از دیرباز وجود خاک های گچی در ناحیه ی جنوب غربی مشهد (رضاشهر) مشکلاتی نظیر تورم و نشست را به دنبال داشته است. خاک های گچی نمونه ای از خاک های متورم شونده است. تورم در این خاک ها نتیجه تشکیل یک غشای نازک آب به دور ذرات خاک است. انیدریت یا سولفات کلسیم خشک نیز با جذب آب به ژیپس یا سولفات کلسیم آبدار(caso4,2h2o) تبدیل گشته و در طی این فرآیند افزایش حجم قابل توجهی پیدا می نماید. در بسیاری از موارد انیدریت و مصالح رسی با هم مخلوط شده و هر دو متورم می شوند. در این مطالعه خواص تورمی خاک های گچی این منطقه شامل درصد گچ، میزان تورم، وزن مخصوص خشک و همچنین تاثیر استفاده از لایه ی ماسه ای به ضخامت و تراکم های مختلف در کاهش میزان تورم خاک مورد بررسی قرار می گیرد. در این آزمایش ها، خاک متورم شونده دارای تراکم و درصد رطوبت طبیعی است. خاک مورد بررسی خاکی رسی با خاصیت خمیری کم (cl) است که حدود 6 درصد گچ هم در آن مشاهده می شود. ضخامت خاک متورم شونده در طول کلیه آزمایش ها ثابت می باشد. ماسه ی مورد استفاده در این تحقیق ماسه ی فیروزکوه است که دارای دانه بندی ریز و یکنواخت می باشد. ضخامت این لایه نیز به عنوان درصدی از ضخامت خاک متورم شونده در نظر گرفته شده است. سربار اعمال شده به نمونه، درصدی از فشار تورم می باشد. با توجه به کم بودن مقدار فشار تورم در خاک های این منطقه، مسئله ی تورم بیشتر برای سازه های سبک مثل کانال های انتقال آب مشکل آفرین است. با توجه به این مسئله، یک سری آزمایش بزرگ مقیاس نیز انجام شده است. برای انجام آزمایش های بزرگ مقیاس از یک کانال انتقال آب از جنس ورق گالوانیزه استفاده شده است و تاثیر لایه ی ماسه ای در این مدل نیز مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به آزمایش های انجام شده می توان نتیجه گرفت که در کلیه ی حالت های بارگذاری، بهترین ضخامت برای لایه ی ماسه ای بین 5/0 تا 75/0 برابر ضخامت خاک متورم شونده می باشد. همچنین، هرچه تراکم لایه ی ماسه ای کمتر باشد میزان کاهش تورم بیشتر است. در آزمایش های بزرگ مقیاس نیز چنین روندی مشاهده می شود. با توجه به نتایج بدست آمده از این تحقیق، استفاده از یک لایه ی ماسه ای مابین خاک و سازه ی مورد نظر می تواند از جنبه های گوناگون نظیر کاهش اثرات تورمی و اقتصادی مفید باشد.

روش های بهبود ظرفیت باربری پی های موجود، یکی از مهم ترین موضوعات مهندسی پی می باشد. استفاده از تکنولوژی ریزشمع در این زمینه، نتایج رضایت بخشی را فراهم آورده است. ریزشمع، یک شمع جایگزینی حفاری و تزریق شده با قطر کم (کمتر از 300 میلی متر) است که عموماً مسلح بوده و برای اجرای آن ابتدا چاه شمع حفاری شده و عنصر مسلح کننده در داخل آن قرار می گیرد و سپس ملات به داخل چاه تزریق می شود. موضوع این پایان نامه، بررسی آزمایشگاهی میزان تاثیر ریزشمع در بهبود ظرفیت باربری پی تحت اثر بارگذاری استاتیکی قائم می باشد. به این منظور، بر روی مدل آزمایشگاهی کوچک مقیاس از پی مسلح شده با ریزشمع واقع بر ماسه شل، آزمایش بارگذاری انجام گردید. برای مسلح نمودن پی صلب دایره ای (از جنس پلی آمید) با قطر 10 و ارتفاع 5 سانتی متر ، از ریزشمع های فولادی آج دار به قطر 6 میلی متر و طول 20 سانتی متر استفاده شد. با تغییر زاویه نصب و تعداد ریزشمع ها تاثیر نحوه چیدمان ریزشمع ها بر عملکرد ژئوتکنیکی پی مورد بررسی قرار گرفت. به منظور سنجش کمّی میزان افزایش ظرفیت باربری پی مسلح شده با ریزشمع، ضریب شبکه ای(r) تعریف می شود که عبارتست از نسبت ظرفیت باربری پی مسلح شده با ریزشمع به مجموع ظرفیت باربری پی و ریزشمع ها به صورت مجزا. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که مقدار ضریب شبکه ای با افزایش تعداد ریزشمع های به کار رفته برای مسلح نمودن پی، بالا می رود. از سوی دیگر در صورت کاربرد 6 یا 8 ریزشمع، با افزایش زاویه نصب ریزشمع نسبت به امتداد قائم، از مقدار r کاسته می شود. در حالتی که از تعداد زیادی ریزشمع های دارای زاویه نصب کوچک استفاده می شود، ظرفیت باربری به مقدار قابل توجهی افزایش می یابد.

