فهرست مطالبعنوان صفحهفهرست علائم و نشانههاثفهرست شکلهاحفهرست نمودار‌‌ها......دفهرست جدولهارفصل 1-کلیات و مقدمه11-1-پيشگفتار11-2-بیان موضوع21-3-ضرورت تحقیق31-4-هدف پژوهش41-5-قلمرو پژوهش41-6-روش انجام پژوهش51-7-ساختار پایان نامه5فصل 2-مروری بر تاریخچهی موضوع72-1-مقدمه…..72-2-مروری بر تاریخچه و مطالعات انجام شده در زمینهی کاربرد ژئوسل72-2-1-سیستمهای ژئوسل و کاربردها72-2-2-مطالعات انجام شده روی ژئوسل82-2-3-مطالعات انجام شده در زمینهی اندرکنش غشا و پرکننده162-3-مروری بر تاریخچهی توسعهی روش مخروط192-4-خلاصه و جمعبندی25فصل 3- معرفی مبانی مدل مخروط273-1-مقدمه……273-2-فرضیات در مدل مخروط273-3-تعیین سختی دینامیکی پی سطحی293-3-1-مدل تک مخروطي303-3-2-مدل دو مخروطی303-3-3-پی سطحی واقع بر محیط نیمه بینهایت همگن313-3-3-1-مدل مخروط انتقالی323-3-4-اصلاحات مدل مخروط363-3-4-1-سرعت موج……………373-3-4-2-جرم محبوس………………383-3-4-3-ضرایب سختی دینامیکی403-3-5-در نظر گرفتن میرایی423-3-6-انعکاس و انکسار موج در ناپیوستگی مصالح در یک مخروط433-3-6-1-ضریب انعکاس…………..433-3-7-پی سطحی واقع بر لایهی مستقر بر نیمفضای همگن463-3-8-پی سطحی واقع بر لایهی مستقر بر بستر صلب483-3-9-پی سطحی واقع بر نیم فضای چندلایه503-4-خلاصه………51فصل 4- تحلیل پی سطحی واقع بر خاک مسلح با استفاده از روش مخروط524-1-مقدمه…………524-2-ارائهی روش تحلیل با استفاده از تودهی مخروطی534-2-1-دیسک مجازی واقع بر سطح مشترک554-2-2-تشکیل ماتریس سختی دینامیکی564-2-2-1-حرکت انتقالی…………..574-2-3-ارزیابی دقت روش مخروط624-3-لایهی مسلحکننده644-3-1-مصالح سازندهی ژئوسل654-4-مدلسازی لایهی ژئوسل بهصورت خاک معادل664-4-1-در نظر گرفتن میرایی مصالح ژئوسل در مدلسازی684-5-طرح مسئله و ارزیابی آن684-5-1-حالت خاک غیرمسلح684-5-2-حالت خاک مسلح با یک لایه ژئوسل694-5-3-مقایسه و ارزیابی704-6-خلاصه…….72فصل 5- مطالعات پارامتریک745-1-مقدمه…….745-2-تعیین عمق بهینهی قرارگیری اولین لایهی ژئوسل755-3-بررسی اثر ارتفاع ژئوسل775-4-بررسی اثر نسبت ابعادی ژئوسل795-5-بررسی اثر میرایی مصالح ژئوسل815-6-بررسی اثر سختی مصالح ژئوسل835-7-بررسی اثر تراکم خاک پرکننده855-8-تعیین حد فاصل بهینه بین لایههای ژئوسل در خاک875-9-بررسی اثر افزایش تعداد لایههای ژئوسل905-10-خلاصه……..92فصل 6- جمعبندی، نتیجهگیری و پیشنهادات936-1-جمعبندی936-2-نتیجهگیری946-3-پیشنهادات برای کارهای آینده95فهرست مراجع96واژهنامه فارسي به انگليسي100واژهنامه انگليسي به فارسی102فهرست علائم و نشانههاعنوان علامت اختصاريz0ارتفاع راس مخروطhارتفاع ژئوسلdeqاندازهی معادل حفرهی ژئوسلTپارامتر زمان رفت و برگشت موج در لايهKeپارامتر بدون بعد مدولTj,j(ω)تابع انتقالuتغییرمکانσ3تنش افقی متوسطΔσ3تنش محصورکنندهEjFثابت اکوλثابت لامهΔMجرم