تثبیت تراس در شیروانی های خاکی و تقویت آنها در مقابل ناپایداری یکی از موضوعات رایج در پروژه های عمرانی است. روش های متعددی در این زمینه وجود دارد که از آن جمله میخ کوبی، سپرکوبی و خاک مسلح با ژئوگرید را می توان نام برد. ابعاد این سازه ها و عملکرد آنها تابع ویژگی های خاک است. پارامترهایی مانند چسبندگی، زاویه اصطکاک داخلی و درجه اشباع بر ضریب اطمینان پایداری سازه، تغییر شکل توده خاکی و نیز هزینه های اجرایی تأثیرگذار است به نحوی که نقش تعیین کننده در انتخاب سازه و یا روش تثبیت و تقویت توده خاکی دارد. در این تحقیق به روش اجزا محدود و با استفاده از نرم افزار plaxis 8.2 برای یک تراس خاکی ساحلی به ارتفاع معین روش های تثبیت با میخ کوبی، ژئوگرید و سپرکوبی مدل شده است. حالت های مورد بررسی در این نحقیق شامل بررسی بهترین زاویه میخ کوبی در حالت قائم و شیب دار، اثر تغییر سختی محوری ژئوگرید، تأثیر افزایش عمق کوبش سپر، تأثیر افزایش چسبندگی و زاویه اصطکاک خاک و همچنین تأثیر پایین آمدن آب رودخانه و آب زیرزمینی به صورت هم زمان می باشد. نتایج نشان داده است که ضریب اطمینان پایداری این سازه ها تابعی مستقیم و تقریباً خطی از چسبندگی اما غیر خطی از زاویه اصطکاک داخلی خاک است. اما تغییر شکل افقی سازه به طرز مشابهی تابع معکوس و نمایی از چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی خاک است. همچنین مشاهده شد که در یک تراس با ارتفاع معین بخشی از تنش که توسط عوامل تسلیح کننده تحمل می شود، با کاهش چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی خاک به صورت تصاعدی افزایش می یابد. از نظر اقتصادی، روش ژئوگرید بدون در نظر گرفتن هزینه های انحراف آب بر سایر روش ها ارجحیت دارد.

فرآیند نشست تحکیمی خاک های چسبنده رسی اشباع، در چند دهه اخیر، از مهم ترین دغدغه های مهندسین و طراحان، به خصوص در مواجهه با ساختگاه های چسبنده رسی اشباع، با ضخامت لایه زیاد، توام با ابنیه و سازه های مهم و حساس می باشد. در راستای رویارویی با فرآیند نشست تحکیمی اولیه و کاهش پیامدهای منفی و مخرب آن، روش ها، اقدامات و راهکارهای متعددی نظیر زهکش های افقی و عمودی ماسه ای، پیش بارگذاری و تراکم دینامیکی ابداع و ارائه شده است. اما روش های ارائه شده به گونه ای می باشند که می بایستی قبل از احداث پروژه، صورت پذیرند. حال اگر پس از احداث پروژه، روند فرآیند نشست تحکیمی اولیه، فراتر از پیش بینی های لحاظ شده در محاسبات و طراحی باشد، (مانند نشست سریع تر از پیش بینی سطح آب های زیرزمینی لحاظ شده در محاسبات و طراحی)، ضمن کاهش سربار، راهکاری مناسب ارائه نشده است. در این راستا تلاش می شود با مطالعه آزمایشگاهی رکن سوم فرآیند تحکیم(ساختار و ساختمان خاک رس) و با اعمال تغییراتی در ساختار خاک رس، باعث ایجاد تغییراتی در روند طبیعی فرآیند تحکیم گردیم. زیرا روش های موجود بدین صورت می باشند که کمک به خروج راحت تر آب اضافی نشست تحکیمی اولیه می نمایند، در صورتی که روش مورد تحقیق، به نحوی است که کمک به کاهش میزان آب اضافی خروجی، از میان لایه های رس می نماید. بدین منظور و برای دستیابی به نتایج آزمایشگاهی، تعداد سی و دو آزمایش نشست تحکیمی اولیه، به صورت مجزا و جداگانه، بر روی نمونه هایی مختلف صورت پذیرفت. به عبارتی هر یک از کانی های رسی(کائولینیت، ایلیت و مونت موریلونیت) با ساختار، ساختمان