یکی از مهمترین عوامل خرابی ساختمانها و به طور کلی سازه ها در حین زلزله در نقاطی که بر روی آبرفت های سست و اشباع قرار گرفته اند، وقوع پدیده روانگرایی در ماسه های اشباع می باشد. از مهمترین تأثیرات روانگرایی می توان به پدیده نشست و تغییرات توان باربری ماسه اشباع بعد از روانگرایی و یا به طور کلی اعمال بارگذاری سیکلی اشاره کرد. در تحقیق حاضر به بررسی اثر محتوای فرکانس بارگذاری، مدت زمان بارگذاری و دانسیت? نسبی بر روی تغییرات فشار آب حفره ای، نشست و توان باربری ماسه انزلی قبل و بعد از اعمال بارگذاری سیکلی پرداخته شده است. آزمایش های متعددی در دو گروه، توسط تانک شفاف و جک بارگذاری هیدرولیکی انجام پذیرفته است. گروه اول آزمایش ها در قالب بررسی رفتار ماسه اشباع تحت لرزه انجام پذیرفته وآزمایش های گروه دوم که شامل تست های توان باربری در دانسیته های مختلف می باشد صورت گرفته است. در این راستا در ابتدا تأثیر پارامترهای مختلف بر روی نرخ اضافه فشار آب حفره ای و تغییرات دانسیت? نسبی ماسه در تانک شفاف مورد مطالعه قرار گرفته است. در آزمایش های صورت گرفته در تانک شفاف، بارگذاری دینامیکی در سه فرکانس مختلف hz 1.8، hz 2.7 و hz 3.6 بر نمونه ها اعمال گردیده است. نمونه ها در پنج دانسیت? نسبی متفاوت 30%، 50%، 65%، 80% و 88% و در مدت زمان های s15، s30، s45 و s60 مورد آزمایش قرار گرفته اند. در ادامه با انجام تست های بارگذاری با استفاده از جک بارگذاری هیدرولیکی توان باربری ماسه انزلی در تراکم های مختلف و پی های متفاوت بیان می گردد. آزمایش های تست توان باربری از نوع آزمایش با کنترل کرنش بوده و تغییر مکان عمودی با سرعت ثابت بر پی اعمال شده است. تست های توان باربری در چهار دانسیت? نسبی مختلف (30%، 50%،70%، 90%) و با استفاده از دو پی صلب نواری و دایره ای انجام شده است. با استفاده از نمودار های تغییرات توان باربری ماسه در تراکم های مختلف و تغییرات دانسیت? نسبی بدست آمده از تانک شفاف به بررسی تأثیر پارامتر های مذکور در بارگذاری سیکلی، بر تغییرات توان باربری نمونه ها پرداخته شده است. در انتها تغییرات صورت گرفته در خاک از جمله درصد تغییرات توان باربری، نشست ماسه، اضافه فشارآب حفره ای، دانسیته نسبی و غیره، از حالت اولیه به حالت نهایی خاک مورد بررسی و آنالیز قرار گرفته و نتایج در قالب نمودار ها و جداول ارائه گردیده است.

در این رساله تاثیر توزیع دانه بندی، منشاء سنگدانه ها (از نظر زمین شناسی)، شکل دانه ها و جنس آنها (از نظر ترکیبات شیمیایی dominant) بر ویژگی های ژئومکانیکی مصالح با در نظر گرفتن اثر سطح تنش بررسی می شود. همچنین ارتباط بین پارامترهای ژئومکانیکی مبین رفتار مصالح، مانند پارامترهای زاویه ی اصطکاک داخلی و اتساع و همچنین نرخ تغییرات این پارامترها با تغییرات سطح تنش اعمالی بررسی می گردد. این وابستگی در نهایت بر اساس توزیع دانه بندی، منشاء سنگدانه ها، شکل و جنس آنها تعریف گردیده است. علاوه بر این، پارامترهای دیگری چون مقاومت این دسته مصالح در مقابل سختی و سایش، ارزیابی و به جنس و منشاء آنها ارتباط داده شده است. مصالح مورد استفاده در این تحقیق عمدتاً مصالح درشت دانه (در طبقه ی خرده سنگ، شن و ماسه ی درشت دانه) هستند که با انجام تست های مختلف سه محوری بر روی این نوع مصالح که از دو معدن قم و شهریار انتخاب گردیده اند و جمع آوری کامل سایر نتایج محققان پیشین به یک جمع بندی نهایی رسیده و ارتباط این پارامترها با جنس مصالح و سطح تنش اعمالی به نحوی کاربردی تبیین گردیده است تا در نهایت بر اساس کلیه این داده ها روابطی ارائه گردیده است. این مطالعات بر اساس یک سری تست های آزمایشگاهی متداول و همچنین داده های موجود در مراجع انجام شده است.

