FEFLOW نرم افزار تخصصی رشته های آب

صنعت محیط زیست امروزه نیاز بیشتری به مدلسازی جریان آبهای زیرزمینی و انتقال املاح با مدل های عددی دارد. مدلسازی سه بعدی MODFLOW  و MODPATH از مدل های بسیار کاربردی می باشد ولی این مدل ها توانایی مدلسازی محیطهای زمین شناسی پیچیده، توپوگرافی پیچیده، شکستگی، جریان اشباع نشده، جریان وابسته به چگالی و انتقال گرما را به خوبی FEFLOW  ندارند. در واقع هیچ یک از این مدل ها به خوبی FEFLOW توانایی انجام موارد فوق را ندارند.

ویدئوی زیر دموی نرم افزار FEFLOW را نشان می دهد. دیدن این ویدئو به درک بهتر از این نرم افزار کمک می کند.

 در طول زمان مدل های مختلفی جهت مدسازی سه بعدی جریان و انتقال آلودگی آب های زیرزمینی از جمله MODflow, MODpath و MT3D ایجاد شده و هنوز در سطح گسترده ای از آنها استفاده می شود.

متاسفانه هنگامی با مسئله مبهم و پیچیده مثل جریان در محیط غیر اشباع، جریام وابسته به چگالی (نفوذ آب شور)، انتقال حرارت (ترمال ها) و یا پیچیدگی های خاص زمین شناسی مدل های مذکور نمی توانند شرایط را مدل و شبیه سازی کنند و در این شرایط غیر استفاده می باشند و در صورت ضرورت استفاده از آنها می بایست شرایط را بسیار ساده کرد تا قابل حل با این مدل ها شود. اما FEFLOW با داشتن ابزارهای خاصی بدون آسان کردن شرایط هیدروژئولوژیکی می توان سخت ترین مدلهای آب زیرزمینی را مدل کرد.

FEFLOW  براساس روش عددی المان محدوده طراحی شده که با داشتن ابزارهای قوی گرافیکی و تحلیلی از جمله الگاریتم های بزرگ عددی توانسته است بعنوان اولین پکیچ نرم افزاری کامل جهت مدلسازی آب زیرزمینی معرفی شود. برخی از این الگاریتم های بزرگ عبارتند از:

Density-dependent flow -salt water intrusion-
Transient or steady-state flow-
Saturated and unsaturated flow-
Multiple free surfaces-
Mass and heat transport-

از مولفه های اصلیFEFLOW  می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • وجود ابزارهای گرافیکی جهت ایجاد شبکه های المان محدود (finite element mesh: FEM)
  • طراحی ویژگی های زون ها و ایجاد شرایط مختلف مرزی
  • ورودی و درون یابی دیتاها و لینک شدن به GIS
  • تعیین تمام پارامترهای ضروری جریان و انتقال آلودگی
  • الگاریتم های بزرگ عددی و تکنیک های تحلیلی قوی شبیه سازی چاه های ترمالی
  • تحلیل و تفسیر داده های زمانی واقعی (real time data)
  • ابزارهای سه بعدی

اپلیکیشن های حرفه ای زیادی درFEFLOW  دیده می شود که می توان تمام مدل های پیچیده  آب زیرزمینی را شبیه سازی کرد. از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

Groundwater Modeling-
Contaminant Transport-
Seawater Intrusion-
Nuclear Waste Disposal-
Mine Dewatering-
Groundwater Remediation-
Dam Seepage-
Aquifer Recharge-

این نرم افزار برنامه ای به منظور شبیه سازی سه بعدی مدل های پیچیده با رابط کاربری بسیار آسان و گرافیکی است. از دیگر توانایی های این نرم افزار می توان به موارد زیر اشاره داشت:

  • مدلسازی جریان پایدار و ناپایدار
  • مدلسازی محیط های با درصد اشباع متغیر
  • مدلسازی جریان های وابسته به چگالی
  • مدلسازی انتقال گرما و جرم  (Mass Transport)
  • مدلسازی جریان در محیط دارای شکستگی
  • مدلسازی جریان در سفره های چند لایه

این نرم افزار به زودی از مجموعه وبسایت علوم زمین عرضه خواهد گشت. به بخش نرم افزارهای تخصصی مراجعه نمایید.

