در این پایان نامه، تونل واقع در خاک مستعد روانگرایی با استفاده از نرم افزار flac2d مدل سازی شده و در حالت روانگرایی، بلندشدگی تونل و ماکزیمم نیروهای داخلی پوشش تونل بررسی شده است. سپس با احداث دیوار جداکننده در کنار تونل، اثرات احداث دیوار بر تونل بررسی شده است. مطالعات انجام شده نشان داده که احداث دیوار جداکننده بلندشدگی تونل را تا حد زیادی کاهش می دهد ولی باعث افزایش ماکزیمم نیروهای داخلی پوشش تونل می گردد. سپس پارامترهای طراحی دیوار جداکننده مثل ضخامت، طول دیوار جداکننده و فاصله ی دیوار از لبه ی تونل مورد ارزیابی قرار گرفته است.

آزمایش پرسیومتری، یکی از مهم ترین آزمایشهای برجای مهندسی ژئوتکنیک است. این آزمایش قادر به تخمین بسیار مناسبی از پارامترهای تغییرشکلی خاک است. در این تحقیق از سه نوع شبکه عصبی مصنوعی (ann) به منظور پیش بینی و تفسیر آزمایش پرسیومتری استفاده شده است. در ابتدا از شبکه عصبی چند لایه پرسپترون ، یکی از پرکاربردترین شبکه های عصبی، استفاده شده است. در ادامه از شبکه نروفازی، ترکیبی از شبکه های عصبی- فازی بهره گرفته شده و در انتها از شبکه عصبی تابع مبنای شعاعی ، شبکه موفقی در مسائل غیر خطی استفاده شده است. مدلهای شبکه عصبی از موفقیت قابل قبولی در پیش بینی و تفسیر آزمایش پرسیومتری برخوردارند. در تمامی این مدلها از خواص فیزیکی و تراکمی خاک استفاده شده است. مدلهایی که برای پیش بینی استفاده شده اند دارای 6 ورودی و 5 ورودی هستند و شبکه هایی که برای تفسیر استفاده شده اند از مدلهای دارای 5 ورودی استفاده می کنند. در هر دو روش از یک خروجی استفاده شده است. خروجی شبکه ها در مرحله پیش بینی تغییر حجم بوده و این در حالی است که خروجی شبکه در مرحله تفسیر ضریب پرسیومتری است. به عنوان بانک اطلاعاتی از مجموعه بزرگی از آزمایشهای پرسیومتری انجام شده برروی محدوده وسیعی از خاکهای ریزدانه و درشت دانه بهره گرفته شده است. در شبکه عصبی پرسپترون از شبکه هایی با معماری مختلف با یک و دو لایه پنهان برای تعیین دقیق ترین شبکه استفاده شده است. بین مدلهای مختلف شبکه عصبی مورد استفاده شبکه چندلایه پرسپترون کارایی بهتری دارد. هرچند سایر شبکه های مورد استفاده نیز موفقیت قابل قبولی از خود نشان داده اند. در نهایت مدلهای مختلف شبکه های عصبی با یکدیگر مقایسه شده و شبکه ای که بهترین عملکرد را داشته در هر دو مرحله مشخص شده است. در مرحله پیش بینی جهت ارزیابی شبکه نمودارهای فشار-تغییرحجم حاصل از شبیه سازی ساختارهای بهینه هر مدل با نتایج حاصل مقایسه شده است. همچنین در مرحله تفسیر جهت ارزیابی قدرت تعمیم مدل، عملکرد شبکه مورد نظر در مقابل داده های تجربه نشده با نتایج تجربی مورد مقایسه قرار گرفت. مدلهای مبتنی بر شبکه های عصبی، برخلاف مدلهای رفتاری مرسوم توضیحی در مورد چگونگی اثر پارامترهای ورودی بر خروجی نمی دهند. در این تحقیق با انجام آنالیز حساسیت برروی ساختار بهینه مدلهای معرفی شده در هر مرحله سعی شده است تا حدودی به این سوال پاسخ داده شود.همچنین استخراج و ارایه روابط حاکم بر یک مدل شبکه عصبی به کاربر اطمینان بیشتری در استفاده از چنین مدلهایی داده، در نتیجه کاربرد چنین مدلهایی را در کارهای مهندسی تسهیل می کند.

