهد. شکل دانه های خاک (از دیدگاه گرد گوشه و یا تیز گوشه بودن) بر نسبت تخلخل کمینه و بیشینه خاک، قابلیت تراکم و زاویه اصطکاک حالت بحرانی خاک تأثیرگذار است. همچنین به دلیل ماهیت اصطکاکی خاک های دانه ای، تراز تنش های موثر همه جانبه نیز نقش مهمی را در رفتار خاک های دانه ای ایفا می نماید. اندازه ی دانه های خاک و میزان درشت دانه های موجود در خاک ماسه ای نقش مهمی را در رفتار مقاومتی خاک های آمیخته ایفا می نمایند. در این پایان نامه، چندگونه ماسه که به طور نسبی درشت دانه تر محسوب می شوند به عنوان ماسه میزبان انتخاب شده و اثر افزودن درصدهای مختلف ماسه های به طور نسبی ریز تر (ماسه های مهمان) بر رفتار خاک آمیخته به دست آمده به وسیله آزمایش برش مستقیم بررسی شده است. گونه های مختلف خاک های میزبان ماسه های تیز گوشه و گرد گوشه بوده و خاک های مهمان (ماسه های ریز تر) همگی تیز گوشه می باشند. خاک های مورد آزمایش در این مطالعه ماسه های کوارتزی هستند. ماسه های میزبان درشت دانه و ماسه های ریزدانه تر (ماسه های مهمان) هر یک به طور جداگانه دانه بندی شده اند. همه ترکیبات خاک مورد بررسی در رده ماسه بد دانه بندی شده قرار می گیرند. رفتار مخلوط های به دست آمده در دو حالت شل و متراکم به ازای مقادیر تنش نرمال 5/0، 1 و 2 کیلوگرم بر سانتی متر مربع به وسیله آزمایش برش مستقیم بررسی شده است. آزمایش ها بر روی پنج گونه دانه بندی متفاوت (cs1)، (cs2)، (cs3)، (cs4) و (cs5) انجام شده است. اثر اندازه نسبی فازهای درشت و ریز بر رفتار مخلوط به دست آمده از دیدگاه نسبت اندازه میانی درشت دانه به ریزدانه بررسی شده است. ماسه های مهمان افزوده شده به دانه بندی هایی که در آن ها اثر شکل دانه ها دیده شده، ماسه های تیز گوشه هستند. یافته های به دست آمده از آزمایش های انجام شده در این پژوهش، نشان می دهد که چگونگی توزیع دانه بندی خاک های دانه ای بر مقاومت برشی و رفتار اتساعی خاک تأثیرگذار است. همچنین، رفتار اتساعی، زاویه اصطکاک داخلی اوج و زاویه اصطکاک داخلی خاک در پایان آزمایش ها با افزودن ریزدانه کاهش می یابد.

چگونگی اندرکنش خاک و سازه از مهمترین مباحث علم مکانیک خاک و پی می باشد. برای دانستن رفتار بسیاری از سازه های مهندسی مانند شمع ها، پی های سطحی، دیوارهای نگهبان، سازه های خاک مسلح و سازه های فراساحلی که در تماس مستقیم با خاک هستند، بررسی اندرکنش خاک و سازه گریزناپذیر می باشد. تاکنون پژوهشگران زیادی رفتار سطح مشترک خاک اشباع یا خشک و سازه را بررسی کرده اند، اما تنها پژوهشهای اندکی درباره رفتار سطح مشترک خاک نیمه اشباع و سازه انجام شده است. به دلیل بارندگی کم در مناطق خشک و نیمه خشک، حالت خاک در بیشتر روزهای سال نیمه اشباع می باشد. در شرایط نیمه اشباع، حفره های خاک علاوه بر فاز آب، دارای فاز هوا نیز می باشند. نیروی مویینگی بوجود آمده در پی وجود همزمان دو فاز هوا و آب در توده خاک سبب می شود که رفتار خاک در حالت نیمه اشباع تفاوت های اساسی با رفتار در حالت اشباع یا خشک داشته باشد. در این پایان نامه با بکارگیری نسل نوینی از نظریه تنش موثر برای خاک های نیمه اشباع، یک مدل رفتاری جدید سازگار با مکانیک خاک حالت بحرانی برای شبیه سازی رفتار سطح مشترک خاک نیمه اشباع و سازه ارائه می گردد. این مدل در چارچوب نظریه ی ارتجاعی-خمیری و گسترش یافته ی مدل lashkari (2013) می باشد. مدل lashkari (2013) در اساس برای شبیه سازی رفتار سطح مشترک خاک خشک و سازه پیشنهاد شده است. به منظور ارتباط بخشی میان تغییر درجه ی اشباع با مکش بافتی، از منحنی مشخصه ی خاک-آب در فرمولبندی مدل استفاده شده است. متغیر های نخست و دوم تنش به صورت تنش موثر بیشاپ و متغیر تنش گونه پیشنهادی gallipoli et al. (2003) انتخاب شده اند. با مقایسه ی پیش بینی های مدل با داده های تجربی گزارش شده بوسیله گروه های گوناگون، توانایی مدل در شبیه سازی رفتار مکانیکی سطح مشترک خاک نیمه اشباع و سازه مورد ارزیابی قرار گرفته است. واژه های کلیدی: مدل رفتاری، مکش بافتی، درجه ی اشباع، حالت بحرانی، سطح مشترک نیمه اشباع

