در تحقیق حاضر تاثیر تغییرات قطر دهانه و ارتفاع، میزان تراکم اعضا، ارتفاع و تعداد تکیه گاه، بر رفتار لرزه ای سازه های فضاکار گنبدی بررسی شده است. مدل ها با استفاده از نرم افزار geospace ایجاد شده و با استفاده از نرم افزار autocad اصلاحاتی روی آن ها صورت گرفته است. آنالیز اولیه، طراحی و آنالیز پوش آور مدل ها با استفاده از نرم افزار sap2000 و با فرض یک مقدار اولیه برای ضریب رفتار، انجام شده است. به منظور ترسیم منحنی دوخطی و محاسبه ضریب شکل پذیری، ضریب اضافه مقاومت و ضرایب رفتار بر اساس روابط معمول ضریب کاهش نیرو در اثر شکل پذیری، یک برنامه درمحیط matlab نوشته شده است. این برنامه منحنی دوخطی را بر اساس شرایط fema-356 و با دقت مناسب ترسیم می کند. نتایج نشان می دهند که با افزایش قطر دهانه و ارتفاع گنبد، ضریب رفتار کاهش، ولی دوره تناوب افزایش می یابد. با کاهش میزان تراکم اعضا ضریب رفتار افزایش می یابد. افزایش تعداد تکیه گاه سبب افزایش ضریب رفتار و کاهش دوره تناوب گنبدهای فضاکار می شود. همچنین با توجه به تغییر دوره تناوب و ضریب رفتار سازه های فضاکار گنبدی با تغییر ارتفاع و قطر دهانه ، روابطی برای این دو پارامتر ارائه شده است. نتایج حاصل از این روابط دارای ضریب هبستگی بسیار مناسبی با داده های حاصل از تحلیل می باشند. کلمات کلیدی: ضریب رفتار، ضریب شکل پذیری، آنالیز پوش آور، رفتار لرزه ای، گنبدهای فضاکار

در این پایان نامه یک دامنه سنگی دارای درزه افقی، با روش بدون المان مورد آنالیز قرار گرفته است. و میدان جابجایی و تنش در حالت الاستیک محاسبه گردیده است. دامنه مساله توسط گره ها با فاصله معین و منظم مشخص گردیده است. محاسبه توابع شکل هر گره با روش درون یابی نقطه محاسبه گردیده است. برای بالا بردن دقت جواب ها و جلوگیری از تکینی ماتریس گشتاور به توابع شعاعی، چند جمله ای نیز اضافه گردیده است. معادلات حاکم بر سیستم از روش انرژی پتانسیل کل بدست می آید. پس از تعیین توابع شکل و مشتق گیری از آنها ماتریس کرنش b محاسبه می گردد که با داشتن ماتریس کرنش و ماتریس ضرایب الاستیک، ماتریس سختی محاسبه می گردد. برای محاسبه ماتریس سختی از روش انتگرال گیری گوس – لژاندر استفاده گردیده است. با محاسبه ماتریس نیرو و اعمال شرایط مرزی حاکم بر مساله مقادیر جابجایی در هر گره و تنش ها محاسبه گردیده است. و برای بررسی صحت جوابهای حاصله دو مثال حل گردیده و جوابها با آنها مقایسه شده است.

تحلیل مسائل لرزهای و ژئوتکنیکی اغلب در محیط هایی که از یک یا چند جهت نامتناهی می‏باشد، انجام می گردد. در این میان می توان از المان نامحدود بعنوان یکی از روشهای مفید و موثر در نشان دادن اثر میدان دور بر میدان نزدیک نام برد. درتئوری المان نامحدود، از مبانی روش اجزاء محدود استفاده می شود ولیکن توابع شکل به نحوی اختیار می گردد که المان توانایی استهلاک انرژی کرنشی و یا مجموع انرژی کرنشی و جنبشی محیط را دارا باشد. از آنجا که روش های عددی همواره دارای محدودیت هایی می باشند، بکارگیری المان های نامحدود نیز مستلزم داشتن شناخت دقیق از میزان خطای آنها در مسائل مختلف می‏باشد. در این پژوهش کاربرد و میزان خطای برخی از انواع المان‏های نامحدود، درغالب تدوین برنامه کامپیوتری با قابلیت مدل سازی اجزاء محدود و المان نامحدود و همچنین تحلیل مسائل استاتیکی و دینامیکی، مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور مدل هایی با استفاده از ترکیب المان‏های محدود و نامحدود تهیه گشته و پس از تحلیل، عملکرد المان های نامحدود در مسائل استاتیکی و دینامیکی مورد مطالعه قرار گرفته و روش های بهبود عملکرد آنها، ارائه شده است. سپس با استفاده از نتایج بدست آمده، مطالع? اثر اندرکنشی سازه و خاک در برخی مسائل ژئوتکنیکی انجام پذیرفته است.