میداس 2017

 نسخه جدید نرم افزار ژئوتکنیکی Midas Gts Nx در تاریخ ژوئن 2017 عرضه گشت. این ورژن همانند نسخه های پیشین دستخوش تغییرات و بهینه سازی هایی بوده که در فایل زیر در قالب یک فایل pdf به این تغییرات به صورت تیتروار اشاره گشته است. 

    

کاربرد نرم افزار در ژئوتکنیک: شیب و شیروانی

ملاحظات طراحی:

- پایداری کلی

- مسلح سازی

- پایداری بلند مدت ( زلزله / فصل بارندگی)

- فشار آب

- ساخت پیاپی ( شیروانی پله ای / مایل)

 

روش حل :

تحلیل سه بعدی به روش اجزا ء محدود شیروانی ها نتایج  با جزئیات بالا  تولید می کند که نتایج به دست آمده از آن دقیق تر از آنالیز شیروانی به روش تعادل حدی دو بعدی می باشد. بنابراین به دلیل پیچیدگی و زمان بر بودن تحلیل سه بعدی به روش اجزاء محدود باعث می شود مهندسین طراح ژئو تکنیک ترجیحاً از روش تعادل حدی دو بعدی استفاده نمایند.

نرم افزار GTS NX دارای یک محیط تعاملی کاربر پسند بوده و می تواند بر این محدودیت های مدل سازی غلبه نماید. این گزینه ها می توانند باعث بالا رفتن دقت و کارآیی  تحلیل پایداری شیروانی به روش اجزاء محدود گردند. همچنین نرم افزار می تواند تمامی نتایج ضروری در تحلیل شیروانی را محاسبه نماید: نتایج نیروهای برشی، تغییر شکل ها و ضریب اطمینان . آنالیز شیروانی های دارای لایه بندی مختلف  که دارای اندرکنش خاک و سازه بوده و تحلیل شیروانی حین ساخت مرحله خاک ریزهای واقع بر فونداسیون های مستقر بر رس نرم نیز جزء قابلیت های نرم افزار می باشد .

 

تحلیل پایداری شیروانی :

پایداری شیروانی برای یک خاکریز یا گود برداری وحفاری یکی از مهمترین مسائل در مهندسی ژئوتکنیک می باشد. شیروانی ها همواره دارای یک انرژی پتانسیل رانشی تحت اثروزن خود ناشی از شتاب ثقل میباشند که اگر نیروهای خارجی از قبیل فشار آب حفره ای، بارگذاری اعمالی، زلزله ونیروی امواج، ... بر روی آن اثر نماید، می توانند بر روی پایداری شیروانی اثرات ناپایداری مضاعف داشته باشند.

اگرمقدار تنش برشی داخلی ایجاد شده درخاک ناشی از نیرو های خارجی و وزن خودشیروانی بزرگ تر ازمقدار مقاومت برشی خاک آن گردد،گسیختگی شیروانی می تواند رخ دهد . محاسبه ضریب اطمینان گسیختگی شیروانی ناشی از تنش برشی و نیروهای برشی، تحلیل پایداری شیروانی نامیده می شود.

روش های تحلیل پایداری شیروانی در نرم افزار میداس عبارتند از:

- روش کاهش مقاومت (Strenght Reduction Method) (SRM)

درروش اجزاء محدود، آنالیز پایداری شیروانی یک تحلیل عددی است که ضریب اطمینان حداقل و رفتار گسیختگی شیروانی را با بکارگیری اشکال مختلف شرایط مرزی و بارگذاری محاسبه مینماید. روش کاهش مقاومت می تواند برای شبیه سازی فرآیند گسیختگی شیروانی بدون لحاظ نمودن هرگونه پیش فرض های قبلی، مورد استفاده قرار گیرد. همچنین می تواند در مسائل تقارن محوری سه بعدی به کار رود . در این روش به صورت تدریجی مقاومت برشی (چسبندگی) خاک و زاویه اصطکاک داخلی آن{ϕ} کاهش می یابد تا جائیکه محاسبات همگرا نگردد و نهایتا این نقطه واگرایی محاسباتی به عنوان نقطه گسیختگی شیروانی در نظر گرفته می شود. نسبت کاهش مقاومت برشی حداکثر بدست آمده در این نقطه برای محاسبه ضریب اطمینان حداقل شیروانی مورد استفاده قرار می گیرد. 

