دانشگاه یاسوج
دانشکده فنی و مهندسی
گروه مهندسی عمران
پایان نامهی کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران گرایش خاک و پی
تحلیل دو بعدی تنش – کرنش در محیط های سنگی اطراف تونل با رفتار الاستو- پلاستیک غیر خطی تحت بارهای برشی با روش اجزای محدود
استاد راهنما:
دکتر مهدی زمانی لنجانی
استاد مشاور:
دکتر شهابالدین حاتمی
مهر ماه0 139
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست مطالب
عنوان صفحه فصل اول: مقدمه 1-1- پیش گفتار………………………………………………………………………………………………………………………………………………..1 1-2- مروری بر تحقیقات انجام شده ………………………………………………………………………………………………………………..3 1-3- تاریخچه تونلسازی و سازههای زیر زمینی………………………………………………………………………………………………6 1-4- مروری برتکنیکهای عددی در مکانیک سنگ………………………………………………………………………………………..8 1-4-1- روش تفاضل محدود………………………………………………………………………………………………………………………10 1-4-2- روش اجزای محدود………………………………………………………………………………………………………………………12 1-4-2-1- روشهای مشبندی……………………………………………………………………………………………………………..14 1-4-3- روش اجزای مرزی………………………………………………………………………………………………………………………..15 1-4-4- روش المان گسسته………………………………………………………………………………………………………………………17 فصل دوم: طراحی فضاهای زیر زمینی 2-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..19 2-2- رفتار شکننده و خمیری ……………………………………………………………………………………………………………………….19 2-3- تعریف خرابی و شکست ……………………………………………………………………………………………………………………….20 2-4- طراحی فضای زیر زمینی …………………………………………………………………………………………………………………….22 2-5- بررسی تنشها در اطراف سازههای زیر زمینی …………………………………………………………………………………….23 2-5-1- تخمین تنش اولیه………………………………………………………………………………………………………………………..24 2-5-1-1- تنش عمودی……….. ……………………………………………………………………………………………………………..24 2-5-1-2- تنش افقی ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….26 2-5-2- تنش در اطراف حفرهی دایره شکل………………………………………………………………………………………………27 2-5-3- تنش در اطراف حفرهی بیضی شکل…………………………………………………………………………………………….30
فصل سوم: معیار شکست وتعیین ضرایب آنها 3-1- معیارهای دو بعدی…………………………………………………………………………………………………………………………………33 3-1-1- معیار بنیاوسکی……………………………………………………………………………………………………………………………..36 3-1-2- معیار هوک-براون………………………………………………………………………………………………………………………….36 3-2- تعیین ضرایب معیار ………………………………………………………………………………………………………………………………39 3-2-1- تئوری رگرسیون …………………………………………………………………………………………………………………………..39 3-2-2- تعیین ضرایب معیار هوک-براون………………………………………………………………………………………………….40 3-2-3- تعیین ضرایب معیار بنیاوسکی……………………………………………………………………………………………………..42 3-3- داده های آماری ……………………………………………………………………………………………………………………………………..43 3-4- نتایج……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….44 فصل چهارم: اصول روش اجزای محدود 4-1- روش باقیماندههای وزنی………………………………………………………………………………………………………………………..53 4-1- 1-روش گالرکین………………………………………………………………………………………………………………………………..54 4-1-1-1-روش اجزای محدود گالرکین…………………………………………………………………………………………………55 4-2- المانهای مثلثی……………………………………………………………………………………………………………………………………..57 4-2-1- فرمول توابع شکل لاگرانژ………………………………………………………………………………………………………………59 4-2-2- توابع شکل دو