تجزیه و تحلیل مسائل دینامیک خاک

در چند دهه گذشته پیشرفت قابل ملاحظه ای در زمینه علم دینامیک خاک انجام گرفته است. دروس دینامیک خاک در بیشتر دانشگاه ها در دوره های کارشناسی ارشد گسترش یافته است. دانش و آگاهی کسب شده از پژوهش و تحقیقات بی وقفه در سراسر جهان بتدریج تحولاتی بنیادین را در آیین نامه ها، طراحی، تحلیل و اجرای دقیق فونداسیون سازه ها به وجود آورده است.
کتاب حاضر، بسط یادداشت های دانشگاهی و تحقیق از منابع مختلف می باشد. در گردآوری این کتاب، سعی گردیده تا مسائل و مفاهیم به سادگی قابل وصول برای دانشجویان و ارائه مطالب برای درک بهتر مهندسین عمران مورد توجه بوده و به همین دلیل، قسمت اعظم کتاب حاوی تمامی مفاهیم اساسی مورد نظر بوده و به صورت ساده بیان شده است.
از هر دو سیستم واحدها (انگلیسی و بین الملل SI) در سراسر کتاب استفاده شده است. تمرینات حل شده آخر هرفصل از کتاب های براجا. ام داس و دکتر سید ابوالحسن نائینی نیز ضمیمه می باشد که مطمئنا برای دانشجویان و همچنین کنکور کارشناسی ارشد مفیدخواهد بود.

مقدمه

سپاس خداوندی که علم و حکمت را به بندگانش عرضه داشت و سلام و صلوات بر فرستاده خاتمش محمد مصطفی(ص).
کتاب حاضر محصول گردآوری مجموعه ای از اطلاعات مفید با استفاده از منابع مفید خارجی و داخلی، یادداشتهایی از اساتید بنام و همچنین مطالب ارائه شده در سمینارهای علمی و مهندسی می‌باشد.
هر چند در این مباحث که ذیلا اشاره خواهد شد، کتب متعددی توسط مهندسین ایرانی تدوین و یا ترجمه گردیده، معذالک خلاصه‌ای از مبانی کاربردی و حل مسائل دینامیک خاک برای اولین بار، ضروری به نظر میرسید تا شاید اندکی راهگشای عملی برای دانش‌پژوهان این رشته برای مقاطع کارشناسی ارشد و یا دکترا باشد.
در این کتاب سعی شده است تا مبانی کاربردی دینامیک خاک به زبان ساده و روان بیان شود.
حل مسائل مندرج در این کتاب با گزینش از مسائلی از کتاب دینامیک خاک اثر ارزشمند جناب آقای دکتر سید ابوالحسن نائینی و همچنین از کتاب براجا. ام. داس که شیوه‌ای نوین به سبکی روان نگاشته است، استفاده نموده‌ام تا ان‌شاالله گامی هر چند کوچک به عنوان راهنمایی ساده مورد استفاده دانشجویان کارشناسی ارشد عمران با گرایش سازه و زلزله و نیز دانش‌پژوهانی که قصد شرکت در کنکور دکترا را دارند، قرار گیرد.
لازم به ذکر است که در فصل اول این کتاب مبانی ارتعاش و معادلات حرکت و تغییر مکانهای نسبی در یک محیط ارتجاعی و انواع امواجی که در یک محیط ارتجاعی بوجود می‌آید توضیح داده شده است.
در فصل دوم به بررسی امواج در محیطهای سه‌بعدی و انواع امواج در میله‌ها و معادلات حرکتی در محیط پرداخته شده است.
فصل چهارم به بررسی مقاومت برشی خاک تحت بارهای لرزهای و سریع پرداخته شده که نتایج بر اساس محاسبات و آزمون‌های چندین محقق ارائه گردیده است.
فصل ششم ظرفیت بار دینامیکی پی سطحی برای خاکهای رس و ماسه مورد بررسی قرار گرفته است و فصل هفتم توضیحی در مورد ارتعاشات خاک و چگونگی حرکت سنگها در زلزله و ارتعاشات لایه های افقی خاک داده شده است.
فصل هشتم به بررسی چند نوع دیوار حائل و نحوه اعمال بار و همچنین نقاط وارد آمدن نیروها به روش مختلف و طراحی دیوار حائل بر اساس تغییر مکانهای محدود پرداخته شده است و در نهایت در فصل دهم روان شدن ماسه های اشباع به روش تئوری و آزمایشگاهی و تاثیر پارامترهای مختلف بر روانگرایی خاک در زلزله توضیح داده شده است.
با امید به اینکه مقبول افتد، این بضاعت اندک را به خاتم انبیا محمد مصطفی (ص) و قائم آل محمد حضرت مهدی (ع) که وجود مبارکش عشق به ولایت را در قلوب مردم این سرزمین جاودانه ساخته است تقدیم می‌نمایم.
در اینجا خود را ملزم میدانم که مراتب تشکر و قدردانی خویش را به کسانی که بنده را در ویراستاری و نشر این کتاب یاری نموده‌اند ابراز دارم. بویژه جناب آقای دکتر محمد علی رهگذر و همچنین از مدیریت محترم انتشارات فدک ایساتیس جناب آقای مجیدرضا زروئی و آقایان رضا کرمی شاهنده و محمد کرمی شاهنده و سایر اساتید و سروران و دوستانی که مشوق و پشتیبان بوده‌اند سپاسگزارم.

