گودبرداری یکی از اساسی ترین مراحل شروع به ساخت پروژههای عمرانی می باشد. یک گودبرداری موفق، نیازمند پایداری گود، حفظ جان انسان های خارج و داخل گود، شرایط ایمن و مطمئن برای اجرای کار و همچنین نگهداری و سلامت سازه های مجاور می باشد.گودبرداری می تواند باعث ایجاد جابجایی در دیواره ی گود و سطح زمین های مجاور گود شود که ممکن است باعث آسیب رساندن به انسان ها، ساختمان ها و تجهیزات مجاور شود. به منظور جلوگیری از این آسیب ها و همچنین ممانعت از ریزش ترانشه و تبعات منفی احتمالی ناشی از خاکبرداری، سازه های موقت یا دائمی به عنوان سازه های نگهبان برای مهار ترانشه اجرا می شوند. یک توده خاک در طی تغییر شکل برشی افزایش یا کاهش حجم می یابد که بوسیله ی زاویه ی اتساع نشان داده می شود. زاویه ی اتساع از جمله عواملی است که می تواند در پایداری گودها و تحلیل های مربوط به گودبرداری تأثیرگذار باشد. برای یک نمونه خاک زاویه ی اتساع در طی تغییر شکل برشی متغیر بوده و همچنین به سطح تنش وارده نیز وابسته می باشد. در هرحال زاویه ی اتساع خاک از زاویه اصطکاک خاک کوچکتر می باشد. در تحلیل های معمول و متداول زاویه ی اتساع و زاویه ی اصطکاک خاک برابر درنظر گرفته می شوند. بنابراین برای بالا بردن دقت تحلیل ها و طراحی ها و اعمال ضریب اطمینان های پایین تر در طراحی ها و همچنین مدل سازی دقیق تر رفتار خاک تا حد ممکن، باید زاویه ی اتساع در تحلیل ها کوچکتر از زاویه ی اصطکاک خاک درنظر گرفته شود. در این پایان نامه اثر زاویه ی اتساع بر روی تحلیل های مربوط به گودبرداری به کمک نرم افزارهای plaxis و zsoil مورد بررسی قرار گرفته است. این بررسی ها بر روی تحلیل های مربوط به سیستم های سازه نگهبان دوخت به پشت، میخ کوبی و خرپای فلزی انجام شده است. ابتدا هرکدام از سیستم های سازه نگهبان دوخت به پشت، میخ کوبی و خرپای فلزی معرفی شدهاند و روش های اجرای آنها تشریح شده اند، سپس برای هرکدام از آنها یک مدل عددی مورد صحت سنجی، تحلیل و بررسی قرار گرفته است. برای مدل سازی رفتار خاک از دو مدل مور- کولمب و خاک سخت شونده استفاده شده است و برای هر مدل در حالت حضور و عدم حضور آب، تحلیل و بررسی ها انجام شده است. بررسی اثر زاویه ی اتساع بر روی نتایج تحلیل ها از قبیل پارامترهای جابجایی قائم سطح زمین مجاور گودبرداری، جابجایی افقی دیوار، لنگر خمشی در دیوار، نیروی محوری در مهارها در روش دوخت به پشت، نیروی محوری در میخ در روش میخ کوبی، نیروی محوری در اعضای قائم و مایل خرپا، برآمدگی کف گودبرداری و ضریب اطمینان گودبرداری پس از مرحله ی آخر گودبرداری انجام شده است. به منظور صحت سنجی بررسی های صورت گرفته، ضمن مقایسه ی نتایج بدست آمده با نتایج محققین دیگر، هم زمان نتایج حاصل از نرم افزارهای plaxis و zsoil نیز آورده شده است. همانطور که انتظار می رفت، برای پارامتر ضریب اطمینان، قانون جریان همبسته در قیاس با جریان غیرهمبسته نتایج غیرمحافظه کارانه ای ارائه می دهد. یکی از راه های اعمال زاویه ی اتساع در محاسبات استفاده از قانون جریان همبسته ی معادل است. همچنین نتایج بدست آمده از قانون جریان غیرهمبسته با قانون جریان همبسته ی معادل مقایسه شده اند. برای هر سه سیستم سازه نگهبان دوخت به پشت، میخ کوبی و خرپای فلزی، نتایج نظریه ی جریان همبسته ی معادل برای پارامترهای ضریب اطمینان در برابر لغزش در قیاس با نتایج قانون جریان غیر همبسته محافظه کارانه می باشد. براساس نتایج حاصله، اختلاف نتایج قانون جریان همبسته ی معادل با قانون جریان غیر همبسته به ویژه در زوایای اتساع کوچک بیشتر مشهود می باشد، که علت آن کاهش بیش از اندازه ی پارامترهای مقاومتی چسبندگی و زاویه ی اصطکاک خاک براساس قانون جریان همبسته ی معادل در زوایای اتساع کوچک تر می باشد.

