پایان نامه: تحلیل دو بعدی تنش – کرنش در محیط های سنگی اطراف تونل با رفتار الاستو- پلاستیک غیر خطی تحت بارهای برشی با روش اجزای محدود

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی عمران

گرایش :خاک و پی

عنوان : تحلیل دو بعدی تنش – کرنش در محیط های سنگی اطراف تونل با رفتار الاستو- پلاستیک غیر خطی تحت بارهای برشی با روش اجزای محدود

دانشگاه یاسوج

دانشکده فنی و مهندسی

گروه مهندسی عمران

 

 

پایان نامه‌ی کارشناسی ارشد رشته‌ی 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

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(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- داده­های 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 داده­های 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: نحوه­ی 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: نحوه­ی 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: نمونه­ای از المان ایزوپارامتریک 4 نقطه­ای در مختصات واقعی و تبدیل شده…………………………….64

شکل شماره29: نمونه­ای 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: نحوه­ی تقسیم­بندی 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 استفاده 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 می­دهند 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 نمی­شود پیدا کرد که به طور جامع و کامل بتواند تمام خواسته­های 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 نمی­شود. 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 می­شود.

در این پژوهش اهداف چندی مد­نظر می­باشد که عبارتند از

1-­­ مقایسه­ی 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؛ ومقایسه­ی 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 مقایسه­ی نتایج آن با یکی از نرم افزار­های تجاری

قابل ذکر است که کلیه­ی 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 : یازده هزار و دویست تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        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.

--  -- در صورتی که به خرید آنلاین اعتماد ندارید می توانید ایمیل خودتان و عنوان فایل در خواستی را به شماره 09309714541 پیامک کنید تا ابتدا ما فایل را برای شما بفرستیم و شما بعدا هزینه را کارت به کارت کنید.

مطالب مشابه را هم ببینید