- روش تحلیل تنش بر اساس تئوری تعادل حدی (Stress Analysis Method) (SAM)

این روش  برای اولین به جهت انجام آنالیز تنش بر روی شیروانی و محاسبه ضریب اطمینان برای سطوح لغزش مجازی مختلف با استفاده از فرضیات تئوری تعادل حدی ایجاد گردید. در این روش حداقل ضریب اطمینان محاسبه شده درتمامی سطوح لغزش مجازی احتمالی به عنوان ضریب اطمینان شیروانی فرض شده وهمان مقطع عرضی بحرانی شیروانی معرفی میگردد. البته این روش فقط در محیط دو بعدی می تواند مورد استفاده قرار گیرد و در محیط سه بعدی قابل استفاده نمی باشد.

 

تحلیل  ساخت مرحله ای:

این نوع تحلیل می تواند جهت شبیه سازی فرایند ساخت محیط خاکی وسنگی با استفاده از روش عددی مورد استفاده قرار گیرد که شامل فازهای متعدد و پیاپی از شرایط مرزی و بارگذاری و نیز المان هایی که در هر مرحله به مدل اضافه و یا حذف می شوند، میگردد. این تغییر شرایط مرزی و بارگذاری یا المان ها در ابتدای هر گام اعمال می شود. نرم افزار جهت ساخت مرحله ای می تواند انواع روش های تحلیلی زیر را انجام دهد:

- تحلیل تنش – شیروانی

آنالیز پایداری شیروانی و تنش در حین فرآیند ساخت

- تحلیل تراوش

آنالیز مرحله به مرحله تراوش پایدار( Steady State) و وابسته به زمان ( Transient)

- تحلیل کوپل تنش-تراوش- پایداری شیروانی

- تحلیل تحکیم : برای تغییرات محیطی و روند ساخت خاکریز

- تحلیل کوپل کامل تنش- تراوش

این نوع تحلیل شامل آنالیز تنش به همراه پدیده تراوش وابسته به زمان ( Transient) می باشد.

هنگامیکه یک تحلیل ساخت مرحله ای اجرا می شود، شرایط زیر باید در آن لحاظ گردد:

- اضافه نمودن/ حذف  المان ها

- بارگذاری- باربرداری وزن

-  تغییر در شرایط مرزی

- تغییر در خواص مصالح سنگی و خاکی

- تعریف فاکتور توزیع بار

- در نظر گرفتن مرحله به مرحله سطح تراز آب زیر زمینی

- آنالیز زهکشی شده و زهکشی  نشده

- صفر کردن جا به جایی ها

- آنالیز تنش برای مرحله ساخت اولیه ( در نظر گرفتن شرایط )

 

تحلیل کوپل کامل تنش- تراوش :

محاسبه تنشهای ایجاد شده در خاک به همراه پدیده تراوش توأم با آن، وابسته به نحوه کوپل کردن به روش های مختلفی طبقه بندی می شود. ساده ترین روش اینست که ابتدا با انجام تحلیل تراوش، توزیع فشار آب حفره ای رادرمحیط مدل بدست آورده و مقادیرحاصله رابا استفاده از معادلات مربوطه به مقادیر تنش مؤثر یا تنش کل محاسبه ای از تحلیل تنش انجام گرفته درگام بعدی اضافه نمائیم. چنین روشی،آنالیز پشت سرهم نامیده می شود. این روش می تواند برای یافتن حالت تنش استاتیکی یک جریان پایدار آب زیرزمینی مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین چون تغییر شکل ناشی ازمحاسبات آنالیز تنش هیچ تأثیری بر پدیده تراوش ندارد، کوپل دوگانه(کوپل دوطرفه) انجام نشده است .

آنالیز کوپل کامل تنش- تراوش یک روش کوپل دوطرفه بین آنالیز تراوش و تنش می باشد، یعنی هر دو نوع آنالیز برای حل معادلات تعادل بصرورت کوپل مشارکت دارند وبررویهم اثرمیگذارندکه در شرایط واقعی نیزاینحالت راداریم و می توان در هر زمان از فرآیند ساخت مدل، مقادیرتغییرات فشار آب حفره ای به همراه تغییرات تنش و تغییر شکل  را همزمان محاسبه نموده و نمایش داد.