بعدی………………………………………………………………………………………………………………………59 4-3- المان مستطیلی………………………………………………………………………………………………………………………………………60 4-4- انتگرال عددی گوسین……………………………………………………………………………………………………………………………66 4-5- روشهای تکرار برای معادلات غیر خطی………………………………………………………………………………………………69 4-5- 1- روش تکرار شونده مستقیم………. ………………………………………………………………………………………………..69 4-5- 2- روش ماتریس مماسی………. ………………………………………………………………………………………………………..70 فصل پنجم: روش اجزای محدود در محیط الاستو پلاستیک دو بعدی 5-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..72 5-2- معیار تسلیم……………………………………………………………………………………………………………………………………………74 5-2-1- معیار تسلیم ترسکا………………………………………………………………………………………………………………………..75 5-2-2- معیار تسلیم موهر-کلمب………………………………………………………………………………………………………………76 5-3-رابطه تنش-کرنش در حالت الاستو پلاستیک……………………………………………………………………………………….76 5-4- معیار تسلیم هوک-براون……………………………………………………………………………………………………………………….81 5-4- 1- ویژگیهای سطح تسلیم………………………………………………………………………………………………………………82 5-4- 2- محاسبه ماتریس الاستو پلاستیک معیار هوک-براون…………………………………………………………………82 5-5- تحلیل تنش پلاستیک کامل………………………………………………………………………………………………………………….85
فصل ششم: نتایج 6-1-مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….87 6-1- 1- مثال 1………………………………………………………………………………………………………………………………………….87 6-1-2- مثال 2……………………………………………………………………………………………………………………………………………91 6-1-3- مثال 3……………………………………………………………………………………………………………………………………………93 6-1-4- مثال 4……………………………………………………………………………………………………………………………………………94 6-1-4-1- مشخصات سازه زیرزمینی…………………………………………………………………………………………………….95 6-1-4- مثال 5……………………………………………………………………………………………………………………………………………96 6-1-5- مثال 6……………………………………………………………………………………………………………………………………………98 6-1- 6- مثال7……………………………………………………………………………………………………………………………………………..102 منابع……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….106 پیوست شماره1: ترسیم ناحیه گسیختگی در محیط الاستیک توسط روش اجزای محدود………………………..110 پیوست شماره2: ترسیم ناحیه گسیختگی در محیط الاستیک توسط روابط تحلیلی……………………………….117 پیوست شماره 3: آنالیز ناحیه گسیختگی در محیط الاستو پلاستیک………………………………………………………..118
فهرست جدولها
عنوان و شماره صفحه شکل شماره1: مدل تحلیل شده توسط مرجع……………………………………………………………………………………………………….28 جدول شماره2: معیارهای دو بعدی تجربی سنگ………………………………………………………………………………………………….35 جدول شماره3: مقادیر ضرایب A وB با توجه به نوع سنگ………………………………………………………………………………….36 جدول شماره4: مقادیر تجربی m با توجه به نوع سنگ…………………………………………………………………………………………38 جدول شماره5: مقادیر داده های آزمایش سه محوری…………………………………………………………………………………………….43 جدول شماره6: نتایج رگرسیون و تعیین ضرایب معیار بنیاوسکی برای نمونهLimston……………………………………..45 جدول شماره7: نتایج رگرسیون و تعیین ضرایب معیار هوک-براون برای نمونهLimston………………………………….47 جدول شماره8: نتایج رگرسیون و تعیین ضرایب معیار بنیاوسکی برای نمونهSandston………………………………….49 جدول شماره3-8: نتایج رگرسیون و تعیین ضرایب معیار هوک-براون برای نمونهSandston………………………….51 جدول شماره10: مقادیر توابع وزنی و نقاط گوسین برای تقریبهای درجه ا تا4…………………………………………………67 جدول شماره11: محاسبهی شیبهای قطعات منحنی تنش کرنش نمونه سنگ 1……………………………………………..99 جدول شماره12: محاسبه شیبهای قطعات منحنی تنش کرنش نمونه سنگهای 2و1……………………………………..104