محسن وزیری
تیرماه 1393
Vaziri.eng@gmail.com

فهرست مطالب

فصل 1 مباني ارتعاش 
1.1 سيستم ارتعاشي با پارامترهاي متمركز
1.2 سيستم با يك درجه آزادي
1.3 ارتعاش جبري (جرم- فنر)
1.4 حداكثر نيروي وارد بر بستر پي
1.5 ارتعاش آزاد و ميرا
1.6 ارتعاش جبري و ميرا
1.7 حداكثر نيروي وارد بر بستر پي
1.8 ارتعاش ناشي از جرم مواد (خارج از مركز)
1.9 سيستم‌هاي با دو درجه آزادي
1.10 تغيير مكان‌هاي دوگانه دوار در يك سيستم جرم- فنر (ارتعاش آزاد)

فصل 2 امواج تنش در محيط سه بعدي 
2.1 معادلات حركت در يك محيط ارتجاعي
2.2 تغيير مكان‌هاي نسبي
2.3 قانون هوك Hooke’s Law
2.4 امواج تنش در محيط‌هاي محدود ارتجاعي
2.5 امواج ارتجاعي طولي در يك ميله
2.6 امواج پيچشي در يك ميله(Torsinal waves in a Bar)
2.7 ارتعاشات طولي در ميله كوتاه (Longitudinal Vibration of short Bars)
2.8 معادلات امواج تنش در محيط‌هاي نامحدود ارتجاعي

فصل 4 مقاومت برشي خاك تحت بارگذاري سريع (Rapid) 
4.1 رس اشباع (saturated clay)
4.2 ماسه (Sand)
3.4 تعيين در آزمايشگاه (تجربي)
4.4 هاردين و ريچار 1963
5.4 لارنس (1965) و هاردين و بلاك (1968)
6.4 اندازه‌گيري تجربي ضريب كاهش لگاريتمي
7.4 نتايج كلي هال و ريچارت در مورد تغييرات در شن
8.4 انعكاس و شكست امواج جسمي ارتجاعي
9.4 اصولي براي شكست امواج مرتعش كننده (لايه‌بندي افقي)
4.10 بررسي شكست امواج در خاك‌ها با لايه‌بندي مايل
11.4 بررسي انعكاس در خاك
12.4 انعكاس در لايه‌بندي مايل
13.4 اكتشاف تحت الارضي بوسيله روش ارتعاشات پايدار
14.4 اكتشافات خاك بوسيله روش‌هاي پرتاب به بالاي چاه- پايين چاه- چاه‌هاي دوگانه
4.15 اكتشاف خاك به روش چاههاي دوگانه
16.4 تست بار صفحه‌اي متناوب
17.4 مقادير مدول برشي و نسبت استهلاك در ماسه (8and)
18.4 ارتباط ماسه به مقاومت نفوذ استاندارد
19.4 روابط سيد و ايدريس
20.4 مدول برش و ضريب استهلاك براي ماسه سفيد چسبنده