و سطوح مخصوص متفاوت و در نتیجه میزان بار-الکتریکی متفاوت، با افزودن درصد و نوع متفاوتی از یون های محلول و شناور در آب (یون-هایی(کاتیون هایی) مانند آلومینیوم، کلسیم، منیزیم، سدیم و پتاسیم)، اشباع نموده، سپس با انجام آزمایش تحکیم بر روی هر نمونه، مقادیر نشست تحکیمی اولیه را اندازه گیری نمودیم. به عبارتی در تحقیق حاضر، تغییرات روند فرآیند تحکیم، با افزودن انواع متفاوت کاتیون های محلول در آب اشباع، بر روی نمونه هایی استوانه ای، پر شده از کانی های رسی کائولینیت و مونت موریلونیت، به ارتفاع 20 و قطر75 میلی متر، در دستگاه ادئومتر استاندارد، بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که با افزودن انواع متفاوت کاتیون های آب اشباع، تغییراتی محسوس در مقادیر نشست تحکیمی نمونه ها ایجاد می گردد، به طوری که مقادیر نشست کانی کائولینیت، کم تر از کانی مونت موریلونیت می باشد. و هم چنین نشان می دهد، استفاده از کاتیون های جذبی متفاوت آلومینیوم، منیزیم، کلسیم، سدیم و پتاسیم با غلظت های متفاوت، مقادیر نشست تحکیمی را متناسب با غلظت و نوع کاتیون، تغییر می دهد.

ریز شمع به شمع هایی با قطر کوچک (کمتر از mm300 ) اطلاق می گردد که غالباً با تسلیح فولادی سبک و تزریق دوغاب سیمان همراه می باشند. ریز شمع علاوه بر آنکه به عنوان یک المان باربر و مقاوم در برابر نشست عمل میکند، بدلیل تزریق دوغاب سیمان، سبب بهبود مشخصات مکانیکی (مقاومتی و رفتاری) خاک اطراف نیز میگردد. ریز شمع ها به طور موثر در بهبود خواص خاک و افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشست به ویژه در پی سازه های موجود و مقاوم سازی آنها به کار گرفته می شوند. مقاومت اصطکاکی ما بین ریز شمع و خاک و اثرات شبکه ای آنها به عنوان مکانیزمی قابل توجه جهت بهبود خواص خاک، مطرح می گردد. با توجه به افزایش رو به رشد ریز شمع های طراحی و اجراشده درکشورمان واهمیت باربری این المان ها در پروژه های مختلف، نیاز به بررسی پارامتر های دخیل در طراحی ریز شمع، امری ضروری تلقی می گردد .در این پژوهش همراه با استفاده از نتایج تحلیل عددی ، مجاسبات تئوریک ، آزمایشهای بارگذاری بر روی ریز شمع و انجام مطالعات پارامتریک بر روی آن مکانیزم باربری ریز شمع بررسی میگردد.در فصل اول به ارائه کلیاتی راجع به ریز شمع ، کاربردها، روش اجرا و طبقه بندی انواع ریز شمع پرداخته شده است. در ادامه در فصل دوم خلاصه ای از روش های طراحی سازه ای و ژئوتکنیکی ریز شمع مورد توجه واقع شد. همچنین روش های مختلف تحلیلی نحوه انتقال بار از طریق ریز شمع های متعارف مورد بررسی قرار میگیرد. در فصل سوم نحوه مدلسازی عددی شرح داده شده است. در تحلیل نتایج از نرم افزار اجزاء محدود plaxis استفاده شده است. این نرم افزار که نسخه دو بعدی آن در این گزارش مورد استفاده قرار گرفته، قابلیت اعمال فشارهای استاتیکی و دینامیکی را دارا بوده و انواع مدلهای گسیختگی خاک را در اختیار کاربر قرار می دهد. در فصل چهارم نتایج حاصل از تحقیق به همراه مقایسه ای میان نتایج حاصل از محاسبات تئوریک ، عددی ، آزمایش و تحلیل پارامتریک ارائه می شود. و در نهایت در فصل پنجم جمعبندی و نتیجه گیری این تحقیق بیان شده است. به طور کلی این نتایج بیانگر نزدیک بودن نتایج حاصل از نشست در تحلیل عددی و روابط تئوریک است ، نتایج آزمایشات نیز صحت طراحی ها را بطور کامل تأیید میکند.