محبوس افزودهρجرم حجمیHحد فاصل دو لایهی ژئوسل در خاکT(ω)دامنهی لنگر پیچشیM(ω)دامنهی لنگر چرخشیgدامنهی موج انعکاسیfدامنهی موج برخوردیV(ω)دامنهی نیروی برشیN(ω)دامنهی نیروی قائمJدورانSسختی دینامیکیKrسختی معادل لایهی ژئوسلEgسختی معادل لایهی ژئوسلCLaسرعت ظاهری لایسمرCsسرعت موج برشیCLسرعت موج برگشتیCpسرعت موج فشاریr0شعاع پی سطحیdضخامت لایهی خاکkضريب بدون بعد لايهKضریب استاتیکی فنرαضریب انعکاسμضریب جرم محبوسCضریب میراییZعمق خاکUعمق مدفون بالاترین لایهی ژئوسلa0فرکانس بدون بعدωفرکانس زاویه ایd0قطر اولیه معادل تک سلول ژئوسلDقطر پی سطحیεaکرنش محوری شکستEمدول الاستیسیتهی خاکGمدول برشیEcمدول مقید شدهMمدون سکانت ژئوسلAgمساحت حفره ژئوسلAمساحت قاعده مخروط روی سطح مشترکΔMJممان اینرسی دورانی اضافه شدهI0ممان اینرسی قطبیξمیرایی مصالح خاکνنسبت پواسونQ(ω)نیروی خارجیPنیروی قائم فهرست شکلهاعنوان صفحهشکل 1‑1: انتشار امواج در مخروط [2]3شکل 2‑1: سیستم ژئوسل ساخته شده از نوارهایی از ورقهای پلیمری جوش شده به هم8شکل 2‑2: سیستم ژئوسل ساخته شده از ژئوگرید؛ الف) شکل نمونهی ژئوسل.ب)اتصال ژئوگریدها [7]8شکل 2‑3: تصویر شماتیک پیکربندی آزمایش توسط رئا و میشل [8]9شکل 2‑4: نحوهی قرارگیری صفحهی بار در آزمایشهای رئا و میشل [8]9شکل 2‑5: تصویر شماتیک مدل آزمایشگاهی مهایسکار و ماندال [10]11شکل 2‑6: تصویر شماتیک مدل آزمایشگاهی باتهرست و کرو برای تست مقاومت برشی بین لایههای مسلح [5]11شکل 2‑7: تصویر شماتیک مدل آزمایشگاهی کریشناسوامی و همکاران [12]12شکل 2‑8: الگوهای استفاده شده در ساخت ژئوسل از ژئوگرید12شکل 2‑9: تصویر شماتیک نحوهی انجام آزمایش توسط دش و همکاران [13]13شکل 2‑10: تصویر شماتیک از مکانیزم شکست و نیروهای موثر بر شیب مسلح با ژئوسل [22]15شکل 2‑11: نحوهی انجام آزمایشهای سهمحوری روی ژئوسل توسط راجاگوپال و همکاران [27]18شکل2‑12: انتشار امواج برای دیسک مدفون در خاک لایهای22شکل2‑13:پی متقارن محوری با شکل دلخواه. الف)پیکاملا مدفون درخاکلایهای نیمفضا؛ب)پی مدفون در خاکلایهایبر بستر صلب [42]22شکل2‑14: تقسیمبندی ناحیهی خاک بستر زیر دو پی مجاور هم [43]23شکل2‑15: کاربرد مدل مخروط در آنالیز لرزهای هتل آزادی [44]24شکل 2‑16: تحلیل گروه شمع در خاک لایهای توسط یزدانی [46]25شکل 3‑1: انتشار امواج در مخروط ناقص. الف) مخروط اولیه؛ ب) امواج انعکاس یافته و انکسار یافته [28]28شکل 3‑2: مخروط یکطرفه30شکل 3‑3: مخروط دوطرفه [49]31شکل 3‑4: مخروطها برای درجات آزادی مختلف [28]32شکل 3‑5: دیسک واقع بر سطح نیمه بینهایت همگن. الف) مخروط ناقص نیمه بینهایت برای حرکت قائم ب) مدل پارامتر متمرکز [28]33شکل 3‑6: مدل خاک-سازه به وسیله جرم متمرکز-فنر-میراگر [49]35شکل 3‑7: جرم محبوس ΔM برای درجه آزادی عمودی [42]38شکل 3‑8: مدل مخروط و مدل