حل دقیق تر مسائل مکانیک خاک همچون ظرفیت باربری پی ها، مستلزم در نظر گرفتن رفتار خاک در محدوده الاستو پلاستیک و حل همزمان معادلات تعادل، سازگاری و بنیادی می باشد. لذا محاسبه بار واقعی به راحتی امکان پذیر نبوده و روش های که بتوان توسط آن بار حدی را بدون نیاز به حل کامل بدست آورد، همواره مورد توجه محققین بوده است. روش تحلیل حدی یکی از رایج ترین این روش هاست. ظرفیت باربری پی های نواری سطحی بیشتر برای خاک همگن ارائه شده اند. ولی در حقیقت پروفیل مقاومتی خاک زیر پی مخصوصاً برای خاک رس تحکیم عادی و کمی بیش تحکیمی بیشتر به صورت ناهمگن است. در تحقیق حاضر، با روش تحلیل حد بالا به بررسی ظرفیت باربری پی مستقر بر خاک رس با مقاومت برشی زهکشی نشده که با عمق به صورت خطی تغییر می کند، پرداخته شده است. این تحلیل ها شامل حد بالا با استفاده از روش بلوک لغزش و بکارگیری چهار مکانیزم دایره ای، گوه ای ، پرانتل و مکانیزم گسیختگی اصلاح شده و بهینه یابی با الگوریتم ژنتیک و همچنین تحلیل حدی اجزا محدود می باشد. در این تحقیق نتایج ظرفیت باربری از روش بلوک های صلب لغزشی که با افزایش تعداد آن به صورت مکانیزم پرانتل تبدیل می گردند، توافق خوبی با نتایج موجود در متون علمی دارد. همچنین مشاهده نتایج میدان جابجایی از تحلیل حدی اجزا محدود، شباهت آنرا با مکانیزم گسیختگی پرانتل را به اثبات می رساند و مقادیر ضریب ظرفیت باربری همخوانی خوبی با نتایج مکانیزم اصلاح شده و سایر متون علمی دارد. در نهایت رابطه ی ساده ای برای در خاک رسی که چسبندگی آن با عمق تغییر می کند ارائه گشته است.

هدف از ایجاد ساختار خط در راه آهن، فراهم کردن امکان حرکت ایمن و اقتصادی قطار است. این امر نیازمند این است که خط به عنوان یک مسیر پایدار با نظم افقی و قائم مناسب عمل کند. ازآنجا که خط در معرض بارهای دینامیکی وارده از طرف قطار است، لذا هر یک از اجزای سیستم خط باید در پاسخ به بارهای ترافیکی به نحو مناسبی به وظایف خود عمل کند. در این بین خاک بستر زیر اسلب تراک به عنوان تکیه گاه، نقش مهمی را در تنش ها و تغییرمکان های قائم ایفا می کند و این تغییرشکل های قائم از جمله مواردی است که باید در خطوط اسلب تراک بتنی به آن توجه داشت است؛ چراکه می تواند ایمنی حرکت را به مخاطره بیاندازد و سروصدای زیادی ایجادکند. بنابراین درآنالیزها ارزیابی دقیق این تغییرشکل ها مهم است. با توجه به نیاز مهندسین به ارزیابی سریع از میزان تنش ها و تغییرشکل های روسازی بتنی در سیستم قطارهای سریع السیر، لازم