با توجه به اینکه در بسیاری از مناطق، سازه های خاکی طبیعی و ساخته دست بشر در ‏شرایط اشباع قرار ندارند و از طرفی مدل های رفتاری پیشنهاد شده به منظور شبیه سازی رفتار ‏مکانیکی خاک های اشباع قادر به پیش بینی درست رفتار خاک های نیمه اشباع نمی باشند، ‏توسعه و اصلاح مدل های رفتاری قابل اعتماد و کاربردی برای شبیه سازی رفتار خاک های ‏نیمه اشباع ضروری می باشد. گسترش دامنه کاربرد مدل های رفتاری اشباع برای شرایط نیمه ‏اشباع خاک می تواند گامی تاثیرگذار در بهبود توانایی تحلیل و طراحی سازه های خاکی در ‏شرایط واقعی تر باشد. در این پایان نامه مدل رفتاری ‏saniclay‏ که از نوین ترین مدل های ‏رفتاری خاک اشباع می باشد مورد بررسی قرار گرفته است. این مدل از توانمندی خوبی برای ‏پیش بینی رفتارهای مقاومتی و تغییر شکل خاک های ریزدانه اشباع برخوردار می باشد. در این ‏تحقیق، مدل ‏saniclay‏ با درنظر گرفتن نظریه تنش موثر و لزوم بکارگیری اثرات مستقیم ‏درجه اشباع به منظور شبیه سازی رفتار مکانیکی خاک های نیمه اشباع، گسترش یافته است. ‏اصلاح تنش موثر سبب تغییر تابع تسلیم، تابع پتانسیل خمیری و نمو پارامترهای سخت ‏شوندگی مدل پایه شده است. پیش بینی های این مدل در مقایسه با داده های آزمایشگاهی مورد ‏ارزیابی قرار گرفته است. با بررسی شبیه سازی های انجام شده، توانمندی این مدل در پیش ‏بینی تغییرات تنش برشی و تغییر حجمی نمونه های نیمه اشباع با مکش ثابت در آزمایش های ‏گوناگون نشان داده شده است. علاوه بر آن مدل توانایی شبیه سازی رفتار خاک های نیمه ‏اشباع عادی تحکیم یافته، بیش تحکیم یافته و نمونه هایی که به شکل ناهمسان تحکیم یافته اند ‏را داراست.‏