گسسته برای پی واقع بر سطح نیمفضای همگن. الف) مخروط نیمه نامحدود ناقص؛ ب) مدل گسسته برای درجه آزادی انتقالی؛ پ) مدل گسسته برای درجه آزادی دورانی [28].39شکل 3‑9: انتشار موج در مخروطها. الف)موج برخوردی به سطح مشترک ؛ب)موج انکساریافته؛پ) موج انعکاسیافته [48]44شکل 3‑10: پی واقع بر لايهی خاک مستقر بر نيمفضاي ويسکوالاستيک و انعکاس و انکسار امواج در فصل مشترک لايهها46شکل 3‑11: انتشار موج در مخروطها برای لایهی مستقر بر بستر صلب [3]48شکل 3‑12: نمایش الگوی انکسار و انعکاس موج در مرز ناپیوستگی ها [28]50شکل 3‑13: دیسک واقع بر نیمفضای چندلایه. الف) تقسیمبندی با 20 لایهی متکی بر نیمفضای همگن؛ ب) مدول برشی افزایشی با عمق به صورت خطی [28]51شکل 4‑1: لایه ی خاکی بین دو سطح مشترک به عنوان یک مخروط ناقص53شکل 4‑2: توده مخروطی متشکل از مخروطهای ناقص برای یک محیط خاکی با لایهبندی افقی تحت بارگذاری قائم [48]54شکل 4‑3: مدلسازی نیمفضای زیرین. الف) مخروط ناقص تکی برای مدل سازی نیم فضای الاستیک؛ ب) دو نوع مخروط اولیه، موج های بالا رونده و موج های پایین رونده55شکل 4‑4: دیسک قرارگرفته در عمق یک نیمفضا [49]55شکل 4‑5: شرایط تقارن برای دیسک مجازی اصلی و تصویر آن در مدل مخروط دو سویه [49]56شکل 4‑6: الف) امواج پایین رونده؛ ب) امواج بالا رونده [48]57شکل 4‑7: دیسک های صلب و تصویر آنها در فضای کامل [48]58شکل 4‑8: دیسک واقع بر دو لایهی قرار گرفته بر یک نیمفضای انعطافپذیر [28]62شکل 4‑9: بستر خاکی مسلح نشده با ژئوسل69شکل 4‑10: بستر خاکی مسلح شده با ژئوسل70شکل 5‑1: هندسه و نحوه قرارگیری ژئوسل در خاکماسهای واقع بر محیط نیمه بینهایت74شکل 5‑2: پی سطحی مستقر بر خاک مسلح با دو لایهی ژئوسل88فهرست نمودارهاعنوان صفحه نمودار 3‑1: ضریب سختی فنر دیسک واقع بر نیمفضای همگن برای درجهی آزادی عمودی به ازای نسبتهای پواسون مختلف41نمودار 3‑2: ضریب میرایی دیسک واقع بر نیمفضای همگن برای درجهی آزادی عمودی به ازای نسبتهای پواسون مختلف42نمودار 4‑1: ضریب سختی فنر دیسک واقع بر دو لایهی مستقر بر نیمفضای انعطافپذیر برای درجه آزادی عمودی63نمودار 4‑2: ضریب میرایی دیسک واقع بر دو لایهی مستقر بر نیمفضای انعطافپذیر برای درجه آزادی عمودی63نمودار 4‑3: ضرایب سختی دینامیکی دیسک واقع بر دو لایهی مستقر بر نیمفضای انعطافپذیر برای درجه آزادی عمودی64نمودار 4‑4 : مقایسهی ضریب فنر بهدست آمده از روش مخروط برای خاک غیر مسلح و خاک مسلح71نمودار 4‑5 : مقایسهی ضریب میرایی بهدست آمده از روش مخروط برای خاک غیر مسلح و خاک مسلح71نمودار 4‑6 : مقایسهی بزرگی سختی دینامیکی بهدست آمده از روش مخروط برای خاک غیر مسلح و خاک مسلح72نمودار 5‑1 : اثر عمقهای مختلف قرارگیری لایهی ژئوسل بر ضریب فنر76نمودار 5‑2 : اثر عمقهای مختلف قرارگیری ژئوسل بر ضریب میرایی76نمودار 