پایان نامه طراحی لرزه ای خاکریز های خاک مسلح بر اساس محاسبه قابلیت اطمینان

  • Code: # 29413

  • تعداد صفحات: 104
  • فرمت فایل: Word
  • سال: مشخص نشده
  • مقطع: مشخص نشده
  • دسته بندی: مهندسی عمران
قیمت: ۳۵,۰۰۰ تومان
۶۵,۰۰۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست
  • خلاصه پایان نامه طراحی لرزه ای خاکریز های خاک مسلح بر اساس محاسبه قابلیت اطمینان

    پایان نامه کارشناسی ارشد

    مهندسی عمران - مهندسی زلزله

      اسفند 1392

    چکیده

    خاک مسلح مصالحی ویژه است که از ترکیب خاک و عضو مسلح کننده بوجود می آید. مسلح کننده اجزاء مقاوم در برابر نیروهای کششی است و به صورت سیم ، نوار، شبکه، پارچه، نمد و... که از جنس فولاد، آلومینیوم، پلاستیک، مواد پلیمری و یا هر ماده دیگری می تواند باشد. اصولا خاک در برابر کشش و برش ضعیف است و ایده خاک مسلح در حقیقت راه حلی برای رفع این نقیصه می باشد. مشارکت مسلح کننده ها و خاک مصالح ویژه ای را ایجاد می نماید که دارای خواصی کاملا متفاوت با خواص اجزاء تشکیل دهنده آن است و امکان ساخت سازه های اقتصادی که قادر به مهار نیروهای کششی باشد را فراهم می سازد. استفاده از مسلح کننده های پلیمری سبب شد خاک مسلح در طیف وسیعی از سازه های خاکی نظیر دیوارهای حائل، شیروانی های خاکی و ... کاربرد گسترده ای پیداکند. ژئوسنتتیک ها به عنوان المان مسلح کننده و عناصر کششی در توده خاک قرار داده می شوند و باعث افزایش باربری خاک می شوند.

    تاکنون روش های مختلفی برای آنالیزها وطراحی خاک مسلح ارائه شده است. براساس مطالعات انجام شده اغلب روشهای طراحی شیروانی های خاکی مسلح با ژئو تسنتتیک بر اساس روش های حدی استوار می باشند که روش تعادل حدی و روش اجزاء محدود نسبت به بقیه کاربرد بیشتری دارد.

    از سوی دیگر در مسائل ژئوتکنیک ، نامعینی و تغییر پذیری ذاتی در پارامترهای مقاومتی خاک به شکل محسوس دیده می‌‌شود. علاوه بر این سایر خطاها نظیر خطاهای اندازه گیری و تقریب در مدل، باعث ایجاد خطای غیر قابل اجتناب در مسائل ژئوتکنیک می شود. در مورد پایداری شیروانی‌ها که از جمله مسائل مهم ژئوتکنیکی است نیز موارد ذکر شده وارد است. با توجه به طبیعت تغییر ناپذیر و نامعینی در مساله ی پایداری شیروانی ها، بحث تحلیل احتمالاتی مفهوم پیدا می‌‌کند.

     یکی از روشهای در نظر گرفتن اثر نامعینی ها در مسائل ژئوتکنیکی و انجام تحلیلهای احتمالاتی، روش مونت کارلو است. در روش شبیه سازی مونت کارلو که روشی‌ احتمالاتی است، برای پارامترهای ورودی تغییر پذیر تابع توزیع احتمال در نظر گرفته می شود و با نمونه گیری تصادفی‌ از این توابع توزیع، ضریب اطمینان در دفعات بسیار محاسبه می شود و در نهایت یک تابع توزیع احتمال برای ضریب اطمینان بدست می آید.

     در این پایان نامه زاویه ی اصطکاک داخلی، وزن مخصوص، مقاومت کششی مسلح کننده ها و ضریب شبه استاتیکی زلزله بعنوان پارامترهای نامعین و تغییرپذیر در نظر گرفته شده و نحوه طراحی شیروانی های خاکی از دیدگاه احتمالاتی مورد بررسی قرار گرفته است که نتیجه آن بدست آمدن طرحی اقتصادی و بهینه میباشد.