فصل 6 ظرفيت باربري ديناميكي پي سطحي
6.1 ظرفيت باربري ديناميكي پي سطحي
6.2 ظرفيت باربري نهايي ديناميكي در ماسه (Sand) در حالت سكون
3.6 نتايج كلي در مورد ظرفيت باربري نهايي ديناميكي براي پي سطحي در ماسه (sand)
5.6 ظرفيت باربري ديناميكي در رس(Bearing capacity in clay)
6.6 تحليل پي‌هاي صلب پلاستيك
7.6 بارگذاري قائم و گذرا بر پي (گسيختگي دوراني)

فصل 7 زلزله و ارتعاشات زمين
7.1 زلزله و ارتعاشات زمين
7.2 تعاريف بعضي از اصطلاحات مربوط به زلزله
3.7 چگونگي حركت سنگ‌ها هنگام زلزله
4.7 پريود عمده شتاب سنگ‌ها (پريود غالب)
5.7 ارتعاشات لايه‌هاي خاك
6.7 ارتعاش لايه‌هاي افقي خاك (رفتار ارتجاعي خطي)
7.7 ميزان دقت و ثبات تحليل سيستم جرم متمركز
7.8 ارتعاش لايه‌هاي خاك (رفتار غيرخطي)
9.7 تعداد تناوب‌هاي معادل تنش عمدة يكنواخت براي زلزله
7.10 روش بدست آوردن تناوب‌هاي معادل تنش‌ها (سيد 1975)

فصل 8 ديوار حائل 
8.1 فشارهاي جانبي زميني بر روي ديوارهاي حائل
8.2 تئوري فشار محرك زمين (مونونوب- اوكابه)
8.3 روش مونونوب- اوكابه (Mononobe- okabe)
8.4 روش ساده آرگو (1969)
8.5 تأثير پارامترهاي بر روي مقدار
8.6 روش‌هاي ترسيمي براي تعيين فشار محرك
8.7 مدل تست آزمايشگاهي براي تعيين
8.8 نقطه تأثير برآيند نيروهاي جانبي زمين
8.9 طراحي ديوارهاي حائل ثقلي بر مبناي تغيير مكان‌هاي محدود
8.10 تأثير فشارهاي هيدروديناميكي آب‌هاي منفذي

فصل 10 روان شدن ماسه‌هاي اشباع 
10.1 روان شدن ماسه‌هاي اشباع
10.2 مطالعات آزمايشگاهي براي شبيه‌سازي شرايط صحرائي براي روان شدن خاك
10.3 آزمايش سه محوري ديناميكي (سيدولي 1966)
10.4 نتايج اصلي بدست آمده از آزمايش سه محوري متناوب
10.5 تأثير پارامترهاي مختلف بر قابليت روانگرايي خاك
10.6 رسم منحني‌هاي استاندارد براي روان شدن اوليه
10.7 آزمايش برش ساده متناوب
10.8 تأثير شرايط آزمايش
10.9 تأثير نسبت بيش تحكيمي بر حداكثر مقدار جهت روان شدن
10.10 سرعت افزايش فشار آب منفذي اضافي بوجود آمده در آزمايش برشي ساده متناوب اشباع شده زهكشي نشده
10.11 روش تعيين روان شدن صحرايي
10.12 رابطه بين نتايج روان شدن آزمايشات سه محوري و شرايط صحرايي
10.13 نمودارهاي ارزيابي قابليت رواني در ارتباط با مقاومت نفوذ استاندارد
10.14 نمودارهاي ارزيابي قابليت رواني در ارتباط با مقاومت نفوذ استاندارد.