استفاده از ژئوسنتتیک ها در 50 سال اخیر برای اصلاح و بهسازی انواع سازه های هیدرولیکی در سراسر جهان به شدت گسترش یافته است. ژئوممبرین یکی از محصولات ژئوسنتتیک ها بوده که به عنوان المان آب بند در سدهای خاکی کاربرد وسیعی دارد. استفاده از ژئوممبرین در پروژه های سد سازی علاوه بر مزایایی همچون نفوذپذیری کم، سرعت نصب بالا و مقاومت کششی بالا، در کاهش هزینه های سنگین پروژو های سد سازی نیز تأثیر بسزایی دارد. در این تحقیق دو مورد از کاربردهای ژئوممبرین در سدهای خاکی مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، با استفاده از نرم افزار geostudio 2007 و همچنین به کارگیری مدل موهر-کولمب، به تحلیل عددی ژئوممبرین در دو حالت جایگزینی هسته رسی و افزایش ارتفاع سدهای خاکی پرداختیم. نتایج تحلیل های عددی نشان داد که، استفاده از ژئوممبرین به عنوان المان آب بند به جای هسته رسی در سدهای خاکی، ضمن کاهش چشمگیر میزان تراوش از بدنه سد، پایداری سد را نیز تأمین نموده است. مراحل بعدی شبیه سازی حاکی از این مطلب بود که، افزایش ضخامت ژئوممبرین در کاهش بیش از پیش تراوش از بدنه سد تأثیر چندانی ندارد. همچنین استفاده از ژئوممبرین به منظور افزایش ارتفاع سدهای خاکی، علاوه بر کاهش میزان تراوش از بدنه سد، تا حد زیادی موجب کاهش فشار آب منفذی و در پی آن افزایش مقاومت برشی خاک شده و این امر سبب پایداری سد گردیده است.

خاک مسلح یک تکنیک مدرن برای بهبود خواص مکانیکی خاک با استفاده از اندرکنش بین خاک و مصالح تسلیح است. تنشهای افقی درون خاکریز به دلیل اصطکاک بین خاک و مسلح کننده ها، به مسلح کننده ها منتقل می گردد. آزمایش های انجام شده نشانگر تغییر نیروی کششی در طول المانهای مسلح کننده و رسیدن آن به مقدار حداکثر در این طول است. مکان هندسی تنش حداکثر در المان های مسلح کننده برای لایه های مختلف، خط نیروی کششی حداکثر را تعریف می کند. این خط دو ناحیه محرک و مقاوم را در دیوار خاک مسلح از هم جدا می کند. خط مرزی بین این دو ناحیه (خط کشش حداکثر) سطح محتمل گسیختگی بالقوه در دیوار است. موقعیت این خط تابع چند پارامتر از جمله هندسه ی دیوار، نیروهای وارده، صلبیت المانهای مسلح کننده و تأثیرات دینامیکی است. پایان نامه حاضر با استفاده از نرم افزار plaxis (برنامه ای بر اساس روش اجزا محدود) به تحلیل دیوار خاک مسلح و تعیین مقدار و موقعیت حداکثر نیرو در مسلح کننده ها و اختصاص یافته است و تاثیر پارامترهای مختلف از قبیل طول مسلح کننده ها، فاصله ی قائم بین مسلح کننده ها، سربار، مساحت سطح مقطع مسلح کننده، زاویه اصطکاک داخلی خاکریز مسلح شده، ارتفاع دیوار و صلبیت پوسته بر سطح شکست بالقوه مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج مطالعه حاضر نشان می دهد که سطح لغزش بحرانی در دیوار خاک مسلح قائم با مصالح تسلیح فلزی از پایه دیوار شروع می گردد و از سطح لغزش مسطح رانکین و کولمب تا 1/3 ارتفاع دیوار پیروی می کند و سپس به سمت پوسته ی دیوار خم می گردد و شکل آن بیشترین انطباق را با شکل سطح شکست روش coherent gravity دارد و همچنین به شدت متأثر از ارتفاع خاکریز مسلح و مقدار سربار است به طوریکه با افزایش آنها، سطح شکست از پوسته فاصله گرفته و حجم ناحیه شکست خورده افزایش می یابد. با افزایش فاصله ی قائم بین مسلح کننده ها شیب سطح شکست بیشتر و شبیه لوگ اسپیرال می گردد. همچنین نوع پوسته (صلب یا شکل پذیر) بر شکل سطح شکست بالقوه در دیوار خاک مسلح تأثیرگذار است و با کاهش صلبیت پوسته، سطح شکست بالقوه از پوسته فاصله می گیرد.