     

    کلمات کلیدی: خاک مسلح،قابلیت اعتماد پذیری،ضریب اطمینان،روش شبیه سازی مونت کارلوفصل اول

    کلیات

    1-1         مقدمه

    خاک به عنوان قدیمی ترین و پرکاربرد ترین و درعین حال پیچیده ترین مصالح مورد استفاده بشر و یکی از اجزای سازه ای تمام سازه های عمرانی ( شالوده تمام سازه ها) ، از دیرباز مورد توجه قرار گرفته است. از طرفی با توجه به ضعف نسبی خاک نسبت به بسیاری از مصالح موجود، بشر از دیرباز در پی راههایی جهت بالا بردن کیفیت و عملکرد این مصالح بوده است که یکی از این راهها تقویت خاک با استفاده از خانواده بزرگ ژئو سنتتیک می باشد. ژئو سنتتیک ها با ایفای نقش های متفاوت، ضعف های موجود در خاک از جمله مقاومت کم ، تغییر شکل پذیری زیاد، امکان شستگی و فرسایش و ... را جبران می کنند(F1).خاک ها و بخصوص خاک های دانه ای تحت تنش های فشاری ، بسیار مقاوم هستند. وقتی این خاک ها مسلح می شوند ، مسلح کننده ها  تنش های کششی را تحمل می کنند ودر نتیجه از برآیند آنها یک سازه مرکب که دارای محدوده وسیعی از مقاومت است ایجاد میشود.

    پایداری شیروانی ها یکی از موضوعات مهم درمهندسی عمران است.اهمیت این مساله را می توان  از خسارات و تلفات ناشی از زمین لغزه ها و حجم وسیع پروژه های بزرگ و پر هزینه مانند سدها ، جاده ها و...که با شیب سروکار دارند پی برد. یکی از اقداماتی که جهت پایدارسازی شیب های خاکی انجام می گیرد ، تکنیک مسلح نمودن خاک می باشد. در این تکنیک با قرارگرفتن مسلح کننده در خاک ،خصوصیات مهندسی خاک بهبود می یابد(F2).

    احداث دیوارهای حائل به شکل سنتی و معمولی در کارهای عمرانی یک گزینه پرهزینه محسوب می شود. ایده احداث دیوار یا شیروانی خاکی مسلح درحقیقت راه حلی برای اجتناب از احداث دیوارهای حائل به شکل سنتی بوده است. احداث دیوار ها و شیروانی های خاکی مسلح نیز با اشکال گوناگون امکان پذیر است که در این مورد می توان به دیوارهای مسلح با نمای بتنی و شیروانی های خاکی مسلح شده با ژئوگرید یا ژئوتکستایل اشاره کرد.

    در سال های اخیر استفاده از این نوع سازه ها در کشور پیشرفت زیادی داشته است. هزینه احداث دیوار یا  شیروانی خاک مسلح در مقایسه با دیوار حائل به شکل سنتی کمتر بوده  واز نظر فنی این سازه ها عملکرد بهتری نسبت به موارد دیگر از خود نشان می دهند. باتوجه به حجم زیاد مصالح مورد استفاده در احداث این سازه ها زیاد می باشد واضح است که ارائه طرح مناسب ، موجب صرفه جویی زیادی در هزینه ها خواهد شد.

    در روند طراحی شیروانی های خاک مسلح استفاده از ضرایب اطمینان در بخش های مختلف طراحی از جمله بررسی پایداری داخلی شیروانی رایج است. معمولا ضرایب اطمینان به منظور جبران کاستی های ناشی از اطلاعات بارگذاری ، خواص مصالح و نحوه اجرای سازه اعمال می گردند. ضرایب اطمینان مورد استفاده در طراحی شیروانی ها ، معمولا بر مبنای تجربه ، سوابق اجرایی و همچنین بر اساس اهمیت پروژه انتخاب می گردد.بدیهی است در صورت وجود خطاهای اندازه گیری در تعیین خواص مصالح مورد استفاده در شیروانی ها ویا خطاهای اجرایی ضرایب اطمینان به تنهایی پاسخگوی وضعیت پیش آمده نخواهد بود. دراین گونه حالات درصورتی که خواص مکانیکی اجزای شیروانی کمتر از مقدار واقعی آنها فرض شده باشد ، طراحی به صورت دست بالا انجام شده و هزینه اجرای پروژه افزایش می یابد و اگر این خواص بیشتر از مقدار واقعی فرض شوند، طراحی صحیح انجام نشده است. لذا بهتر است علاوه بر روش طراحی به روش ضریب اطمینان ، روش های دیگری نیز حداقل به منظور کنترل این روش به کار برده شود(E1). در این فصل به صورت اختصار مفاهیم کلی خاک مسلح و روش قلبلیت اطمینان بیان میشود.