محتوای عمق بحرانی توسط برخی پژوهشگران در دهه های گذشته به عنوان عمقی که مقادیر مقاومتهای شمع پس از آن ثابت باقی می ماند، پیشنهاد شده است. گرچه بسیاری از تحقیقات اخیر اشاره کرده این مفهوم به دلیل تفسیر اشتباه داده های آزمایش می باشد. در این پژوهش، پنج روش مختلف شامل روش آنالیز استاتیکی، روشهای توصیه شد? آیین نامه ای متحد و انستیتو نفت آمریکا و روشهای تعیین ظرفیت باربری شمع با استفاده از نتایج آزمایشات درجای spt و cpt ، جهت تعیین توان باربری شمع ها بر اساس نتایج آزمایشات بارگذاری شمع، ارائه شد و مورد مقایسه و بحث قرار گرفت، تا به مطالع? تحلیلی و تجربی تئوری عمق بحرانی در تعیین توان ژئوتکنیکی شمع ها پرداخته شود . 30 مورد عملی از پروژه پی های عمیق که در کشور های مختلف جهان در خاکهای همگن، شامل رس، ماسه و لای اجرا شده، جهت ارزیابی روشهای مختلف تعیین ظرفیت باربری شمع جمع آوری گردید. مقایسات و ارزیابی ها نشان داد که در واقعیت و در مشاهدات حاصل از تستها نرخ تغییرات ظرفیت باربری ، نه بر اساس تئوری عمق بحرانی ثابت بوده و نه بر اساس توصیه های آیین نامه ای خطی می باشد، بلکه نرخی بین دو حالت بالا و روندی تدریجی غیر خطی با عمق را ارائه می دهد. علاوه بر این اثر فاکتور زاوی? اصطکاک خاک، ??، و ضرایبی مانند k0، ? و nq نیز در نظر گرفته شد و نتایج بدست آمده را تایید کرد. در واقع بررسی تغییرات زاوی? اصطکاک خاک، ??، نیز نرخ تدریجی کاهشی را که در تضاد با روند افزایشی مفهوم عمق بحرانی بوده است، ارائه می دهد. نهایتاً اینکه در موارد عملی بررسی شده در این پایان نامه شواهدی که وجود عمق بحرانی را نشان دهد، ملاحظه نگردید و مشاهده شد زمانیکه محتوای عمق بحرانی بکار برده می شود، نتایج محافظه کارانه تری نسبت به مقادیر شواهد واقعی و آزمایشات درجا ، حاصل می گردد.

رفتار تنش کرنش خاک در خاک های کوبیده شد، در محل تغیر لایه ها با بقیه ی نقاط توده که دارای مواد و درصد کوبیدگی یکسانی هستند بدلایلی مانند شرایط کوبیدگی و شرایط اجرا متفاوت است. یافتن رفتار خاک در محل تغییر لایه بندی(اینترفیس) با انجام آزمایش های مکانیکی متعددی امکان پذیر است. آزمایش برش مستقیم بزرگ مقیاس نیز میتواند یکی از روشهای دستیابی به این مهم باشد. برای این منظور دستگاه برش مستقیم بزرگ مقیاس ساخته خواهد شد تا بتوان بر نمونه های خاک به ابعاد بزرگ مقیاس آزمایش برش مستقیم در جا انجام داد.

روابط متعددی برای تعیین توان باربری فونداسیون ها توسط روش های متنوعی قابل محاسبه است. به عنوان مثال الف) روش خطوط مشخصه ی تنش، ب) روش تعادل حدی، ج) استفاده از قضایای حد بالا و حد پایین در آنالیز حدی و د) روش اجزای محدود. از جمله اولین تحلیل ها و روابط می توان به تحقیقات prandtl (1920) و reissner (1924) اشاره نمود. در این ارتباط، فرض قانون جریان همراه جهت ساده سازی مسایل پلاستیسته به طور عموم پذیرفته شده است. اما تحقیقات نشان می دهند که این فرض، به تخمین کرنش های حجمی پلاستیک به مراتب بالاتری در خاک می انجامد که در عمل مشاهده نمی شود. در این پژوهش تاثیر قانون جریان غیرهمراه بر توان باربری فونداسیون های سطحی به مورد بررسی قرار داده می شود. نتایج حاصل از این پژوهش با نتایج موجود در ادبیات فنی مرتبط و تست های موجود سنجیده خواهد شد.