در این تحقیق از روشی نوین با بکارگیری قابلیت شبکه عصبی مصنوعی برای پیش بینی رفتار تورمی خاک های رسی استفاده شده است. در این روش داده ها با استفاده از انواع آرایش شبکه های چند لایه پرسپترون، که از پرکاربردترین نوع شبکه های عصبی می باشد مدل شده اند. نتایج حاصل از این شبکه ها بر اساس شاخص های ارزیابی معرفی گردیده و با یکدیگر قیاس شده اند که منجر به انتخاب بهترین آرایش شبکه از لحاظ دقت و کاربرد گردیده است. لازم به ذکر است که پارامترهای رطوبت، اندیس خمیری، حد روانی، حد خمیری، دانسیته خشک و درصد ریزدانه خاک بعنوان پارامتر های ورودی و پارامتر های فشار تورم و درصد تورم آزاد، هریک بطور جداگانه بعنوان پارامتر خروجی در نظر گرفته شده است. خاک های در نظر گرفته شده برای این شبکه بدلیل اینکه از مناطق مختلفی می باشند، لذا شبکه عصبی فوق قابلیت پیش بینی رفتار تورمی انواع خاکهای رسی را دارا می باشد. همچنین جهت آموزش سیستم شبکه های عصبی مورد تحقیق، از نتایج پژوهشهای قبلی، داده های خام مهندسین مشاور ژئوتکنیک و پایانامه های موجود در زمینه خاکهای متورم شونده استفاده گردیده است. پس از طراحی و پردازش 144 شبکه عصبی مختلف با ساختار،آرایش و توابع محرک گوناگون، شبکه ای با ساختار mlp استاتیکی با دو لایه پنهان و شش نرون برای هرلایه پنهان آن، بعنوان بهترین شبکه فشار تورم و شبکه ای با ساختار mlp استاتیکی با یک لایه پنهان و پنج نرون لایه میانی بعنوان بهترین شبکه تورم آزاد شناخته شد.

یکی از مشکلات بزرگی که طراحان سازه های مهندسی موجود در سنگ با آن روبرو هستند، تعیین پارامترهای رفتاری توده سنگ است. یکی از پارامترهای مهم بر رفتار توده سنگ در تمام حالت های رفتاری اعم از ارتجاعی و خمیری، مدول تغییر شکل پذیری است. بطوریکه هر جا بحث تغییرشکل یا عملکرد این سازه ها مطرح می شود، تعیین این پارامتر ارتباط مستقیم با ایمنی و اقتصاد پروژه پیدا می کند. در سازه های ژئوتکنیکی نیز چگونگی نشست در تعیین پایداری یا ناپایداری سازه موثر است. ناپیوستگی ها و حفرات موجود در توده سنگ تأثیر بسزایی در پارامترهای رفتاری آن از جمله کاهش مدول تغییر شکل پذیری دارند. روابط متعددی در تأثیر درزه ها بر کاهش مدول تغییر شکل پذیری موجود است. اما برای حفرات بزرگ مقیاس به طور معمول چنین روابطی وجود ندارد. یکی از روشهای مطالعه رفتار سنگ، ساخت مدلهای فیزیکی می باشد. در این روش هر چه شرایط مدل به نمونه واقعی در طبیعت نزدیکتر باشد، شبیه سازی رفتار توده سنگ واقعی بهتر صورت گرفته است. در این تحقیق به منظور مطالعه میزان تأثیر تخلخل بر مدول تغییر شکل پذیری توده سنگ و نیز مقاومت تک محوری، پس از مطالعه تئوریک (روش میکرومکانیک) از مدلسازی آزمایشگاهی و عددی استفاده شده است. در مدلسازی آزمایشگاهی به منظور ایجاد حفرات توده سنگ در مدلهای فیزیکی، از دانه های کروی فوم با سختی و مقاومت ناچیز (در مقابل مصالحی مثل بتن و گچ)، استفاده شده است. برای مطالعه میزان تأثیر حفرات بر روی پارامترهای مکانیکی، نمونه هایی متخلخل از جنس گچ و