است که تحلیل هایی انجام شود تا اثر نوع خاک و ابعاد دال بتنی را در میزان این تنش ها و تغییرشکل ها نشان دهد. این تاثیر در این تحقیق با انجام یک مطالعه ی پارامتریک روی نوع بتن، ابعاد اسلب تراک و انواع خاکها (ازخاک خیلی سست تا خاک متراکم) انجام شده است. ولی از آن جا که در اکثر تحقیقات رفتار خاک را با فنرهای خطی وینکلر مدل سازی می شود، لازم است که در مدل سازی، رفتار غیرخطی خاک در نظرگرفته شود تا بتوان اثر تغییرشکل های غیرخطی خاک را در طراحی اسلب تراک بررسی نمود. برای نیل به این هدف برای مدل سازی خاک در بخش اول نتایج از فنرهای وینکلر خطی و المان combin14 و در بخش دوم از مدل bnwf(تیر بر بستر غیر ارتجاعی وینکلر) و المان combin39 استفاده گردیده است. این مدل اثر ابعاد (طول و عرض و ضخامت) و شکل دال را در سختی خاک منظور کرده و منحنی رفتاری خاک را به صورت غیرخطی ارائه می دهد. در این تحقیق مجموعه ی روسازی (شامل ریل ها، پابندها و اسلب تراک) و زیرسازی خط(خاک بستر) با به کارگیری المان های مناسب در نرم افزار ansys مدل شده اند. نتایج تحقیق حاکی از آن است که نوع بتن، رفتار خاک و ابعاد (طول، عرض و ضخامت) اسلب تراک بتنی سه عامل مهم در تعیین میزان تنش ها (نیروها و لنگرهای خمشی) و تغییرمکان های بتن می باشند. براساس نتایج به دست آمده، مقادیر تنش ها و تغییرشکل ها در راستای عرضی نسبت به راستای طولی دال قابل ملاحظه تر است و لنگرهای عرضی منفی باعث ترک خوردگی دال می شود؛ لذا در ادامه ی تحقیق هدف بر این بوده که به گونه ای بتوان مقادیر لنگرهای مثبت و منفی داخلی دال را تا حدود زیادی به هم نزدیک کرد تا افزایش باربری اسلب تراک را به همراه داشته باشد و در نهایت طراحی بهینه تر انجام شود. با توجه به نتایج به دست آمده، در دو حالت دال بتنی پیش ساخته و درجا، مقدار2/4 متر (در حالت رفتار خطی خاک) و مقدار2/3 متر (در حالت رفتار غیرخطی) به عنوان عرض بهینه ی دال به دست آمد. درادامه ی این مطالعه، تاثیر رفتار خاک، ضخامت و طول پیوستگی دال، در مقادیر لنگرهای خمشی بررسی شد که با توجه به نتایج عددی به دست آمده در خاک های تقریبا متراکم، مقدار طول 4/8 و ضخامت 20 سانتی متر برای دال جوابگوی بارهای وارده از طرف قطار خواهد بود. در قسمت پایانی این تحقیق نحوه ی تغییرات بار ترک خوردگی و بار گسیختگی نهایی دال برحسب نوع خاک بستر و مقاومت فشاری بتن برای دال به عرض های 2، 2/3 و 2/5 به دست آمده است.

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.