به نظر می رسد بدلیل وجود عوامل بسیاری که شدت و محل نیروهای طراحی روی سازه نگهبان (دیوار حائل) را تعیین می کنند، فشار دینامیکی خاک روی سازه های نگهبان که توسط ضربه بر پی ماشین آلات مجاور بوجود می آید، می تواند بسیار حائز اهمیت باشد. در این تحقیق روش بدون شبکه mlpg برای تحلیل مسئله با هندسه های متفاوت محیط خاکی، پی و سازه نگهبان، مورد استفاده قرار می گیرد. فرض می شود که محیط خاکی، همگن و ویسکو-الاستیک است. در این تحقیق، روش mlpg که نسبتاً روش جدیدی است، مفصلاً شرح داده شده است و همچنین مسئله مورد نظر با روش mlpg تحلیل می شود. تعداد فراوانی از تحلیل ها انجام شده است تا تأثیر پارامتر هایی چون فرکانس بار (برای بار چرخشی)، مکان و اندازه ی عرض پی و سرعت موج برشی خاک، بر روی مکان و بزرگای فشار دینامیکی خاک آشکار شود. نتایج، کارایی و انعطاف پذیری روش mlpg را نشان می دهند و همچنین یک محدوده ای بحرانی برای فرکانس نیرویی و مکان بارگذاری مشخص می کنند که در آن فشار مقاوم در طول مدت بارگذاری به حداکثر مقدار خود می رسد. ضمناً علاوه بر موضوع تحقیق، روش mlpg در محیط های الاستوپلاستیک نیز پیاده شده است و مسئله، تحت بارگذاری زلزله مورد بررسی قرار گرفته است.

از عوارض اولیه زلزله بر خاکهای دانه ای، به ویژه ماسه های شل اشباع، تغییر حجم آنها است. نشست های حاصل از این تغییرحجم، می تواند در خلال و یا پس از زلزله دراثر متراکم شدن خاک خشک یا اشباع حاصل گردد. ماسه خشک نشستی سریع دارد اما نشست ماسه های اشباع تا مدتی پس از خاتمه زلزله ادامه می یابد. این نوع نشست به دلیل لرزه های ناشی از زلزله بر خاک است که سبب می شود ذرات خاک نسبت به هم جابه جا شوند و در حالت متراکم تری قرار گیرند. تراکم حجمی می تواند نشست های زیادی در سطح زمین را به دنبال داشته باشد. به عنوان نمونه، در اثر زلزله سال 1964 آلاسکا، لرزش های زمین سبب پدید آمدن نشستی در حدود 8/0 متر در سطح زمین های آبرفتی شد (silver and seed, 1971). اصولاً تغییرات حجمی در ماسه تحت اثر بارهای دینامیکی به کمک مدلسازی فیزیکی در آزمایشگاه تحت اثر بارهای سیکلی قابل مطالعه است. در این راستا، شرایط مرزی دستگاه، می تواند پارامتر مهمی در تغییرشکل ها و تغییر در حالت (state) ماسه باشد. به عنوان مثال تحمیل شرایط مرزی با کرنش صفر در یک جعبه ی ساخت نمونه با دیوارهای صلب نسبت به شرایط مرزی با دیواره های قابل انعطاف که می تواند شرایط ساختگاهی را بهتر مدل نماید، تاثیر شایانی بر نتایج خواهد گذارد. از آنجا که فراهم آوردن شرایط مرزی در حالت اول ساده تر است، در این تحقیق ارتباط محتمل بین این دو نوع شرایط مرزی در مدلسازی فیزیکی ماسه ی انزلی در تراکم های نسبی پایین بررسی و نتایج دو نوع آزمایش مقایسه خواهد شد.