بتن با درصدهای مختلف بین صفر تا 50 درصد وزنی از گرانول های کروی فوم با قطر 4 و 6 میلیمتر ساخته شد. سپس بر روی آنها آزمایش تک محوری انجام شد که نتایج آنها مورد بررسی قرار گرفت. طبق مشاهده های انجام شده، نتایج بدست آمده برای هر دو نوع مصالح با هم سازگار بوده و در همه نمونه های مورد نظر میزان مقاومت تک محوری و مدول تغییر شکل پذیری با افزایش درصد حفرات بصورت نمایی کاهش می یابد. بر اساس این نتایج با افزایش اندازه حفرات از 4 میلیمتر به 6 میلیمتر، میزان کاهش مقاومت تک محوری کمتر از 5 درصد و برای مدول تغییر شکل پذیری زیر 10 درصد می باشد. همچنین میزان کاهش مقاومت تک محوری در نمونه های گچی نسبت به نمونه های بتنی، کمتر از 10 درصد بوده در حالیکه این اختلاف برای مدول تغییر شکل پذیری به 20 درصد هم می رسد. در قسمت بعد، نمونه های متخلخل با توزیع یکنواخت و درصدهای مختلف حفرات کروی به قطرهای 6، 8 و 10 میلیمتر در نرم افزار اجزاء محدود abaqus مدلسازی شد. نتایج تحلیل های عددی تطابق بسیار خوبی با نتایج آزمایشگاهی داشت و در کلیه موارد نتایج دو روش کمتر از 10 درصد با هم اختلاف داشتند. در پایان نیز مقایسه ای بین نتایج هر دو روش با نظریه های میکرومکانیک انجام شد که سازگاری بسیار خوبی بین نتایج مشاهده گردید.

یکی از تدابیری که در طراحی مراکز دفن پسمانهای خطرناک مورد توجه قرار می گیرد، محدود کردن نفوذ شیرابه این مراکز یا جلوگیری از مهاجرت آلودگی های محدود شده در آنها به سفره های آب زیرزمینی به منظور جلوگیری از آلودگی منابع آبی است. در این تحقیق سعی شده است با استفاده از مدلسازی عددی و آزمایشگاهی، حرکت جریان آلوده غیر اشباع در خاک مورد بررسی قرار گیرد و با استفاده از داده های آزمایش، پارامترهایهیدرولیکی و هیدرودینامیکی جریان که برای طراحی مراکز دفن نیاز است تخمین زده شود. با استفاده از دستگاه طراحی شده داده های هیدرولیکی و هیدرودینامیکی یک خاک مشخص اندازه گیری شده و تاثیر غیر اشباع در نظر گرفتن محیط در زمان مهاجرت آلودگی ها از یک لایه مشخص مورد بررسی قرار گرفته است. از یک استوانه با قطر داخلی 3 سانتی متر و ارتفاع 25 سانتی متر از جنس پلکسی گلاس به همراه تجهیزات مناسب برای مطالعه حرکت آلودگیها در خاک استفاده شده است. داده های نفوذپذیری و رطوبت اندازه گیری شده با استفاده از دستگاه طراحی شده برای نمونه خاک ماسه به کاربرده شده تطبیق بهتری با مدل باردین r2= 0/94نسبت به مدل ماولم r2=0/93 که از آنها برای توضیح تئوریک جریان غیر اشباع بهره برده شده است، دارد.همچنین نتایج نشان می دهدمدلهای ncde و cde که برای مدلسازی عددی حرکت آلودگی ها در خاک استفاده شده اند تعریف بهتری از نحوه مهاجرت آلودگیها در خاک غیراشباع نسبت به مدلهای اشباع کلاسیک بیان میکنند، چرا که با توجهبه نتایج آزمایش امکان تفسیر نتایج با مدلهای اشباع برای حرکت جریان در خاک حاضر میسر نبوده است، به عبارت دیگر وجود جریان نامتعادل باعث زیر سوال رفتن معادلات فیک و عدم صحت روابط خاک اشباع برای جریان نامتعادل خواهد بود.