بررسی و تعیین مرز بالای بار حدی از مهمترین مباحث مهندسی ژئوتکنیک می باشد. تاکنون مطالعات زیادی بر روی تعیین مرز بالای بار حدی انجام گردیده است. امروزه متداو ل ترین روش ها برای تحلیل مرز بالای بار حدی، بر پایه ی روش های المان محدود و برنامه ریزی غیر خطی استوار است. در تحقیق حاضر از روش درون یابی نقطه ای که یکی از روش های بدون شبکه می باشد برای تحلیل مرز بالای بار حدی در خاک های چسبنده تحت شرایط کرنش صفحه ای استفاده شده است. در این روش یک تابع پیوسته توسط مجموع حاصل ضرب یک سری توابع اساسی در ضرایب ثابت تقریب زده می شود. ضرایب ثابت از طریق درون یابی بین مقادیر گره ای در تکیه گاه هر نقطه مشخص می شوند. توابع اساسی مورد استفاده در این تحقیق از نوع توابع شعاعی می باشند. برای تضمین سازگاری روش تخمین، علاوه بر توابع شعاعی اساسی، توابع کثیرالجمله ای تا مرتبه یک نیز در نظر گرفته شده اند. میدان سرعت براساس روش درون یابی نقطه ای تشکیل می شود. سیستم نهایی معادلات از جایگذاری میدان سرعت در فرم ضعیف معادلات حاکمه بدست می آید. معیار تسلیم ون- میسز به عنوان معیار زوال برای تحلیل خاک های چسبنده مورد استفاده قرار گرفته است. به منظور انتگرال گیری از فرم ضعیف معادلات، در ابتدا از روش گاوس استفاده شده است. نتایج حاصل از انتگرال گیری گاوس، از عدم دقت کافی برخوردار بوده و مرز بالای اکید را ارائه نمی دهند. لذا از یک روش انتگرال گیری گره ای پایدار استفاده شده است به نحوی که در تمامی نقاط مساله، شرایط تحمیلی به مساله ارضاء شود و در نتیجه مرز بالای اکید حاصل شود. نتایج حاصل از این روش تطابق خوبی با حل های عددی و تحلیلی نشان می دهد.

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.

یکی از بهترین سازه های محافظ خاک در پروژه های ژئوتکنیکی، مخصوصاً در مناطقی که دسترسی به سایت، انتخاب سیستم محافظ گودبرداری را محدود می سازد، شمع های نگهبان بتنی درجا پیوسته می باشد. این نوع شمع ها بر اساس بار جانبی که در آنها به علت فشار خاک، بار های استاتیکی و زلزله بوجود می آید طراحی می شوند. مهمترین پارامتر هایی که باید در بحث طراحی و نیز عملکرد مناسب شمع ها و سازه های بالادست گودبرداری مد نظر قرار گرفته شود عبارتند از : ماکزیمم جابجایی افقی نوک شمع، ماکزیمم نیروی برشی و ماکزیمم لنگر خمشی. در این پایان نامه یکی از روش های هوش مصنوعی به نام برنامه نویسی به روش توصیف ژ ن(gep)، برای تکامل مدل هایی ، جهت پیش بینی ماکزیمم جابجایی افقی نوک، ماکزیمم نیروی برشی و ماکزیمم لنگر خمشی شمع ها به خدمت گرفته شده است. پارامتر های ورودی عبارتند از: مدول الاستیسیته، وزن مخصوص و زاویه اصطکاک داخلی خاک، فاصله مرکز به مرکز شمع ها، عمق و طول گودبرداری که به تبع آن پارامترهای خروجی ماکزیمم جابجایی افقی، ماکزیمم نیروی برشی و ماکزیمم لنگر خمشی شمع ها خواهند بود. بانک اطلاعاتی جامعه ای متشکل از ??? مجموعه داده که با ترکیب ورودی های عنوان شده، با استفاده از مدلسازی های ? بعدی که در نرم افزار قدرتمند المان محدود abaqus مورد تحلیل قرار گرفته اند، بدست آمده است. مقایسه بین نتایج پیش بینی شده توسط مدل gep و نتایج abaqus نشان می دهد که مدل های مورد نظر، توانایی و دقت بالایی در پیش بینی ماکزیمم جابجایی افقی، ماکزیمم نیروی برشی و ماکزیمم لنگر خمشی شمع های نگهبان دارند. همچنین جهت تأیید صحت عملکرد مدل های ارائه شده آنالیز حساسیت و پارامتری بر روی آنها انجام شده است که نتایج موید آن بود که پارامتر هایی که بیشترین و کمترین تاثیر را بر روی ماکزیمم جابجایی افقی، ماکزیمم نیروی برشی و ماکزیمم لنگر خمشی شمع ها دارند به ترتیب وزن مخصوص و مدول الاستیتسیته خاک می باشند.

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.