در اثر پدیده روانگرایی ممکن است سازه ها روی زمین در خاک فرو روند یا کج شوند، سازه های سبک مدفون در خاک مثل خطوط لوله بالا بیایند، خاک گسترش جانبی پیدا کند و به سازه های ساحلی آسیب برساند. نمونه هایی از این خرابی در زلزله های سال 1964 میلادی نیگاتای ژاپن، زلزله سال 1983 میلادی کوبه ژاپن و زلزله سال 1369 منجیل ایران رخ داده است. پارامترهای موثر در پتانسیل روانگرایی شامل تراکم نسبی، مشخصات دانه های خاک شامل اندازه و شکل ذرات، فشار همه جانبه، موقعیت زهکش ها وابعاد توده خاک، ماهیت ارتعاشات، حداکثر تنش انحرافی، تعداد نوسان اعمال بار تناوبی، شتاب افقی و قائم و حباب هوا است. فشار آب منفذی اضافی در شرایط غیر زهکشی نشانه ی اصلی تمام پدیده های روانگرایی است که منجر به کاهش مقاومت و یا سختی خاک می شود در حین اعمال نیروی زلزله در یک لحظه فشار آب حفره ای از تنش موثر قائم بیشتر شده و خاک ماسه ای همانند یک سیال روان می شود. پس از وقوع روانگرایی در ماسه های شل اشباع حالت یا "state" ماسه (که عموماً با معیاری چون حجم مخصوص یا فاصله از خط csl بیان می شود) تغییر می نماید و بر این اساس، پارامترهای مرتبط با تغییرشکل پذیری آن (به خصوص نشست پذیری پی های سطحی) دچار تغییر می شود. در این پژوهش، اثر روانگرایی بر تغییرات سختی ماسه ی انزلی بر پایه ی نشست پذیری پی های مدل مستقر بر آن، مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، تخمینی از سختی بر اساس مدلسازی فیزیکی پدیده ی روانگرایی به همراه آزمایش بارگذاری بر پی های مدل با ابعاد کوچک، در دو حالت پیش از وقوع روانگرایی و پس از آن ارائه خواهد شد.

امروزه اسکله های کیسونی به طور وسیع جهت پهلوگیری کشتی ها در کارهای دریایی مورد استفاده قرار می گیرند. کاربرد کیسون در احداث یک سازه دریایی بویژه نقش تلفیقی که نقش اسکله و موج شکن را تواما دارا باشد، مورد توجه است چرا که از یک طرف سمت حوضچه و به صورت اسکله جهت پهلوگیری شناورها و از طرف دیگر نقش موج شکن را ایفا می کند. جهت طراحی بهینه این نوع پهلوگیرها لازم است اطلاعاتی در خصوص نیروهای ضربه ای ناشی از امواج و برخورد کشتی طرح در دست باشد. درپژوهش حاضر، با استفاده از نرم افزار المان محدود abaqus، نمونه ای از یک اسکله کیسونی به صورت دوبعدی مدل شده و تحت اثر نیروهای مختلف تحلیل شده است. تحلیل شبه استاتیکی سازه تحت اثر نیروی موج، که از 3 روش محاسبه شده، انجام می گیرد و سپس روشی که بحرانی ترین مقادیر را بدست دهد، در تحلیل دینامیکی سازه به عنوان نیروی اعمالی در نظر گرفته می شود. تحلیل دینامیکی هم به 2 صورت انجام می شود: یک بار فقط نیروهای معادل به سازه وارد می شوند و بار دیگر خاکریز پشت سازه، پی زیرش و رس بستر هم مدلسازی می شوند. نیروی پهلوگیری کشتی هم در یک تحلیل شبه استاتیکی بر سازه اعمال و تأثیر آن مشاهده شده است. نتایج حاصله، یعنی جابجایی در جهات مختلف و تنش ها، استخراج شده و در نمودارهایی، مقادیر بدست آمده از منظرهای متفاوت با هم مقایسه شده اند.