تشخیص مناسب¬ترین مدل¬رفتاری جهت طراحی سدهای خاکی که پیش¬بینی¬های آن با نتایج ابزار دقیقی که در سد نصب خواهد شد تطابق داشته باشد، می¬تواند کمک بزرگی در بهینه سازی سدها باشد.این منظور با شبیه¬سازی یک سد خاکی توسط مدل¬های رفتاری مختلف و مقایسه نتایج آنها با اطلاعات حاصل از ابزار دقیق نصب شده در بدنه سد حاصل می¬شود. سد مخزنی آزاد، واقع در کردستان، که در مراحل پایانی ساخت و آبگیری اولیه است، جهت مقایسه دقت پیش¬بینی¬ مدل¬های رفتاری مختلف انتخاب شده است. ابزار¬دقیق¬های نصب شده در هسته سد صحت¬سنجی شده و دستگاه¬هایی که قرائات نادرستی ثبت کرده¬اند، مشخص و حذف شده¬اند. سپس با استفاده از نرم¬افزار تفاضل محدود flac 2d v.5، آزمایش¬های سه¬محوری انجام شده روی مصالح هسته سد شبیه¬سازی شده تا پارامترهای مورد نیاز مدل¬های عددی به دست آید. نهایتاً با بهره¬گیری از سه مدل رفتاری، دانکن- چانگ (هایپربولیک)، موهر کولمب و کم- کلی اصلاح¬شده، مدل عددی سد آزاد برای مراحل مختلف ساخت، به صورت مرحله به مرحله، تهیه شده و مقادیر تنش¬های وارده ناشی از خاکریزی¬ها و فشارهای آب منفذی ایجاد شده در هسته و همچنین نشست¬های صورت گرفته در بدنه سد بدست آمده است. نتایج حاصل از مدل¬های فوق با مقادیر ثبت شده توسط ابزار دقیق¬های سالم مطابقت داده شده¬اند تا میزان دقت مدل¬ها و صحت نتایج آنها مشخص گردد. نتایج بررسی¬ها حاکی از آن است که، در زمینه تنش¬ها مدل موهر کولمب نسبت به سایر مدل¬ها نتایج بهتری را نشان داده و از طرف دیگر مدل دانکن- چانگ نیز به¬جز در نواحی واقع در محور تقارن هسته، در دیگر نقاط دقت خوبی دارد و در این نواحی نتایجی نزدیک به مدل موهر کولمب را نشان می¬دهد، همچنین مدل کم- کلی اصلاح¬شده در زمینه تنش¬ها نتایج قابل قبولی ارائه کرده اما در مقایسه با مدل موهر کولمب عملکرد ضعیف¬تری داشته است. در زمینه نشست¬ها در درجه اول مدل دانکن-چانگ نتایج بهتری از دیگر مدل¬ها را ارائه کرده و همچنین مدل کم-کلی اصلاح شده عملکر د خوبی داشته است اما مدل موهر کولمب به نسبت سایر مدل¬ها در نشان دادن نشست ضعیف¬تر عمل کرده¬است. در زمینه فشار آب منفذی مدل¬های موهر کولمب و دانکن-چانگ نتایج بهتری نسبت به مدل کم-کلی ارائه کردند. همچنین مدل کم- کلی اصلاح¬شده برای قسمت¬های فوقانی هسته عملکرد مناسبی نداشته است .