به طور کلی محیط زمین در ابتدا تحت فشار ناشی از تنش های طبیعی بوده و هرگونه دست خوردگی مانند حفر تونل، این وضعیت تنش را مختل کرده و موجب همگرایی دهانه تونل و پدید آمدن تغییر مکان هایی در نیمرخ زمین می شود. این تغییر مکان ها در سطح زمین به صورت نشست ظاهر می شوند که در مواردی قابل توجه است. در این تحقیق به دلیل اهمیت موضوع جابجایی های اطراف تونل، رفتار محیط خاک در اثر حفر تونل ها مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا با بررسی سوابق پژوهشی و تجربیات گذشته و همچنین ارائه نتایج و روابط به دست آمده توسط دانشمندان مختلف اهمیت موضوع نشان داده شده است. سپس به تحقیقات انجام شده در مورد وابستگی تغییر مکان تاج تونل و جابجایی سطح زمین پرداخته شده است. در این خصوص منحنی پاسخ زمین به عنوان جزیی از روش همگرایی-همجواری مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به کاربرد این روش در محیط سنگی عمیق، سعی شده استفاده از آن به محیط خاکی کم عمق نیز تعمیم داده شود. در ادامه با به کارگیری نرم افزار المان محدود phase2 مدلسازی تونل ها به صورت منفرد، دوقلو در حالت حفر همزمان و دوقلو در حالت حفر غیر همزمان صورت گرفته است. مدلسازی مسئله در نرم افزار phase2 با مدلسازی در نرم افزار flac3d مقایسه شده و همخوانی نتایج این دو با یکدیگر نشان داده شده است. تحلیل نتایج به دست آمده نشان می دهد که حفر غیرهمزمان تونل نسبت به حفر همزمان موجب افزایش فشار بیشتری خواهد شد. بدین صورت که حفر تونل پیشرو موجب افزایش فشار اولیه در محل حفر تونل پسرو شده در نتیجه نقطه شروع منحنی پاسخ زمین در شرایط متفاوت حفاری، یکسان نخواهد بود. هرچه خاک سفت تر شده و فاصله مرکز تا مرکز تونل ها افزایش یابد، شرایط منحنی پاسخ زمین برای تونل های مجاور هم به حالت تونل منفرد نزدیک شده و در خاک سخت در شرایطی که فاصله مرکز تا مرکز تونل ها بیشتر از دو برابر قطر باشد، می توان گفت منحنی پاسخ زمین با حالت تونل منفرد کاملأ یکسان خواهد بود. در شرایط عملی که همراه با پیشروی جبهه کار تونل پوشش موقت نیز نصب می شود، هرچه تأخیر حفاری بیشتر باشد، افت فشار در حین حفاری در تونلی که با تأخیر حفر می شود، بیشتر خواهد بود. این افت فشار به این دلیل است که پوشش تونل مجاور زودتر نصب شده لذا با رسیدن جبهه کار تونل دوم به آن مقطع و گذر از آن، شرایط تنش متعادل تری وجود خواهد داشت. با توجه به اینکه ظرفیت سیستم نگهداری استفاده شده در مدل ها کافی بوده و ضریب ایمنی آن بیش از دو است، شیب منحنی مشخصه سیستم نگهداری در مدل های موجود به سمت قائم میل می کند و این مطلب بیانگر این است که سختی پوشش زیاد بوده و با نصب پوشش جابجایی ها متوقف خواهد شد. در نهایت با توجه به اینکه در شرایط واقعی از سیستم نگهداری استفاده می شود، فاصله تأخیر حفاری در حدود دو برابر قطر بین جبهه کار دو تونل مجاور، پیشنهاد می گردد.

با توجه به اثرات مخرب زمین?لرزه بر روی سازه?ها توجه به ابعاد مختلف ان و پیش?بینی پارامترهای رفتار زمین حائز اهمیت است. در این پژوهش از تحلیل خطر لرزه?ای احتمالاتی به منظور بررسی خطر لرزه?ای در محل ساختگاه سد استفاده شده است. به طور خاص اثر عدم?قطعیت موقعیت گسل بر روی نتایج مورد بررسی قرار می?گیرد. در این راستا از شبیه?سازی مونت کارلو به منظور در نظر گرفتن عدم?قطعیت استفاده شده است. عدم?قطعیت موقعیت گسل در مسئله ای فرضی و موردی واقعی (سد بهجت آباد) بررسی می?شود و توزیعی برای نتایج خطر حاصل می?شود. همچنین پاسخ مقطع عرضی سد به تحریک حاصل از برخورد امواج sh محاسبه شده و اثر تغییر زاویه ی موج ورودی (نماینده ای از عدم?قطعیت موقعیت گسل) بر روی نتایج مطالعه می?گردد.

مسائل مقادیر مرزی نظیر پایداری شیب ، دیوارهای حائل و ظرفیت باربری پی ها، بخش اعظمی از مسائل مهندسی مکانیک خاک محسوب می گردند. در آنالیز اینگونه مسائل، بطور معمول، راستای تنش اصلی ماکزیمم منطبق بر راستای نموکرنش اصلی ماکزیمم در نظر گرفته شده که تحت عنوان ‏‎coaxiality‎‏ معرفی می گردد. برقراری یا عدم برقراری این فرض در مورد خاکها توسط محققین متعددی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.