در بسیاری از سازه های ژئوتکنیکی، مشاهده گسیختگی به صورت انباشت شدید تغییر شکل برشی در یک ناحیه بسیار باریک، رویداد مرسومی می باشد. رویدادهایی که روی زمین یا در لایه های گوناگون آن رخ می دهند مانند زمین لرزه و زمین لغزش، توده بزرگی از خاک را به گونه ای ناگهانی جابجا می کنند. این جابجایی های ناگهانی در پهنای باریکی از خاک متمرکز می شوند که نوار برشی نامیده می شود. انباشت کرنشها را می توان به عنوان ناپایداری محیط پیوسته در نظر گرفت که با شروع آن تغییر شکل ناهمگن افزایش می یابد. با آغاز انباشت کرنش های خمیری و به دنبال آن گسترش نوارهای برشی، ظرفیت باربری کاهش یافته و تغییر مکان افزایش می یابد. بنابراین لحظه آغاز تشکیل نوار برشی، چگونگی گسترش و راستای انتشار آن از اهمیت بالایی برخوردار است. این پدیده اثر تعیین کننده ای بر یکپارچگی سازه خاکی داشته و در بیشتر زمانها به عنوان رفتار منجر به بروز شکست در سازه خاکی شناخته می شود. به طور همزمان، تعدادی نوار برشی در بخشهای گوناگون به وجود آمده و سرانجام با گسترش و پیوستن آنها به یکدیگر، یک سطح لغزش کلی تشکیل می گردد. بر این اساس، پیش بینی نوار برشی جهت درک شکست نهایی سازه خاکی ضروری به نظر می رسد. در این پایان نامه با استفاده از یک مدل رفتاری پیشرفته، رفتار خاک ماسه ای با در نظر گرفتن اثر ناهمسانی بررسی شده و سپس شرایط ناپایداری (رخداد نوار برشی) در سه بعد بررسی شده است. به منظور ارزیابی توانایی مدل در شبیه سازی نوار برشی، پیش بینی های مدل با نتایج آزمایش کرنش مسطح و سه محوری واقعی مقایسه شده است. نشان داده شده است که مدل رفتاری می تواند پیش بینی های قابل قبولی را برای شبیه سازی رخداد نوار برشی خاک های دانه ای در مقایسه با داده های آزمایشگاهی فراهم آورد.

در سال های اخیر تحقیات زیادی بر روی انواع بارگذاری ها از جمله بارهای موقت همچون باد و زلزله انجام شده و رفتار سازه ها در مقابل این بارها مورد مطالعه قرار گرفته است. اما در این میان، بارهای انفجاری از جمله بارهای احتمالی هستند که ممکن است بر اثرات حملات تروریستی یا حملات هوایی به سازه وارد شوند. در مورد بارگذاری انفجار و اثرات آن بر سازه ها هنوز تحقیقات کمی صورت گرفته و سوالات زیادی بدون پاسخ باقی مانده است . انفجار حاصل آزاد شدن ناگهانی انرژی است که می تواند به صورت انفجار گاز ها، هسته ای یا در اثر انواع مختلف بمب باشد. یکی از رخ دادهای مهمی که ممکن است بعد از انفجار در سازه ها اتفاق بیافتد خرابی پیش رونده می باشد .خرابی پیش رونده با حذف ظرفیت باربری موضعی قسمت کوچکی از سازه آغاز میشود، و در ادامه به سایر المان های سازه ای منتقل می شود. این خرابی ممکن است در کل سازه یا سطح وسیعی از آن گسترش پیدا کند. در سازه های فولادی، کارکرد سیستم به طور عمده وابسته به رفتار و مقاومت اتصالات است بنابراین جزییات و نحوه اجرای اتصالات اهمیت زیادی در رفتار سازه دارد . در این پایان نامه، عملکرد سه نوع اتصال خمشی از نوع کاهش یافته، ورق انتهایی و تقویت شده با ورق بالا و پایین در پدیده انفجار و خرابی پیش رونده مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور ابتدا بار انفجاری به سازه اعمال و نحوه عملکرد اتصالات در برابر بار انفجاری شناسایی می شود و سپس به بررسی تحلیل خرابی پیش رونده پرداخته می شود.

در این پایان¬نامه با بهره¬گیری از روش اجزا منفصل به بررسی اثر شرایط مرزی در آزمایش دو ¬محوری بر نوار برشی در خاک¬های دانه¬ای پرداخته شده است. یکی از موارد مبهم در زمینه شبیه¬سازی این آزمایش، چگونگی تاثیر شرایط مرزی بر رفتار نمونه در مقیاس ماکرو در درصدهای کرنش بالا و روند تشکیل نوار برشی می¬باشد. در این راستا، چند نوع از شرایط مرزی مختلف شامل شرایط مرزی صلب، شرایط مرزی انعطاف¬پذیر در نظر گرفته شده است. مقایسه نتایج حاصل از تحلیلهای صورت گرفته برای هر یک از حالتهای مذکور نشان می¬دهد که استفاده از مرز صلب به عنوان مرزهای جانبی امکان تشکیل نوار برشی را ندارد. در مقابل، مرزهای انعطاف¬پذیر به علت آزادی عملی که برای ذرات تحت بار فراهم می¬کنند، قابلیت آشکار نمودن نوار برشی را دارا می¬باشند که بر اساس مطالعات آزمایشگاهی و با توجه به ماهیت آزمایش دو محوری، نمونه دومحوری همواره دچار پدیده نوار برشی می¬گردند.