     

    1-2         تعریف ها و مفاهیم کلی خاک مسلح و قابلیت اطمینان

    در مهندسی ژئوتکنیک روش های متفاوتی برای بهبود خواص مکانیکی به کار برده می شود. از جمله این روش ها می توان تثبیت خاک ها با افزودن آهک وسیمان ، تراکم دینامیکی ، پیش بارگذاری و مسلح سازی را نام برد. تکنیک تسلیح خاک به عنوان یک روش مفید و اقتصادی برای حل بسیاری از مسائل علمی در مهندسی ژئو تکنیک نظیر بهبود زمین های سست ، پایدارسازی شیروانی ها ، کاهش فشار خاک و بسیاری از موراد دیگر مورد استفاده قرار گرفته است . خاک مسلح از ترکیب خاک واجزا مقاوم در برابر نیروهای کششی به وجود می آید. استفاده از ژئوسنتتیک ها در مسلح سازی خاک ها تکنیکی نسبتا نو در مهندسی ژئو تکنیک می باشد که در دو دهه اخیر رایج شده است.

    از مزایا و معایب شیروانی های تقویت شده با ژئوتکستایل یا ژئوگرید ، می توان به موراد زیر اشاره نمود:

    الف) مزایا

    این روش بسیار اقتصادی است.

    ساخت آنها معمولا ساده و سریع است و نیاز به نیروی انسانی ماهر وتجهیزات خاص ندارد. از طرفی وجود بسیاری از بخش های از پیش ساخته اجازه ساخت نسبتا سریع را می دهد.

    صرف نظر از ارتفاع و طول شیروانی ها ، شیروانی ها نیاز به نگهداری سازه در حین ساخت (قالب بندی و...) مانند آنچه در مورد دیوارهای حائل متداول است نمی باشد.

    شیروانی های مسلح نسبتا انعطاف پذیر (شکل پذیر) بوده و می توانند تغییر شکل های جانبی بزرگ را تحمل کنند و اختلاف نشست های قائم (نشست های ناهمگن) بزرگ را بپذیرند. شکل پذیری شیروانی های مسلح با ژئوسنتتیک ، موجب استفاده از ضریب اطمینان پایین تر در طراحی ظرفیت باربری ، نسبت به سازه های صلب متعارف می شود.

    شیروانی های مسلح در برابر بارگذاری زلزله پتانسیل خوبی دارند زیرا شکل پذیرند واین جرم خاکی منسجم خاصیت جذب انرژی ذاتی را نیز دارد.

    ب) معایب

    مقاومت ژئو سنتیک ها در اثر ایجاد خسارت احتمالی به آن ها در حین اجرا کاهش می یابد.

    مقاومت ژئو سنتتیک ها با گذشت زمان ، در تماس با بارها و حرارت خاک کاهش می یابد.

    ساخت شیروانی های مسلح در مناطق خاکبرداری، نیاز به حجم عملیات زیاد دارد.

    خاکبرداری از پشت شیروانی های مسلح با محدودیت مواجه است(F2)

    با این حال از آن جا که کاربرد ژئوسنتتیک ها نسبتا نوپا است، لذا آثار زیادی از آن ها مانند خزش، پیرشدگی و دوام بر اساس تجربه های عملی شناخته شده نیست. همچنین باید به این نکته توجه داشت که ژئوسنتتیک ها در معرض تابش اشعه فرابنفش ممکن است به سرعت تنزل پیدا کنند که باید در انتهای ساخت یک پوشش مناسب به سطوح خارجی شیروانی که در معرض تابش خورشید می باشد ، اضافه شود.

    از جمله کاربرد شیروانیهای مسلح خاکی می توان به موارد ذیل اشاره نمود:

    احداث خاکریزهای بلند در بزرگراهها

    جایگزین برای دیوار های حائل معمولی

    تعریض شیروانی های موجود در بزرگراهها

    ترمیم وتثبیت شیروانی های گسیخته شده

    ساخت بندهای خاکی دائمی و سازه های موقت کنترل سیلاب 

    ساخت خاکریزهایی با مصالح درشت دانه و ریزدانه

    تعریض جاده های موقت(F1)                                                                           

    در شکل 1-1 دو نمونه از کاربردهای خاک مسلح مشاهده میشود

    (تصاویر در فایل اصلی قابل مشاهده است)

    1-3         اهداف پژوهش

    با توجه به اینکه موضوع پایداری شیروانی های خاکی مسلح با ژئو سنتتیک ،موضوعی بسیار مهم و کاربردی می باشد بنابراین مطالعه پارامتریک این موضوع از اهمیت بسزایی برخوردار است.