روش های بهبود ظرفیت باربری پی های موجود، یکی از مهم ترین موضوعات مهندسی پی می باشد. استفاده از تکنولوژی ریزشمع در این زمینه، نتایج رضایت بخشی را فراهم آورده است. ریزشمع، یک شمع جایگزینی حفاری و تزریق شده با قطر کم (مشخصاً کمتر از 300 میلی متر) است که عموماً مسلح بوده و شیوه اجرای آن مانند شمع های معمول است. یعنی ابتدا چاهِ شمع حفاری شده و عنصر مسلح کننده در داخل آن قرار می گیرد و سپس ملات تزریق می شود. از مهمترین مزایای ریزشمع ها قابلیت آن‍ها در اجرا تحت زوایای مختلف است که به بهبود ظرفیت باربری آن ها بخصوص در گروه های ریزشمع کمک می کند. موضوع تحقیق حاضر، بررسی آزمایشگاهی میزان تاثیر ریزشمع در بهبود ظرفیت باربری پی تحت اثر بارگذاری کششی استاتیکی قائم می باشد. به این منظور، تعدادی آزمایش بارگذاری بر روی مدل آزمایشگاهی کوچک مقیاس از پی مسلح شده با ریزشمع که بر روی ماسه شل قرار گرفتند، انجام شد. برای مسلح نمودن پی صلب مربع شکل با طول ضلع 20 سانتی متر، از ریزشمع های فولادی پیچی به قطر 10 میلی متر و طول 40 سانتی متر استفاده شد. با تغییر زاویه نصب و تعداد ریزشمع ها تاثیر نحوه چیدمان ریزشمع ها بر عملکرد ژئوتکنیکی پی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین جهت بررسی شرایط تزریق تحت فشار، از نوعی دیگر از مدل سازی استفاده شده که در آن پایه ریزشمع ها به طول 10سانتی متر، به اندازه سه برابر شعاع ریزشمع های حالت ساده، قطورتر شدند. این روش از مدل سازی، تجمع ملات حین تزریق تحت فشار در انتهای گمانه ریزشمع را مدل می کند. نتایج تحقیق حاضر نشان می دهند، ظرفیت باربری ریزشمع های پایه دار حدود 3 برابر بیش از ریزشمع های ساده می باشند. با انجام آزمون ها در حالت قائم و نیز سه زاویه 15، 30 و 45 درجه، زاویه 30 درجه بیشترین ظرفیت باربری کششی را در تعداد یکسان ریزشمع در گروه از خود نشان داد. روند تغییرات ظرفیت باربری در برابر زاویه ریزشمع ها، بخصوص در حالت ساده، دارای یک نقطه بیشینه است که به عنوان زاویه بهینه می توان آن را از طریق پژوهش های عددی با دقت بیشتری تعیین نمود.

چکیده ساخت سازه هایی که توانایی حفظ جان انسان ها و حفاظت از تاسیسات مهم صنعتی یا نظامی را در هنگام حملات هوایی یا موشکی بر عهده دارند از زمان جنگ جهانی دوم مورد توجه مهندسان و پژوهشگران بوده است. این سازه های سطحی یا زیر سطحی چند منظوره بوده در زمان صلح عملکرد های دیگری دارند اما در ساخت آن ها ویژگی هایی در نظر گرفته می شود تا در زمان جنگ بتوانند به عنوان پناهگاه (برای حفاظت از ساکنان مشخص یک سازه، عموم مردم و یا تأسیسات مهم) مورد استفاده قرار بگیرند. ساخت سازه های سطحی ساده تر و کم هزینه تر بوده و دسترسی به آن ها ساده تر است. با این حال استفاده از سازه های سطحی امنیت کم تری دارد چراکه امکان برخورد موشک و یا بمب به این سازه یا انفجار در نزدیکی آن زیاد است. سازه های زیرزمینی چنین مشکلی ندارند و با ایجاد فاصله میان نقطه انفجار و سازه، امنیت بیشتری برای ساکنان شان فراهم می کنند. به همین دلیل در مراکزی که احتمال حمله هوایی یا موشکی به آن ها زیاد است مانند مراکز پر اهمیت دولتی یا نظامی، انبار های مهمات و غیره استفاده از سازه زیرسطحی معمول است.در سال های اخیر ارتش کشور های گوناگون به بمب ها و موشک هایی که توانایی نفوذ به عمق زمین را دارند مجهز گردیده اند. این سلاح ها که برای حمله به اهداف زیرزمینی مورد استفاده قرار می گیرند توانایی نفوذ در خاک یا سنگ را دارند و می توانند به سازه زیرزمینی نزدیک شوند و آسیب بیشتری به آن ها وارد کنند. هدف این پژوهش بررسی اثر انفجار مدفون بر رفتار سازه های زیرزمینی با استفاده از روش عددیتفاضل محدوداست. در این پژوهش از نرم افزار شبیه سازی flac 2d برای ساخت مدل های عددی استفاده شد. مدل ها به صورت دو بعدی، با در نظر گرفتن شرایط کرنش مستوی و خاک دانه ای با استفاده از مدل ارتجاعی– خمیری مورکولمب شبیه سازی گردیدند. سازه زیرزمینی شبیه سازی شده مشابه تونل های خط دو قطار شهری مشهد در نظر گرفته شد. پوشش این سازه با استفاده از المان های مخصوص نرم افزار flac شبیه سازی گردیدند. با ساخت مدل عددی ویژگی های مهم شکل سازه زیرزمینی، تراکم خاک و فاصله انفجار بمب نفوذگر از سازه زیرزمینی مورد بررسی قرار گرفتند و تأثیر آن ها بر رفتار سازه زیرزمینی مشخص شدند. نتایج به دست آمده از این پژوهش نشان می دهند سازه های مستطیلی شکل در زمان انفجار دچار جابه ججایی های بسیار بزرگ می شوند. سازه های زیرزمینی با سطح مقطع d شکل برترین عملکرد را دارند. خاک های سست در فاصله های کم و خاک های متراکم در فاصله های زیاد سازه زیرزمینی و حفره انفجار عمل کرد مناسبی دارند. همچنین امکان تعیین عمق یا خاک بهینه برای سازه های زیرزمینی مقاوم در برابر انفجار وجود دارد. در انتهای این پایان نامه پیشنهاد هایی برای ادامه پژوهش در این زمینه ارایه شدند.