امروزه لوله ها کاربرد وسیعی در زندگی بشر از جمله در انتقال آب، فاضلاب، سوخت و دیگر مصارف صنعتی ایفا میکنند. ساختار شهری امروزی و پیچیدهتر شدن سازهها باعث شده که عمق دفن لوله ها روز به روز بیشتر گردد. هزینه بالای ساخت و اجرای لولهها، کاربری سادهتر، اجرای بهینه و مقاومت در برابر فرسایش، سازندگان را به سمت استفاده از مواد انعطافپذیر در ساخت لوله ها و طراحی با عمر بالای صد سال سوق داده است. دستیابی به این اهداف، شناخت بیشتر رفتار لوله ها به منظور طراحی دقیق و بهینه تر را اجتناب ناپذیر کرده است. در این پایاننامه با استفاده از نظریه اجزاء گسسته، اقدام به مطالعه رفتار لوله های انعطافپذیر مدفون در خاکهای دانهای شدهاست. این روش با توجه به نگاه بنیادین در مقیاس دانه های خاک و بهرهگیری از قوانین میکرومکانیک، بدون نیاز به تعریف یک مدل رفتاری برای خاک، ضمن در نظر گرفتن اندرکنش خاک وسازه میتواند مسائل را به طور واقع بینانه تری مورد بررسی قرار دهد. در این روش با بهکارگیری متناوب قانون دوم نیوتن و قانون نیرو-جابجایی، اقدام به اندازهگیری مکان المانهای محیط به صورت مجزا از هم و همچنین تعیین نیروهای بین المانها مینماییم. بررسیها در نرمافزار محصول شرکت itasca و به صورت دوبعدی انجام گرفتهاست. در این پایان نامه با بررسی روند تغییر تنش دور مقطع لوله و تغییر شکلهای متناسب با آن تحت یک فشار سربار ثابت، مفهوم جدیدی از آستانه تسلیم و کمانش لوله ها ارائه شده و برخی پارامترهای موثر بر آنها مورد بررسی قرار گرفته است. چگونگی تغییر شکل مقطع لوله در فشارهای مختلف سربار، سختیهای مختلف مقطع لوله و تراکم مختلف خاک مورد بررسی قرار گرفته است. یافته های به دست آمده نشان دهنده توانایی بالای روش اجزاء گسسته در مدلسازی رفتار لوله های انعطافپذیر در محیط دانه ای است و در این زمینه میتواند پیش بینی های واقع بینانه تری از رفتار لوله را ارائه نماید.

به طور کلی شمع ها در انواع سازه های بلند، دیوارهای حائل، سازه های دریایی و فرا ساحلی، پل ها، دکل ها و ... برای مقابله با بارهای جانبی ناشی از باد، خاک، زلزله، امواج و ... مورد استفاده قرار می گیرند. در چنین مواردی باید اندرکنش شمع و خاک را با دقت بالایی مدلسازی و رفتار شمع را تحت بارهای جانبی تجزیه و تحلیل نمود. لذا پژوهشگران مختلف پاسخ جانبی شمع را مورد مطالعه قرار داده اند و روش های گوناگونی را برای تحلیل اینگونه شمع ها ارائه نموده اند. از اولین روش های پیشنهادی در این زمینه می توان به روش وینکلر اشاره کرد که به صورت وسیعی به کار گرفته می شود. یکی از نقاط ضعف اساسی این روش استفاده از فنرهای خطی مستقلی است که سختی آنها بدون در نظر گرفتن اثر اندر کنش خاک و شمع تعیین می شود. از دیگر روش های متداول برای تحلیل شمع ها ی تحت بار جانبی روش تجربی p-y است که بر اساس آزمایش های میدانی، خاک را به صورت فنرهای مستقل غیر خطی مدلسازی می نماید. هزینه بر بودن انجام آزمایش های صحرایی و در نظر نگرفتن اثر خصوصیات شمع و پیوستگی خاک بر رفتار شمع از ضعف های این روش محسوب می گردد. به منظور رفع ضعف های ذکر شده، روش دیگری تحت عنوان روش گوه ی کرنش پیشنهاد شده است که یک ارتباط تئوری بین مسأله یک بعدی تیر بر تکیه گاه الاستیک و مسأله سه بعدی اندرکنش خاک و شمع برقرار می کند. یکی از نقاط ضعف روش گوه کرنش استفاده از مدل رفتاری بسیار ساده در فرمولبندی روش می باشد. از اینرو در این پایان نامه سعی شده است که با به کار بردن یک مدل رفتاری پیشرفته تر، توانایی روش گوه کرنش در پیش بینی رفتار شمع تحت بار جانبی افزایش یابد. از مزایای مدل رفتاری استفاده شده آن است که با به کارگیری روابط ساده و تعداد پارامتر کم، توانایی بالایی در شبیه سازی رفتار خاک دارد. از مقایسه نتایج تحلیل های انجام گرفته توسط روش بهبود یافته ی گوه کرنش و داده های آزمایشگاهی مشاهده می شود که روش ارائه شده در این پایان نامه رفتار واقع بینانه تری از شمع تحت بارهای جانبی را در ماسه یکنواخت نسبت به روش های قبلی پیش بینی مینماید.