    هدف از انجام این پژوهش ، بررسی پارامتریک پایداری شیروانی های خاک مسلح می باشد. در این پایان نامه با استفاده از نرم افزار Slide اثر پارامترهای مختلف نظیر زاویه اصطکاک داخلی خاک، وزن مخصوص خاک ، ارتفاع شیروانی ، شیب شیروانی ، طول لایه های تسلیح ،مقاومت مسلح کننده ها ، فواصل مسلح کننده،نیروی زلزله به دوروش ضریب اطمینان ( روشی سنتی) و قابلیت اطمینان( با فرض عدم قطعیت در پارامترها ) بر روی پایداری شیروانی در حالت لرزه ای  بررسی می شود.

     

    1-4         ساختار پایان نامه

    همانگونه که اشاره شد در دو دهه اخیر استفاده از خاک مسلح پیشرفت وسیعی داشته است که این پیشرفت ها موجب شده اند تا از خاک مسلح در رسیدن به اهداف مورد نظر استفاده شود. با توجه به افزایش مطالعات در زمینه های خاک مسلح و همچنین رو ش های مختلف طراحی ،در فصل دوم در مورد تاریخچه خاک مسلح ،انواع مسلح کننده های پلیمری و کاربردهای آنها و نیز مفاهیم کلی آماری که پایه اصلی شکل گیری روش طراحی قابلیت اطمینان میباشند ارائه شده است. سپس در فصل سوم به توضیح روش های مختلف طراحی به خصوص روش قابلیت اطمینان پرداخته شده است. در فصل چهارم در مورد مشخصات برنامه اسلاید توضیح داده شده و پس از معرفی نرم افزار اسلاید و کاربرد های آن ،مشخصه ها و فرضیات بکار گرفته شده برای الگوسازی به تفضیل شرح داده میشود. در فصل پنجم مطالعه پارامتریک برروی شیروانی مورد نظر انجام میشود و درنهایت تاثیر پارامتر های مختلف مشخص میشود. در پایان این فصل نیز به بررسی برخی نمودارهای آماری پرداخته میشود.

    در نهایت فصل ششم شامل جمع بندی نتایج وارائه پیشنهادات برای کارهای آتی میباشد

     

    فصل دوم

    مروری بر ادبیات فنی خاک مسلح و مفاهیم آماری

    1-1         مقدمه

  • فهرست پایان نامه طراحی لرزه ای خاکریز های خاک مسلح بر اساس محاسبه قابلیت اطمینان

    فصل 1: کلیات.............................................................................................................................................................0

      1-1 مقدمه.............................................................................................................................................................................................1

      1-2 تعریف ها و مفاهیم کلی خاک مسلح و قابلیت اطمینان.......................................................................................................2

      1-3 اهداف پژوهش .............................................................................................................................................................................4

      1-4  ساختار پایان نامه .......................................................................................................................................................................5

     

    فصل 2: مروری بر ادبیات فنی خاک مسلح و مفاهیم آماری..........................................................................6

      2-1 مقدمه.............................................................................................................................................................................................7

      2-2 تاریخچه استفاده از خاک مسلح.................................................................................................................................................9

      2-3 مسلح کننده ها......................................................................................................................................................................... 13

      2-4 ژئو سنتتیک ها...........................................................................................................................................................................14

    2-4-1 انواع اصلی ژئو سنتتیک ها وکاربردهای آنها .................................................................................................... 16

    2-4-1-1 ژئوتکستایل ها.......................................................................................................................................................16

    2-4-1-2 ژئوگریدها................................................................................................................................................................18

    2-4-1-3 ژئونت ها..................................................................................................................................................................19

    2-4-1-4ژئوکامپوزیت‌ها........................................................................................................................................................19

      2-5 مقدمه ای بر آمار و احتمال..................................................................................................................................................... 20

    2-5-1 تعریف واریانس.......................................................................................................................................................... 20

    2-5-2 انحراف معیار:..............................................................................................................................................................21