آنالیز تحکیم با فرض اینکه فشار آب حفره ای در حالت پایدار باقی بماند  شروع شده ومیتواند برای مشاهده تغییرات ایجادشده فشار آب حفره ای اضافی مورد استفاده قرارگیرد. به بیان دیگر این نوع آنالیز برای شبیه سازی چگونگی تغییرات فشار آب حفره ای اضافی به همراه تغییرات شرایط مرزی و بارگذاری است.

آنالیز کوپل کامل تنش – تراوش فرض باقیماندن  فشار آب حفره ای در حالت پایدار را در نظر نمی گیرد. بنابراین برای شبیه سازی پدیده تراوش وابسته به زمان ( Transient) و انالیز تنش و پایداری در شرایط بحرانی دریک شکل کاملا کوپل همزمان مناسب می باشد. بر خلاف آنالیز تحکیم ، میتوان تغییرات ایجاد شده درشرایط مرزی ترواش وابسته به زمان ونرخ جریان مرزیرا تعریف نمود.یعنی در این نوع تحلیل، استفاده از تمامی شرایط مرزی تراوش ، شرایط بارگذاری سازه ای و مرزی استاتیکی قابل استفاده میباشد.

این نوع تحلیل میتواندبرای تحلیل پایداری محیط خاکی وسنگی درشرایط بارندگی شدیدیا تحلیل پایداری بزرگ مقیاس سدهای خاکی درشرایط تغییرات شدید سطح تراز آب پشت سد بکاررود. کلیه شرایط مرزی تراوش قابل تعریف درنرم افزار ( Head/Flux ) می تواند نه تنها  برای تحلیل تغییرات فشار آب حفره ای اضافی ، بلکه برای تحلیل تحکیم که تغییرات فشار آب حفره ای کل را در نظر می گیرد، مورد استفاده قرار گیرد.

 

نگارنده:   رضا پیران

پی و شمع

ملاحظات طراحی:

-  باربری اصطکاک جداری/ نوک / شمع

-  رفتار گروه شمع

-  جا به جایی جانبی

-  سطح تراز آب زیر زمینی

-  نشست های غیر یکنواخت

-  توزیع تنش

-  انواع شمع از نظر ساخت

 

روش حل:

نرم افزار GTN NX دارای یک محدوده آنالیزی کامل پی ها و شمع های عمیق می باشد. بنابراین می توانیم پی های گسترده  و نواری، شمع ها، فونداسیون های متکی بر شمع و تمامی انواع فونداسیون های موجود در شاخه مهندسی ژئوتکنیک را تحلیل نماییم. از طریق پس پردازش پیشرفته می توانیم حرکت افقی و جانبی فونداسیون ها و شمع ها و ظرفیت باربری آنها و همچنین نشست های یکنواخت و غیر یکنواخت حاصله را به دست آوریم. همچنین نرم افزار دارای یک مزیت منحصر به فرد در شبیه سازی رفتار گروه شمع می باشد، که می تواند با تعیین ظرفیت باربری نهایی گروه شمع مقدار قابل ملاحظه ای از زمان را صرفه جویی نماید.

توانایی های تحلیل فونداسیون نرم افزار برای بررسی اثرات ساخت پی های  جدید بر روی سازه های موجود توسعه یافته اند به طوری که می توان به صورت کامل نشست آنها را مورد مطالعه قرار داده و کاهش پایداری سازه های مجاور ناشی از اضافه بارگذاری ایجاد شده طی ساخت این پی ها مورد ارزیابی قرار گیرد.

 

تحلیل استاتیکی غیر خطی:

تمامی پدیده های فیزیکی مشمول رفتار غیر خطی می باشند. رفتار خاک یا المان های سازه ای نیز از این قاعده مستثنی نیستند. این روش برای شبیه سازی رفتار غیرخطی خاک در حالتی که تغییرات به همراه زمان کوچک بوده و می تواند نادیده گرفته شود مورد استفاده قرار می گیرد. نرم افزار ، رفتار غیر خطی را در حالت زیر می تواند لحاظ نماید:

-  مصالح غیر خطی : وقتی اتفاق می افتد که روابط تنش و کرنش غیر خطی گردد. اغلب مصالح خاکی دارای این رفتار غیر خطی هستند.