|
فهرست شکلها
عنوان و شماره صفحه شکل شماره1: مدل تحلیل شده توسط مرجع]7[……………………………………………………………………………………………………4 شکل شماره2: مدل تحلیل شده توسط مرجع]24[………………………………………………………………………………………………….5 شکل شماره3: روشهای اساسی تحلیل مکانیک سنگ توسط مرجع]7[………………………………………………………………..9 شکل شماره4: نحوه مشبندی روش تفاضل محدود…………………………………………………………………………………………..11 شکل شماره5: طرحی از مدل تفاضل محدود 5 نقطهای……………………………………………………………………………………….11 شکل شماره6: نمودار تنش کرنش جسم سخت، جسم چکشخوار……………………………………………………………………….21 شکل شماره7: انواع مدلهای رفتاری سنگ…………………………………………………………………………………………………………..22 شکل شماره8: نحوه توزیع تنش در عمق تودههای سنگی…………………………………………………………………………………24 شکل شماره9: نمودار تنش در برابر عمق تودههای سنگی…………………………………………………………………………………….25 شکل شماره10: تغییرات تنش قائم در محیطهای لایهبندی شده………………………………………………………………………..25 شکل شماره11: تغییرات ضریب تنش در برابر تغییر سربار……………………………………………………………………………………26 شکل شماره:12مولفههای تنش در اطراف محیط دایرهای در محیط الاستیک……………………………………………………28 شکل شماره13: تغییرات تنش مماسی در دیواره تونل در محیط الاستیک………………………………………………………….29 شکل شماره14: حفره بیضی شکل زاویهدار نسبت به تنشهای افقی و قائم،موازی تنشهای اصلی……………………30 شکل شماره15: رگرسیون تحت معیار بنیاوسکی برای نمونه Limston……………………………………………………………..46 شکل شماره16: رگرسیون تحت معیار هوک-براون برای نمونه Limston………………………………………………………….48 شکل شماره17: رگرسیون تحت معیار بنیاوسکی برای نمونه Sandston………………………………………………………….50 شکل شماره18: رگرسیون تحت معیار هوک-براون برای نمونه Sandston……………………………………………………….52 شکل شماره19: رگرسیون تحت معیار هوک-براون برای نمونه Sandston……………………………………………………….56 شکل شماره20: المان مثلثی سه نقطهای،6 نقطهای،10نقطهای……………………………………………………………………………57 شکل شماره21: المان مثلثی 3 نقطهای………………………………………………………………………………………………57 شکل شماره22: المان مستطیلی 4 نقطهای……………………………………………………………………………………………………………60
شکل شماره23: درجات آزادی المان مستطیلی 4 نقطهای……………………………………………………………………………………61 شکل شماره24: حوضهای به شکل ربع دایره………………………………………………………………………………………………………….62 شکل شماره25: مشبندی حوضه توسط المان مثلثی 3 نقطهای………………………………………………………………………….63 شکل شماره26: مشبندی حوضه توسط المان مستطیلی 4 نقطهای…………………………………………………………………….63 شکل شماره27: مشبندی حوضه توسط المان ایزوپارامتریک 4 نقطهای……………………………………………………………..64 شکل شماره28: نمونه ای از المان ایزوپارامتریک 4 نقطهای در مختصات واقعی و تبدیل شده…………………………….64 شکل شماره29: نمونه ای از المان ایزوپارامتریک 4 نقطهای در مختصات واقعیبه همراه مکان نقاط گوس درجه 2 و3…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….68 شکل شماره30: روش تکرار مستقیم برای مسئله یک متغیره……………………………………………………………………………….70 شکل شماره31: روش سختی مماسی یک مسئله یک متغیره……………………………………………………………………………….71 شکل شماره32: نمودار تنش کرنش جسم الاستوپلاستیک سخت شونده…………………………………………………………….75 شکل شماره33: سطح تسلیم فرضی