    2-5-3 تابع توزیع نرمال:........................................................................................................................................................21

    2-5-4 ضریب تغییرات:.........................................................................................................................................................22

    2-5-5 جدول ضریب تغییرات برخی پارامترهای مشخصه خاک..................................................................................22

     

    فصل 3:روش های طراحی....................................................................................................................................24

      3-1مقدمه........................................................................................................................................................................................... 25

      3-2 روش تنش مجاز.........................................................................................................................................................................25

      3-3طراحی بر اساس ضرایب بار و مقاومت....................................................................................................................................29

      3-4 طراحی بر اساس قابلیت اطمینان...........................................................................................................................................30

    3-4-1 روش شبیه سازی مونت کارلو ................................................................................................................................33

    3-4-2 احتمال گسیختگی.....................................................................................................................................................38

    3-4-3 شاخص اعتمادپذیری.................................................................................................................................................38

    3-4-4 مقادیر مجاز در احتمال گسیختگی و شاخص اعتمادپذیری............................................................................39

    3-4-5 منابع نامعینی و خطا در مهندسی ژئوتکنیک......................................................................................................40

     

    فصل 4:مروری بر برنامه اسلاید و مدل مورد مطالعه......................................................................................43

      4-1مقدمه............................................................................................................................................................................................44

      4-2 مروری بر برنامه اسلاید ............................................................................................................................................................45

    4-2-1 آنالیز احتمالاتی به وسیله اسلاید .........................................................................................................................45

      4-3 انتخاب هندسه و مشخصات مدل............................................................................................................................................46

      4-4 مشخصات  مدل مورد استفاده.................................................................................................................................................46

      4-5 تعیین خصوصیات مصالح ........................................................................................................................................................47

      4-6 روش تحلیل ..............................................................................................................................................................................47

      4-7 بارهای وارده ............................................................................................................................................................................ 48

    4-7-1 تحلیل های شبه استاتیکی پایداری لرزه ای شیروانی های خاکی..................................................................48

    4-7-2 بررسی پارامترهای موثر بر ضریب زلزله شبه استاتیکی ......................................................................................49

    4-7-3 روشهای ارائه شده توسط محققین مختلف برای انتخاب ضریب زلزله شبه استاتیکی...................................50

      4-8 مسلح کننده ها..........................................................................................................................................................................51

      4-9 روش قابلیت اطمینان...............................................................................................................................................................51

     

    فصل 5: محاسبات.................................................................................................................................................53

      5-1 مقدمه..........................................................................................................................................................................................54

      5-2 محاسبات.....................................................................................................................................................................................53

    5-2-1 بررسی اثر فاصله بین مسلح کننده ها………… ............................................................................55

    5-2-2 بررسی اثر طول مسلح کننده ها...............................................................................................................................58

    5-2-3 تاثیر مقاومت کششی مسلح کننده ها.....................................................................................................................60

    5-2-4 بررسی اثر زاویه اصطکاک داخلی سیستم...............................................................................................................62

    5-2-5 اثر وزن مخصوص خاک .............................................................................................................................................63

    5-2-6 بررسی اثر زاویه و ارتفاع شیب .................................................................................................................................65

    5-2-7 بررسی اثر ضریب زلزله...............................................................................................................................................67

      5-3 تاثیر ضریب تغییرات زاویه اصطکاک داخلی برروی قابلیت اطمینان ..............................................................................68

      5-4نتیجه تحقیق در قالب یک مثال...............................................................................................................................................69

    5-4-1 بررسی برخی از نمودار های آماری   ..............................................................................................................71

    5-4-1-1 نمودار هیستوگرام.................................................................................................................................................71

    5-4-1-2 نمودار تجمعی........................................................................................................................................................72

    5-4-1-3 نمودار پراکندگی...................................................................................................................................................73

    5-4-1-4 نمودار همگرایی.....................................................................................................................................................73

     

    فصل 6: پیشنهادات و نتیجه گیری....................................................................................................................75

      6-1 جمع بندی و نتیجه گیری........................................................................................................................................................76

      6-2 پیشنهادات..................................................................................................................................................................................77

     

    فصل7: مراجع........................................................................................................................................................78

     

    فصل8: پیوست......................................................................................................................................................81

      7-1 مقدمه..........................................................................................................................................................................................82

    7-1-1روش های محاسبه ی پایداری شیب ها...................................................................................................................82

  • ثبت سفارش
    عنوان محصول
    قیمت