در ساختمان های با تعداد طبقات زیاد، با توجه به وجود بارهای سنگین در فونداسیون و نشست زیادی که انتظار می رود، معمولا از ترکیب پی گسترده و شمع استفاده می شود. روش های تحلیل سامانه های پی-شمع به سه دسته کلی تقسیم بندی می شوند؛ روش های محاسباتی ساده شده، روش های رایانه ای تقریبی و روش های رایانه ای دقیق. در این مطالعه ابتدا خلاصه ای از هریک از این روش ها ارائه و به بیان قابلیت های آن ها پرداخته شد. سپس دو مثال موردی توسط روش های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد روش های تحلیلی نسبت به روش های عددی مقدار کمتری برای ظرفیت باربری سامانه ی پی-شمع ارائه می دهند. همچنین با توجه به نتایج می توان گفت که توافق خوبی بین سهم باربری شمع ها و نشست نتیجه شده توسط روش های محاسباتی ساده شده و روش های رایانه ای تقریبی وجود دارد. در نهایت به منظور طراحی بهینه به بررسی اثر برخی از پارامترهای پی-شمع بر روی عملکرد آن ها پرداخته شد.

برای ساخت زیرزمین های ساختمانی، ایستگاه های مترو و غیره از چند تا چندین متر گودبرداری ممکن است احتیاج باشد. به منظور جلوگیری از ریزش خاک با هدف حفظ جان و مال افراد داخل و خارج گود، فشار جانبی خاک که از وزن خود خاک و سربارهای احتمالی کنار گود است به وسیله سازه های نگهبان مهار می شود. به علت اقتصادی بودن، اجرای ساده آن، عدم نیاز به تجهیزات پیچیده و تخصص بالا در اجرای آن، سازه نگهبان خرپایی یکی از متداول ترین روش های محافظت در مناطق شهری تبدیل شده است. از مهم ترین مسائل در هر گودبرداری، نشست القایی حاصل از آن در زمین مجاور و تأثیر آن بر سازه مجاور است. در این پژوهش با استفاده از روش عددی اجزای محدود و مدل رفتاری مور-کولمب در خاک های دانه ای با شرایط کرنش مستوی با ایجاد یک پایگاه داده، به بررسی آن پرداخته شد. با توجه به قابلیت ساخت مرحله ای، در این پژوهش از نرم افزار دوبعدی اجزای محدود plaxis به عنوان ابزار انجام محاسبات عددی و شبیه سازی گودبرداری بهره گرفته شده است. در این پژوهش به بسط روش مناسبی برای تخمین نشست القایی با استفاده از این نرم افزار پرداخته شده است. سپس با ارائه نتایج حاصل از آن و مقایسه این نتایج با روش تخمین peck به معرفی پوش های نشست القایی برای عمق های مختلف با توجه به این که نوع شکل پروفیل نشست آن مقعر یا سهموی بوده پرداخته شده است. این پوش ها با پوش های پژوهشگران دیگر مقایسه شده است. سپس به بررسی رابطه نشست بیشینه القایی در سطح زمین و خیز جانبی بیشینه عضو قائم خرپا پرداخته می شود و در ادامه رابطه مولفه ی سطح طره ای و مولفه سطح حرکت به سمت داخل در عمق با شکل پروفیل نشست بررسی می شود. در انتهای این پایان نامه پیشنهادهایی برای ادامه پژوهش در این زمینه ارائه داده شده است.