وظیفه هر فونداسیونی انتقال بار به خاک می باشد تا ایمنی، اعتبار و سرویس پذیری سازه را ارائه دهد. فونداسیون های شمع رادیه یکی از این سیستم های ترکیبی می باشند که در سال های اخیر کاربرد زیادی پیدا کرده اند. برای فونداسیون های شمع- رادیه، هدف اولیه برای شمع ها، کاهش نشست می باشد. نشست رادیه را می توان با بکار بردن تعداد محدودی از شمع ها با ساختار های مختلف محدود کرد، که این ساختارها شامل (1) تعداد شمع ها (2) قطر شمع ها (3) فاصله شمع ها و (4) طول مدفون شمع ها در خاک می شود. در مسائل مربوط به پی، تحلیل شمع تحت بار جانبی دارای پیچیدگی¬هایی است، زیرا در واقع پاسخ خاک وابسته به جابجایی شمع و از طرفی دیگر جابجایی شمع به پاسخ خاک بستگی دارد. در سیستم های شمع رادیه تاثیر نیروی جانبی بر نشست های حاصل از بار قائم دارای اهمیت بسیاری می باشد، از اینرو شناخت ویژگی های اندرکنش خاک- سازه بویژه برای پاسخ شمع ها تحت بارهای جانبی همراه با بارهای قائم یک موضوع اصلی در طراحی سیستم های شمع رادیه می باشد. در این مقاله به بررسی تأثیر بارگذاری توام بارهای جانبی و قائم بر روی نشست گروه شمع در خاک ماسه ای، با استفاده از تحلیل تفاضل محدود سه بعدی در نرم افزار flac3d پرداخته شده است. بر مبنای نتایج حاصل، معلوم شده است که بارگذاری جانبی دینامیکی باعث افزایش نشست حاصله می شود. به علاوه تأثیر پارامترهای مختلف، نظیر ترکیب های مختلف بارگذاری، فاصله گذاری شمع ها، چیدمان شمع ها و طول شمع ها بر نشست حاصله مورد بررسی قرار گرفته است. در پایان نیز با استفاده از شبکه های عصبی به بررسی تاثیر این پارامترها پرداخته شده است و سعی شده است تا مدلی برای پیش بینی نشست تحت بارهای دینامیکی و استاتیکی توام ارائه شود.

شکست عمیق به عنوان یکی از انواع گسیختگی در سازه های دریایی می تواند در زیر موج شکن ها یا سازه های دریایی مشابه اتفاق افتد و امتداد آن به داخل نهشته های تحتانی کشیده شود. جهت آنالیز شکست عمیق در نهشته های دریایی می بایست با در نظر گرفتن دانه یی بودن و همچنین ریزدانه بودن آن ها مکانیزم مناسبی را لحاظ نمود. شکست مصالح دانه یی مانند خاک اغلب با یکی از مکانیزمهای coulomb، roscoe-ghahramani یا مکانیزم های مشابه و روش هایی چون آنالیز حدی قابل تحلیل است. اما مکانیزم واقعی گسیختگی عموماً بین این دو مکانیزم حدی اتفاق می افتد. در این پژوهش با توجه به ویژگی اصطکاکی رسوبات بستر دریا و سازگاری آن با فرضیات در نظر گرفته شده برای مصالح نوع کولمب که برای خاک های دانه ای ریزدانه مناسب است، از روش خطوط مشخصه که توسط sokolovskii (1960) ارائه شد، استفاده شده است. معادلات موجود در روش ذکر شده بر اساس روش عددی تفاضل محدود حل می شود. روش مشخصه های تنش برای مصالح دانه ای تابع قانون جریان همراه برقراراست، از آنجا یی که مصالح دانه ای عموما اتساع کوچکتری نسبت به قانون جریان همراه از خود نشان می دهند، تاثیر قانون جریان غیر همراه با استفاده از معادلات ارائه شده توسط drescher and detournay (1993) و در نظر گرفتن سطح تسلیم معادل با فرض مقادیر معادل برای مولفه های چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی اصلاح شده خاک c^* و ?^*برای برقراری قانون جریان غیرهمراه در نظر گرفته شده است. از آنجائی که مشاهدات تئوری و آزمایشگاهی به طور واضح نشان داده اند که ظرفیت باربری و پایداری سازه ها در برابر زلزله کاهش می یابد، کلیه محاسبات برای تعیین فاکتور پایداری موج شکن در برابر گسیختگی عمیق در هر دو حالت استاتیکی و شبه استاتیکی با در نظر گرفتن تاثیر شتاب افقی زلزله انجام شده است. و نتایج تحلیل های پایداری در قالب جداول و گراف ها ارائه شده است.

عدم پایداری مصالح باعث بروز پدیده ی موضعی شدن می شود. موضعی شدن کرنش یکی از حالات گسیختگی رایج در خاک است که در مسائل اجرایی و شبیه سازی های عددی دیده می شود. این پدیده شامل انواع مختلفی می شود. در مصالح دانه ای، مکانیزم گسترش باند برش، حالتی غالب از موضعی شدن کرنش است. در این مطالعه، جهت گیری باند برش در یک آزمایش دو محوری، ابتدا توسط روش موضعی شدن کرنش مورد ارزیابی قرار گرفته شده است. سپس با جهت گیری دو باند برش غالب، یعنی کولمب و راسکو، مقایسه شده است.