آزمایش نفوذ مخروط یکی از کاربردی ترین آزمایشات برجا می باشد که طرفداران زیادی دارد و تحت عنوان اختصاری cpt (cone penetration test) مطرح می شود. گستردگی کاربرد این آزمایش به علت اقتصادی بودن و سرعت عمل عملیات آن در مهندسی ژئوتکنیک در شناسایی لایه های خاک و ویژگی های آن باعث شده که روش های مختلف تحلیلی برای مطالعه این آزمایش بوجود آید و بنابراین بین مشخصات خاک و مقاومت نوک مخروطی روابط قابل قبولی حاصل شده است. در مطالعه حاضر ضمن استفاده از جنبه های گوناگون مطالعات محققین تاریخچه آزمایش نفوذ مخروط و تشریح انواع نفوذسنج ها و اجزاء آنها و روش آزمایش ارائه شده است. در ادامه کاربردهای اصلی آزمایش نفوذ مخروط در شناسایی لایه های خاک و مشخصات آن معرفی شده و سپس روش های تحلیل آزمایش ارائه شده و برخی نتایج آن بیان شده است. بعد از موارد مذکور روش های عددی مختلف در تعریف مسئله مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت بخش اصلی مطالعه آزمایش نفوذ مخروط به روش عددی با استفاده از نرم افزار flac 2d v4.0 بر مبنای تئوری کرنش های بزرگ و به صورت توصیف لاگرانژی اختصاص یافته است. در مطالعه حاضر از خاک رسی به صورت لایه بندی و زهکشی نشده استفاده شده و مدل سازی عددی حاضر در این مطالعه موردی توسط مصالح خاک ارائه شده بوسیله کیوسیز و برگ مورد بررسی قرار گرفت که نتیجه خوبی در بر داشت. بنابراین در این رابطه عواملی همچون مش بهینه، عمق تحت تأثیر نوک مخروط و کاربرد آن، حالت نفوذ ثابت و کاربرد آن، ارزیابی منحنی میزان های تنش ها، کاهش جداشدگی بین نفوذسنج و مصالح خاک، بهبود تغییر شکل زون های مصالح خاک در اطراف نفوذسنج، ارزیابی مقاومت نوک و اصطکاکی مورد توجه قرار گرفتند. نتایج نشان می دهند مدل بهینه مدلی است با 28000 زون که در اطراف نوک باید کوچک و به سمت مرزها بزرگ باشند. در بررسی های مقاومت نوک لازم به ذکر است که نوک مخروطی عمقی را تحت تأثیر قرار می دهد که در محاسبه مقاومت نوک تراز بعدی باید لحاظ شود و اثر آن با اضافه نمودن مقدار 25/0 مگاپاسکال به مقاومت نوک تراز بعدی اعمال می گردد. برای قرائت مقاومت نوک مخروطی سعی شده تا حالت نفوذ ثابت تا قبل از رسیدن نفوذسنج به تراز مورد نظر ایجاد شود به این معنی که 25 میلی متر نفوذ لازم است تا حالت ثابت ایجاد شود. در این مطالعه با ریز نگاه داشتن زون های اطراف نوک مخروطی جداشدگی که در تحقیق کیوسیز 35 میلی متر عنوان شده بود به 20 میلی متر کاهش یافته است. همچنین ارزیابی مقاومت نوک نشان می دهد که نمودار حاصل از مدل سازی عددی در بازه نمودارهای کمینه و بیشینه سایت قرار می گیرد. همچنین مقاومت نوک به همراه مقاومت اصطکاکی به کمک نمودارهای رابرتسون، اسلامی و فلنیوس در زون های مختلف مورد بررسی قرار گرفته و در نتیجه پروفیل خاک حاصل از کار عددی با پروفیل خاک حاصل از آزمایشات صحرایی تقریباً یک نوع پروفیل را نشان می دهد.