محاسبه بار حدی در مسائل پایداری مکانیک خاک از دیرباز به عنوان یکی از مباحث مهم در زمینه مهندسی ژئوتکنیک مطرح بوده و تاکنون محققین زیادی با بکار بستن روش های مختلف، به مطالعه در این زمینه پرداخته اند. در این راستا روش تحلیل حدی که بر تئوری حد بالا و حد پایین اصل خمیری کلاسیک استوار است به عنوان یک گزینه کارآمد مطرح می باشد. هدف اصلی در این تحقیق محاسبه حد پایین بار حدی در مسائل مکانیک خاک با استفاده از روش بدون شبکه می باشد. در این راستا از روش شپارد به منظور ساخت تابع شکل استفاده شده است که ویژگی های منحصر به فرد آن، کاربرد این روش را برای یافتن حد پایین ممکن می سازد. لازمه دست یابی به حد پایین بار حدی، ساخت میدان تنش مجاز استاتیکی است. میدان تنشی به لحاظ استاتیکی مجاز محسوب می شود که روابط تعادل را در کل دامنه و همچنین در مرز ها ارضا کند و در هیچ نقطه ای از دامنه از سطح تسلیم فراتر نرود. در این پایان نامه بر خلاف روش های مرسوم که تقریبا در تمامی آنها از روش المان محدود به عنوان ابزار مجزا کننده محیط استفاده شده است، مجزا سازی دامنه ی مساله با بهره گیری از روش بدون شبکه و بوسیله ی تعریف گره انجام گرفته که استفاده از این تکنیک سبب رفع مشکلات موجود ناشی از شبکه بندی می شود. به این منظور برای اعمال شرط تعادل، دامنه ی مساله به سلولهای مشخص که سلول ورونویی نامیده می شوند تقسیم بندی شده و پس از آن روابط تعادل برای هر سلول ورونویی ارضا می شوند که در این راستا از تابع شپارد برای درونیابی استفاده می گردد. در ادامه، شرایط مرزی با توجه به هندسه مساله به گره های مرزی اعمال می شوند. شرط تسلیم نیز با توجه به خاصیت تابع شپارد که درونیابی را در محدوده ی حداقل و حداکثر مقادیر گره ای انجام می دهد، درگره ها بررسی می شود. در مرحله آخر، پس از انتخاب یک تابع هدف مناسب شرط های مطرح شده به صورت قید وارد مساله بهینه سازی شده و از طریق حل مساله برنامه ریزی خطی ، مجهولات که تنش های گره ای هستند بدست آمده و به این ترتیب حد پایین حداکثر، حاصل می شود.

هدف اصلی در تحقیق حاضر ارائه یک ابزار عددی در زمینه تحلیل حدی می باشد که بطور موثر و کارآمد در حل مسائل پایداری در مکانیک خاک مورد استفاده قرار گیرد. در این راستا، نیاز به استفاده از یک روش مجزاسازی عددی و یک ابزار برنامه نویسی ریاضی می باشد که دو جز اصلی روش پیشنهادی به شمار می روند. به همین منظور، یک روش بدون شبکه بر اساس توابع شکل شپارد و یک تکنیک برنامه ریزی، تحت عنوان برنامه ریزی مخروطی مرتبه دو مورد استفاده قرار گرفته اند. بر اساس روش پیشنهادی، دامنه مساله صرفا توسط گره شبیه سازی می شود و نیازی به استفاده از المان بندی های مرسوم در تحلیل های حدی عددی نمی باشد. به منظور ارضای شرایط مربوط به میدان تنش مجاز در تمام نقاط دامنه، در اطراف هر گره یک سلول ورونویی در نظر گرفته شده است و گرادیان تنش در داخل هر سلول هموار گردیده است. از آنجا که سلول های ورونویی کل دامنه مساله را پوشش می دهند، میدان تنش هموار شده یک حل مرز پایین اکید را بدست می دهد. فرمولبندی ارائه شده یک مساله بهینه یابی غیر خطی را بدست می دهد که این مساله، با استفاده از یک تبدیل متغیر، به مساله برنامه ریزی مخروطی مرتبه دو تبدیل می شود. برای حل این مساله بهینه یابی که در مقیاس وسیع مطرح است از نرم افزار gams و روش نقطه داخلی استفاده شده است. علاوه بر این، با توجه به اینکه یکی از ویژگیهای مفید روشهای بدون شبکه تسهیل در روند تحلیل انطباقی می باشد، با معرفی خطا بر اساس بسط تیلور، یک روش موثر تحلیل انطباقی نیز ارائه گردیده است. در نهایت به منظور اثبات صحت و دقت روش ارائه شده چندین مثال از مسائل مهم ژئوتکنیک مورد بررسی قرار گرفته و با نتایج مطالعات قبلی نیز مقایسه شده است که همگی صحت روش ارائه شده و برتری آن را نسبت به سایر روش های مقایسه شده به اثبات می رساند.

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

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.

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 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.