از دیوارهای نگهبان به گونه گسترده ای در اسکله ها، دیوارهای ساحلی، کناره پلها و نیز در خاک مسلح استفاده می گردد. رفتار اینگونه دیوارها تابع اندرکنش خاک و دیوار می باشد و آسیب دیدگی این بناها به دلیل طراحی نامناسب، در نظر نگرفتن همه مکانیزم احتمالی زوال و یا فراتر رفتن نیروهای واقعی وارد شده به دیوار نسبت به بارهای طراحی می تواند آسیب های اقتصادی جبران ناپذیری را در پی داشته باشد. تاکنون روش های طراحی بر پایه روش های تعادل حدی عملکرد به نسبت قابل قبولی را در طراحی دیوار های نگهبان در برابر بارهای گرانشی نشان داده اند. اما به دلیل پیچیدگی زیاد رفتار خاک در بارهای لرزه ای، توسعه روش های پیشین در مقابل بارهای زمین لرزه با موفقیت کامل همراه نبوده است و این روش ها نمی توانند دیدی کامل از عملکرد دیوار های نگهبان در بارهای لرزه ای را فراهم آورند. گسترش کاربرد مدلهای رفتاری پیشرفته در نرم افزار های اجزای محدود امکان درک بهتر سازه های خاکی در شرایط هندسی و بارگذاری پیچیده را فراهم آورده است. در این پایان نامه با بکارگیری یک مدل رفتاری با رویه های تسلیم چندگانه و با توانایی در نظر گرفتن سخت شوندگی جنبشی در قالب یک نرم افزار اجزای محدود، رفتار لرزه ای یک دیوار نگهبان شبیه سازی و نتایج تحلیل عددی با داده های حاصل از آزمایش سانتریفیوژ مقایسه می گردد. جابجایی های شبیه سازی شده در بالای دیوار، شتاب اندازه گیری شده در بالای دیوار و نیز لنگرهای خمشی پیش بینی شده در دیوار با داده های تجربی مقایسه می گردند. همچنین با تغییر برخی از عامل¬های اثر گذار در رفتار دیوار نگهبان به بررسی اثر این تغییر¬ها بر جابه¬جایی ایجاد شده در بالای دیوار و مقادیر لنگر خمشی به وجود آمده در دیوار نگهبان پرداخته می شود. نشان داده می¬شود با افزایش مدت زمان زمین لرزه و شتاب لرزه¬ای مقادیر جابه¬جایی¬ های ماندگار و لنگرهای خمشی دیوار افزایش می¬یابند. همچنین، اثر ارتفاع خاکریز پشت دیوار بررسی می گردد. نشان داده می شود با افزایش ارتفاع خاکریز پشت دیوار مقادیر جابجایی های ماندگار و لنگرهای خمشی دیوار افزایش می یابند.