5‑3 : بزرگی سختی دینامیکی بهازای عمقهای مختلف قرارگیری ژئوسل77نمودار 5‑4 : اثر ارتفاع ژئوسل بر ضریب فنر78نمودار 5‑5 : اثر ارتفاع ژئوسل بر ضریب میرایی78نمودار 5‑6 : اثر ارتفاع ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی79نمودار 5‑7 : اثر اندازهی حفرات ژئوسل بر ضریب فنر80نمودار 5‑8 : اثر اندازهی حفرات ژئوسل بر ضریب میرایی80نمودار 5‑9 : اثر اندازهی حفرات ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی81نمودار 5‑10 : اثر درصد میرایی ژئوسل بر ضریب فنر82نمودار 5‑11 : اثر درصد میرایی ژئوسل بر ضریب میرایی82نمودار 5‑12 : اثر درصد میرایی ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی83نمودار 5‑13 : اثر سختی مصالح ژئوسل بر ضریب فنر84نمودار 5‑14 : اثر سختی مصالح ژئوسل بر ضریب میرایی84نمودار 5‑15 : اثر سختی مصالح ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی85نمودار 5‑16 : اثر تراکم خاک پرکننده بر ضریب فنر86نمودار 5‑17 : اثر تراکم خاک پرکننده بر ضریب میرایی86نمودار 5‑18 : اثر تراکم خاک پرکننده بر بزرگی سختی دینامیکی87نمودار 5‑19 : فاصلهی مناسب بین لایههای ژئوسل براساس بیشترین مقدار ضریب فنر88نمودار 5‑20 : فاصلهی مناسب بین لایههای ژئوسل براساس بیشترین مقدار ضریب میرایی89نمودار 5‑21 : فاصلهی مناسب بین لایههای ژئوسل براساس بیشترین مقدار سختی دینامیکی89نمودار 5‑22 : اثر افزایش تعداد لایههای ژئوسل بر ضریب فنر90نمودار 5‑23 : اثر افزایش تعداد لایههای ژئوسل بر ضریب میرایی91نمودار 5‑24 : اثر افزایش تعداد لایههای ژئوسل بر بزرگی سختی دینامیکی91 فهرست جدولهاعنوان صفحه جدول 3‑1: ضرایب فنر، میراگر و جرم مدل مخروط و مدل گسسته برای یک پی سطحی37جدول 4‑1: خصوصیات ژئوگریدها65جدول 4‑2: مشخصات بستر خاکی زیر پی سطحی69جدول 4‑3: مشخصات مسلحکننده (ژئوسل) و خاک پرکنندهی آن70جدول 5‑1: جزئیات مدلسازی مربوط به تاثیر پارامترهای مختلف75جدول 5‑2: مشخصات مدلسازی جهت بررسی اثر افزایش تعداد لایههای ژئوسل90 روشهای حل دقیق، علیرغم دقت قابل قبول آنها، برای تمامی مدلها کاربردی نیستند. استفاده از روشهای حل دقیق و یا روشهای عددی منجر به تحلیلهای پرهزینه شده و در بعضی موارد نیازمند درک صحیح و عمیق از مسائل مرتبط میباشد که در اکثر مواقع با توجه به پیچیدگیهای موجود امکانپذیر نیست.در صورتی که محیط خاکی غیرهمگن و دارای لایهبندی مختلف با خصوصیات متفاوت باشد، تحلیل پیچیده و پرهزینه خواهد بود. درنظرگرفتن خاک غیرهمگن به صورت خاک همگن و یا استفاده از خصوصیات میانگین برای خاکهای لایهای، ممکن است حل غیر واقعی را نتیجه بدهد. موجهای برشی و انبساطی بهوسیلهی انتشار نیروهای موجود در هر یک از لایههای خاکی با دامنههای متفاوت ایجاد میگردند. انعکاس امواج در مرزهای مشترک در خاکهای لایهای و کاهش در دامنه برای موج انتقالی به سمت میدان دور پدیدهای است که مسئله را پیچیده میکند. اثردادن این پدیدهها برای آنالیز رفتاری کامل انتشار موج در محیطهای نامحدود[1]، در تحلیل دقیق بسیار سخت خواهد بود.