در سال های اخیر تحقیقات بسیاری برروی درک روابط بین خصوصیات بنیادی بار جانبی دینامیکی وارد بر شمع ها، انجام شده است. اگرچه پیشرفت قابل توجهی درتوسعه روش های تحلیل و درک پدیده های اندرکنش دینامیکی شمع – خاک بوجود آمده، هنوز هم تحقیقات بسیاری در زمینه مطالعه پارامتر های اصولی در این زمینه انجام می دهند. با توجه به امکانات نرم افزاری موجود، انجام بررسی های جدید و دامنه دار در زمینه تاثیر تغییر شرایط محیطی در اطراف شمع ها بر رفتار متقابل خاک - شمع تحت آنالیز دینامیکی، رو به افزایش است. بررسی تاثیر تغییر پروفیل خاک پیرامون شمع از آن جهت که شرایط واقع بینانه تری را از طبیعت خاک ارائه می دهد و همچنین بررسی تاثیر تغییر سطح آب زیرزمینی بر سازه های مختلف مستقر در خاک های مساله داری مانند رس اشباع که حضور آب دراین نوع خاک ها هنگام وقوع زلزله منجر به پدیده نرم شدگی کرنش شده و تاثیرات مهلکی بر این سازه ها دارد، اهمیت انجام آنالیزهای دینامیکی را به اثبات می رساند.در این تحقیق ابتدا به چگونگی بررسی اندرکنش بین خاک وشمع پرداخته و روش های مورد استفاده در راستای این نوع از ارزیابی مورد بحث قرار می گیرد. برای مشخص نمودن بهتر این مساله به مرور اجمالی برخی از تحقیقات انجام گرفته در این زمینه می پردازیم. پس از آن به بررسی رفتار خاک- شمع تحت بار زلزله و مسائل ژئوتکنیکی مرتبط با آن با استفاده از نرم افزار تفاضل محدود flac3d پرداخته می شود. آنالیز دینامیکی با استفاده از چندین نوع شتاب-نگاشت ورودی سنگ بسترجهت بررسی عوامل موثر در اندرکنش، مانند مقایسه استفاده از رفتار الاستیک و موهرکولمب خاک انجام می شود.پس از این مرحله به بررسی تاثیرات تغییر پروفیل خاک ونیز تغییر ارتفاع تراز آب زیرزمینی بر رفتار خاک – شمع، در دو بخش مجزا پرداخته می شود. در این راستا تاثیر تغییر این عوامل و اهمیت این بررسی بر آنالیز شمع ها به وضوح مشخص می گردد. برای رسیدن به اهداف فوق، اثرات سینماتیکی بوسیله فرکانس وابسته به توابع انتقال، تشریح می گردند. تابع انتقال بصورت نسبت حرکت فونداسیون به حرکت میدان آزاد در غیاب یک سازه در حوزه فرکانسی تعریف می شود. نتایج حاصل از تحلیل بصورت تاریخچه زمانی شتاب و همچنین تبدیل فوریه سریع شتاب سرشمع نسبت به میدان آزاد، در حوزه فرکانسی ارائه می شوند. نیروی برشی و لنگر خمشی ماکزیمم وارد بر شمع در حالات مختلف مدل سازی با هم مقایسه می شوند. بر اساس نتایج حاصل از تحلیل، تفاوت سختی لایه های خاک تاثیر بسزایی در اندرکنش خاک – شمع دارد بطوریکه دو لایه در نظر گرفتن خاک علیرغم افزایش سختی آن، حالت بحرانی تری از خاک یک لایه را نشان می دهد و کمترین میزان اندرکنش، جابجایی و لنگر ماکزیمم مربوط به حالت خاک یک لایه است. همچنین بررسی نتایج تحلیل تغییرات آب زیرزمینی، منعکس کننده تفاوت رفتار شمع در حالات مختلف تراز آب است.در نتیجه، این نوع بررسی در طراحی شمع قرار گرفته در خاک رسی اشباع از اهمیت بالایی برخوردار خواهد بود.