نیروی گرانش در زمان رسوب، موجب ایجاد ناهمسانی اولیه در ساختار خاک های دانه ای می شود. در پی ایجاد ناهمسانی اولیه، پارامتر های طراحی خاک مانند سختی، مقاومت و اتساع خاک در راستاهای مختلف، متفاوت اندازه گیری می شوند. در این پژوهش با بکارگیری آزمایش برش مستقیم اثر ناهمسانی اولیه بر رفتار مکانیکی، پارامتر های مقاومتی و اتساعی ماسه و سطح مشترک ماسه- صفحه فولادی بررسی شده است. نشان داده می شود که ناهمسانی اولیه از تاثیر قابل ملاحظه ای بر مقادیر زاویه اصطکاک داخلی اوج و زاویه اتساع بیشینه خاک برخوردار می باشد. همچنین مشاهده شد که زاویه اصطکاک داخلی و زاویه اتساع بسیج شده در سطح مشترک همواره به گونه قابل توجهی کمتر از مقادیر متناظر در ماسه می باشند. سرانجام مشاهده شد که، اثر ناهمسانی اولیه بر زاویه اصطکاک داخلی اوج و زاویه اتساع بیشینه سطح مشترک ماسه و فولاد ناچیز می باشد و در خصوص زاویه اتساع، تغییرات به گونه قابل توجهی کمتر از تغییرات در ماسه متناظر می باشد.

در این پایان نامه، به منظور بررسی رفتار مصالح دانه ای، شبیه سازی آزمایش سه محوری زهکشی شده به روش المان منفصل توسط نرم افزار pfc3d انجام گرفته است. در این راستا از دو نوع مرز جانبی صلب و انعطاف پذیر جهت شبیه سازی آزمایش استفاده شده است. صحت عملکرد مدل شبیه سازی شده با مرز جانبی انعطاف پذیر از طریق مقایسه با نتایج آزمایش مورد ارزیابی قرار گرفته است و پس از صحت سنجی مدل، مقایسه ای بین نتایج حاصل از شبیه سازی های مرز جانبی انعطاف پذیر و صلب در دو مقیاس میکرو و ماکرو انجام گرفته است. زنجیره ی نیرویی بین ذره ای، نیرو و تنش موجود بر روی ذرات مرزی، جهت تماس ها در نمونه و رفتار جنبشی ذرات از جمله ی موارد مورد بررسی در مقیاس میکرو می باشند. همچنین رفتار مقاومتی و تغییر حجمی نمونه های شبیه سازی شده، موارد مورد بررسی در مقایس ماکرو می باشند. در ادامه میزان تاثیر دانه بندی مصالح و همچنین تاثیر درصدهای مختلف ریز دانه بر روی نتایج رفتار مقاومتی و تغییر حجمی درشت دانه ها مورد بررسی قرار گرفته است. شکل ذرات یکی دیگر از موارد مهم و تاثیر گذار بر نتایج آزمایش ها می باشد که در این پایان نامه مورد تحقیق قرار گرفته است.

در سال های اخیر به منظور بررسی رفتار مکانیکی خاک ها در کرنش های کوچک، شمار زیادی از آزمایش های تجربی در دامنه ی رفتاری برگشت پذیر خاک، انجام شده اند. تفسیر یافته های تجربی نشان می دهند که مدول های کشسان مصالح دانه ای به گونه ای غیر خطی وابسته به تنش موثر میانگین می باشند. استفاده از روابط مدل های کشسان کاهیده به منظور بدست آوردن مدول های کشسانی که وابسته به تنش موثر میانگین خاک باشند، منجر به ناپایستاری و ناسازگاری با قوانین ترمودینامیک می شود. در نتیجه ی ناپایستاری رفتار پیش بینی شده، در زمان اعمال چرخه های متعدد بارگذاری، انرژی در مصالح دانه ای به طور پیوسته تولید یا نابود می گردد که مفهوم فیزیکی نادرستی را به همراه دارد. در این پایان نامه به منظور رفع این کاستی، تابع پتانسیل انرژی آزاد هلمهلتز(jiang & liu (2003، به دلیل پایستاری معادلات رفتاری و سازگاری با قوانین ترمودینامیک انتخاب گردیده و برای بدست آوردن معادلات رفتاری بیش کشسان مطلوب اصلاح شده است. در ادامه، روابط کشسان- خمیری بدست آمده از تابع انرژی آزاد هلمهلتز اصلاح شده، با مفاهیم مدل سطح حدی کشسان- خمیری (lashkari & golchin (2014 تلفیق شده اند. هم چنین افزودن یک سطح رفتاری جدید، توانایی پیش بینی رفتار ماسه هایی با سابقه ی پیش بارگذاری را در مدل ایجاد کرده است. مقایسه ی پیش بینی های مدل با یافته های تجربی مختلف، گواه بر توانایی مدل در شبیه سازی رفتار زهکشی شده و زهکشی نشده ی تک سویه و چرخه ای ماسه های عادی تحکیمی و ماسه های با سابقه ی بارگذاری می باشد.