به خاطر همین مشکلات، این روش ها را فقط میتوان در پروژههای مهم با شرایط بحرانی بهکار برد. برای مسائلی که روزمره میباشند، میتوان روش مدلسازی فیزیکی را برای مطالعهی خاک بدون مرز استفاده کرد. از محاسناین روش، کاربرد سادهی آنها وارائهی دید فیزیکی قابل فهم از مسئله میباشد. روش مخروط یکی از روشهای مدلسازی فیزیکی است که ویژگیهای برجسته را درنظر میگیرد و بر مبنای تجربهی بهدست آمده از تحلیلهای دقیق استوار است.در بیش از 20 سال گذشته، مدلسازی براساس رویکرد مقاومت مصالح با استفاده از میلهها و تیرهای مخروطی، که مخروطها نامیده میشوند، تنها برای پیهای سطحی مستقر بر نیمفضای همگن معرف خاک وجود داشت اما امروزه امکان مدلسازی بر مبنای همان فرضیات، برای موارد کاربردی پیچیدهتر نیز فراهم شده است. به عنوان مثال، تغییرات خصوصیات خاک با عمق قابل مدلسازی است و ساختگاه میتواند دارای هر تعداد لایه افقی باشد.در واقع این روش به دلیل کارآیی و انعطافی که جهت تغییر خصوصیات لایههای خاک به دست میدهد، امکان تحلیل خاکی با مسلحکننده های صفحهای و سهبعدی را فراهم میکند. در این پژوهش روش مخروط به عنوان روشی ساده و فیزیکی جهت تحلیل پی سطحی مستقر بر خاک مسلح شده با ژئوسل[2] معرفی و توسعه داده شده است. دلیل استفاده از ژئوسل به عنوان مسلحکننده داشتن ماهیت سهبعدی و خاصیت mattress بودن آن است که سبب بهبود بیشتر ویژگیهای بستر خاکی نسبت به سایر مسلحکنندهها میباشد.به عنوان یک جایگزین برای روش حل دقیق، مدل های فیزیکی ساده را میتوان برای ارزیابی اندرکنش خاک و سازه و تعیین رابطهی نیرو-تغییر مکان برای فونداسیونها معرفی کرد.برای مثال یک پی صلب بدون جرم با مشخصات معرفی شده درنظرگرفته میشود. برای تعیین رابطهی نیرو-جابهجایی روش حل دقیق مدنظر میباشد. به همین خاطر قسمتی از ناحیه خاک و قسمتی از نیمفضا بهوسیلهی روش المان محدود مدلسازی میگردد. همچنین برای ارائهی انتشار موج به سمت بینهایت، مرز مدل را با استفاده از مرزهای انتقال سازگار یا از روش عددی اجزای مرزی مدلسازی میگردد. روش حل دقیق همانطور که انتظار میرود، نیازمند یک تئوری فرمولبندی شدهی قوی میباشد، بههمینخاطر هزینهی محاسباتی حتی برای انجام یکبار آنالیز زیاد خواهد بود و در نتیجه روش، قابل کاربرد برای برخی از مسائل مهم و حیاتی میباشد و نمیتوان از این روش در کارهای روزمرهی مهندسی استفاده کرد. اغلب مهندسین تمایلی برای انجام محاسبات پیچیده و زمانبر ندارند و همیشه سعی در تفسیر نتایج بهدست آمده از مدلهای گوناگون هستند که با چنین حالتی نمیتوان مدلهای زیادی را مورد ارزیابی قرار داد.