-  هندسه غیر خطی : اگر روابط کرنش –جابه جایی غیر خطی گردد، فرض خطی دیگر قابل استفاده نخواهد بود وقتی که جابه جایی بزرگ شده یا تغییر شکل های چرخشی زیاد شوند.

-  شرایط مرزی و بارگذاری غیر خطی: در این مورد، رفتار غیر خطی المان های اینتر فیس یا تغییر جهت بارگذاری ناشی از کرنش لحاظ می گردد.

نرم افزار می تواند تمامی رفتار غیر خطی ذکر شده فوق را در تحلیل در نظر بگیرد. آنالیز غیر خطی به دلیل محاسبات تکراری، دارای زمان حل بیشتری می باشد.

 

تحلیل  ساخت مرحله ای:

این نوع تحلیل می تواند جهت شبیه سازی فرایند ساخت محیط خاکی وسنگی با استفاده از روش عددی مورد استفاده قرار گیرد که شامل فازهای متعدد و پیاپی از شرایط مرزی و بارگذاری و نیز المان هایی که در هر مرحله به مدل اضافه و یا حذف می شوند، میگردد. این تغییر شرایط مرزی و بارگذاری یا المان ها در ابتدای هر گام اعمال می شود. نرم افزار جهت ساخت مرحله ای می تواند انواع روش های تحلیلی زیر را انجام دهد:

-  تحلیل تنش – شیروانی

آنالیز پایداری شیروانی و تنش در حین فرآیند ساخت

-  تحلیل تراوش

آنالیز مرحله به مرحله تراوش پایدار( Steady State) و وابسته به زمان ( Transient)

-  تحلیل کوپل تنش-تراوش- پایداری شیروانی

-  تحلیل تحکیم : برای تغییرات محیطی و روند ساخت خاکریز

-  تحلیل کوپل کامل تنش- تراوش

این نوع تحلیل شامل آنالیز تنش به همراه پدیده تراوش وابسته به زمان ( Transient) می باشد.

هنگامیکه یک تحلیل ساخت مرحله ای اجرا می شود، شرایط زیر باید در آن لحاظ گردد:

-  اضافه نمودن/ حذف  المان ها

-  بارگذاری- باربرداری وزن

-  تغییر در شرایط مرزی

-  تغییر در خواص مصالح سنگی و خاکی

-  تعریف فاکتور توزیع بار

-  در نظر گرفتن مرحله به مرحله سطح تراز آب زیر زمینی

-  آنالیز زهکشی شده و زهکشی  نشده

-  صفر کردن جا به جایی ها

-  آنالیز تنش برای مرحله ساخت اولیه ( در نظر گرفتن شرایط )

 

تحلیل کوپل کامل تنش- تراوش :

محاسبه تنشهای ایجاد شده در خاک به همراه پدیده تراوش توأم با آن، وابسته به نحوه کوپل کردن به روش های مختلفی طبقه بندی می شود. ساده ترین روش اینست که ابتدا با انجام تحلیل تراوش، توزیع فشار آب حفره ای رادرمحیط مدل بدست آورده و مقادیرحاصله رابا استفاده از معادلات مربوطه به مقادیر تنش مؤثر یا تنش کل محاسبه ای از تحلیل تنش انجام گرفته درگام بعدی اضافه نمائیم. چنین روشی،آنالیز پشت سرهم نامیده می شود. این روش می تواند برای یافتن حالت تنش استاتیکی یک جریان پایدار آب زیرزمینی مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین چون تغییر شکل ناشی ازمحاسبات آنالیز تنش هیچ تأثیری بر پدیده تراوش ندارد، کوپل دوگانه(کوپل دوطرفه) انجام نشده است .

آنالیز کوپل کامل تنش- تراوش یک روش کوپل دوطرفه بین آنالیز تراوش و تنش می باشد، یعنی هر دو نوع آنالیز برای حل معادلات تعادل بصرورت کوپل مشارکت دارند وبررویهم اثرمیگذارندکه در شرایط واقعی نیزاینحالت راداریم و می توان در هر زمان از فرآیند ساخت مدل، مقادیرتغییرات فشار آب حفره ای به همراه تغییرات تنش و تغییر شکل  را همزمان محاسبه نموده و نمایش داد.