و مشتقات آن نسبت به تنشهای اصلی………………………………………………………76 شکل شماره34: نمونه اشکال تنش در صفحه، کرنش در صفحه، متقارن محوری………………………………………………..79 شکل شماره35: پوش تسلیم هوک- براون در فضای تنشهای اصلی………………………………………………………………….81 شکل شماره36: پوش تسلیم هوک- براون در فضای تنشها یانحرافی………………………………………………………………..81 شکل شماره37: الگوریتم حل مسائل اجزای محدود در حالت الاستو پلاستیک…………………………………………………..83 شکل شماره38: تصویری کلی از تونل و مدل مورد نظر…………………………………………………………………………………………87 شکل شماره39: تصویری از شرایط مرزی اعمال شده بر روی ربع مدل………………………………………………………………..88 شکل شماره 40: ناحیه گسیختگی اطراف ربع تونل در محیط هوک-براون………………………………………………………….88 شکل شماره 41: ناحیه گسیختگی اطراف ربع تونل در محیط هوک-براون توسط نرم افزار………………………………..88 شکل شماره42: ناحیه گسیختگی اطراف تونل کامل در محیط هوک-براون توسط نرم افزار………………………………89 شکل شماره43: ناحیه گسیختگی اطراف تونل کامل در محیط هوک-براون………………………………………………………..89 شکل شماره44: ناحیه گسیختگی اطراف تونل کامل در محیط هوک-براون توسط نرم افزار………………………………89 شکل شماره45: ناحیه گسیختگی اطراف ربع تونل در محیط بنیاوسکی………………………………………………………………90 شکل شماره 46: ناحیه گسیختگی اطراف ربع تونل در محیط بنیاوسکی توسط نرم افزار……………………………………91 شکل شماره47: ناحیه گسیختگی اطراف تونل کامل در محیط بنیاوسکی……………………………………………………………91 شکل شماره48: خطوط تنش اصلی ماکزیمم ربع دایره…………………………………………………………………………………………92 شکل شماره49: خطوط تنش اصلی مینیمم ربع دایره…………………………………………………………………………………………..93 شکل شماره50: سطح گسیختگی اطراف تونل تحت بار برشی توسط نرم افزار…………………………………………………….93 شکل شماره51: سطح گسیختگی اطراف تونل تحت بار برشی توسط نرم افزار ADINA…………………………………….94 شکل شماره52: تصویری از شرایط تنشهای اصلی زاویهدار…………………………………………………………………………………95 شکل شماره53: دایره موهر کلمب برای استخراج تنشهای اصلی……………………………………………………………………….95 شکل شماره54: ناحیه گسیختگی تحت تنشهای اصلی با زاویه 30 نسبت به افق……………………………………………..97 شکل شماره55: ناحیه گسیختگی تحت تنشهای اصلی با زاویه 60 نسبت به افق………………………………………………98
شکل شماره56: نمودار تنش-کرنش فرضی برای نمونه سنگ شماره 1………………………………………………………………..99 شکل شماره57: نحوه تقسیم بندی نمودار تنش-کرنش فرضی برای نمونه سنگ شماره 1در قسمت غیر خطی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….100 شکل شماره 58: ناحیه گسیختگی اطراف ربع تونل در حالت الاستو پلاستیک توسط نرم افزار………………………100 شکل شماره 59: ناحیه گسیختگی اطراف ربع تونل در حالت الاستو پلاستیک توسط نرم افزار………………………101 شکل شماره60: کانتور تنشهای اصلی ماکزیمم در اطراف تونل توسط نرم افزار ADINA………………………………102 شکل شماره61: تصویر تونلی در محیط ناهمگن………………………………………………………………………………………………….102 شکل شماره62: نمودار تنش کرنش نمونه سنگ شماره 1………………………………………………………………………………….103 شکل شماره63: نمودار تنش کرنش نمونه سنگ شماره 2………………………………………………………………………………….104 شکل شماره63:گسیختگی اطراف تونل احداث شده در محیط ناهمگن……………………………………………………………..105 |
فصل اول
مقدمه
1-1- پیش گفتار:
امروزه علم مکانیک سنگ و مهندسی سازههای زیرزمینی از مهمترین شاخههای مهندسی ژئوتکنیک گردیده است.گواه این ادعا گسترش روز افزون نرم افزارهای تحلیل سازههای زیر زمینی و شیبهای سنگی میباشد. مهمترین خواسته یک طراح تونل در تحلیل سازههای زیر زمینی بدست آوردن ناحیهی گسیختگی، تنش و تغییر مکان در نقاط مختلف اطراف این سازه میباشد. این نتایج بسیار حیاتی میباشند. با بهره گرفتن از این نتایج میتوان مناطقی که نیاز به تقویت دارد را تعیین نمود. گرچه راه حلهای دقیق زیادی برای تحلیل محیطهای سنگی تاکنون ارائه شده است اما با توجه به محدودیتهای روشهای تحلیلی در مدل کردن محیطهایی با رفتار الاستو پلاستیک، ناهمگن، غیر ایزوتروپ، شرایط مرزی پیچیده، اشکال پیچیده تونل و… علاقه به استفاده از روشهای عددی روز به روز گسترش یافته است. از میان تمام روشهای عددی روش اجزای محدود[1] به دلیل سادگی و انعطافپذیری بیشتر، بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
گرچه در اکثر تحقیقات انجام یافته، رفتار سنگ را الاستیک خطی در نظر میگیرند اما آزمایشات مقاومت سه محوری نشان می دهند که رفتار اکثر سنگها الاستو پلاستیک غیر خطی میباشد. با توجه به توانایی روش اجزای محدود، مدل کردن گسیختگی این رفتار کار مشکلی به نظر نمیرسد. علاوه بر روش
تحلیل، معیار مورد استفاده برای تحلیل نیز بسیار مهم است. معیار گسیختگی باید بتواند به خوبی رفتار محیط سنگی در شرایط مختلف بارگذاری را مدل کند. معیارهای تجربی زیادی تاکنون ارائه گردیده است اما مهمترین و اجراییترین آنها، معیار هوک-براون[2] و معیار بنیاوسکی[3] میباشد که هر دو در کارهای اجرایی کاربرد فراوان دارند.
امروزه نرمافزارهای زیادی در مورد تحلیل فضاهای زیر زمینی وجود دارد که هر یک متکی بر یک روش تحلیلی یا عددی میباشند. اما با تمام تفاسیرهیچ نرم افزار مشخصی را نمی شود پیدا کرد که به طور جامع و کامل بتواند تمام خواسته های یک مهندس تونل را برآورده کند. این خواستهها شامل
1- ترسیم نواحی گسیختگی اطراف تونل به صورت مشخص و واضح
2- پوشش دادن تمامی معیارهای موجود اعم از تئوری و تجربی
3- مدل کردن تمامی مدلهای رفتاری اعم از الاستیک خطی، الاستو پلاستیک غیر خطی، الاستیک غیر خطی..
4- مدل کردن رفتاری محیطهای سنگی ناهمگن، غیر ایزوترپ،درزهدارو..
5- تاثیر المانهای تقویتکننده مانند راکبولت و طراحی پوشش محافظ داخلی
منظور نگارنده از ارائه این بحث آن است که هیچ نرم افزار جامع و کاملی که بتواند تمامی ملاکهای مورد نیاز برای همه نوع تحلیل را داشته باشد، یافت نمی شود. در نتیجه با تمامی این امکانات هنوز برنامه نویسی در بحث تونل و شیبهای سنگی،برای اهداف خاصی که نرمافزار قادر به پوشش آن نیست، فراوان انجام می شود.
در این پژوهش اهداف چندی مدنظر میباشد که عبارتند از
1- مقایسه ترسیمی بین نواحی گسیختگی یک سازهی زیر زمینی در شرایط بارگذاری یکسان، تحت دو معیار هوک-براون وبنیاوسکی در یک محیط سنگی با رفتار الاستیک؛ ومقایسه آن با جوابهای تحلیلی ارئه شده
2- تاثیر بار برشی بر نواحی گسیختگی اطراف تونل
3- ارائه مدل رفتاری الاستو پلاستیک غیر خطی با معیار هوک و براون و مقایسه نتایج آن با یکی از نرم افزارهای تجاری
قابل ذکر است که کلیه مراحل برنامه نویسی در محیط متلب[4] انجام یافته است.
[1]-Finite Element Method
[2]-Hoek&Brown
[3]-Benyavsky
[4]–Matlab
تعداد صفحه : 178
قیمت :14700 تومان
بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد
و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.
پشتیبانی سایت : * serderehi@gmail.com
در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.
14,700 تومانافزودن به سبد خرید