آنالیز تحکیم با فرض اینکه فشار آب حفره ای در حالت پایدار باقی بماند  شروع شده ومیتواند برای مشاهده تغییرات ایجادشده فشار آب حفره ای اضافی مورد استفاده قرارگیرد. به بیان دیگر این نوع آنالیز برای شبیه سازی چگونگی تغییرات فشار آب حفره ای اضافی به همراه تغییرات شرایط مرزی و بارگذاری است.

آنالیز کوپل کامل تنش – تراوش فرض باقیماندن  فشار آب حفره ای در حالت پایدار را در نظر نمی گیرد. بنابراین برای شبیه سازی پدیده تراوش وابسته به زمان ( Transient) و انالیز تنش و پایداری در شرایط بحرانی دریک شکل کاملا کوپل همزمان مناسب می باشد. بر خلاف آنالیز تحکیم ، میتوان تغییرات ایجاد شده درشرایط مرزی ترواش وابسته به زمان ونرخ جریان مرزیرا تعریف نمود.یعنی در این نوع تحلیل، استفاده از تمامی شرایط مرزی تراوش ، شرایط بارگذاری سازه ای و مرزی استاتیکی قابل استفاده میباشد.

این نوع تحلیل میتواندبرای تحلیل پایداری محیط خاکی وسنگی درشرایط بارندگی شدیدیا تحلیل پایداری بزرگ مقیاس سدهای خاکی درشرایط تغییرات شدید سطح تراز آب پشت سد بکاررود. کلیه شرایط مرزی تراوش قابل تعریف درنرم افزار ( Head/Flux ) می تواند نه تنها  برای تحلیل تغییرات فشار آب حفره ای اضافی ، بلکه برای تحلیل تحکیم که تغییرات فشار آب حفره ای کل را در نظر می گیرد، مورد استفاده قرار گیرد.

 

نگارنده:   رضا پیران

کاربرد نرم افزار در ژئوتکنیک: تونل

ملاحظات طراحی:

-  آزادسازی تنش

-  روش های حفاری

-  سطح تراز آب

-  مسلح سازی

-  وضعیت خاکی و سنگی پروژه

-  ضریب فشار خاک

 

روش حل:

نرم افزار GTN NX برای مدل سازی و تحلیل فرآیند ساخت تونل ها، شامل : شبیه سازی حفاری های مرحله ای داخل تونل،تونلهای متقاطع،روشهای مختلف اجرایی ازقبیل TBM و NATM و نصب المان های مسلح کننده دیواره تونل به صورت کامل تجهیز شده است.حتی برای راحتی کار بیشتر،نرم افزار 2 ابزار پیشرفته برای رسم و مدل سازی کامل تونلها پیش بینی نموده است.

آنالیز تونل به روش TBM می تواند برای محاسبه حداکثر نیروهای محوری، نیروهای برشی، لنگرهای خمشی و جابه جایی های شعاعی تونل در هر مرحله از فرآیند ساخت مرحله ای آن انجام گیردویک آنالیز کامل بدون نقص پیش روی طراح قراردهد.

همچنین نرم افزار می تواند انواع مختلف لاینینگ تونل از قبیل : محیط سنگی غیر مسلح ، شاتکریت مسلح و سیستم های بتنی نگهدارنده را آنالیز نموده و با اعمال بارگذاری های متعدد بر روی سطح دیواره تونل تنش های قائم خاک و فشارهای وارده روی سطح تونل را محاسبه نمود، سپس مقادیرلنگر ها و  نیروهای حاصله برای هر المان لاینینگ را محاسبه میگردند.

 

تحلیل استاتیکی خطی:

در این روش فرض می شود که مصالح خاکی و سنگی رفتار الاستیک خطی دارند و برای تعیین ویژگی های رفتاری حین اعمال بارگذاری به کار می روند. مصالح خاکی در مراحل اولیه بارگذاری فقط خواص الاستیک خطی را  نمایش می دهند، که یک کرننش کوچک تولید شده است. بنابراین چون این نوع آنالیز گسیختگی و روابط خطی ایده آل تنش –کرنش را در نظر نمیگیرد، به صورت گسترده ای در تحلیل ساده از قبیل شناسایی توزیع تنش یا تمرکز تنش در حالت برجای خاک مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع تحلیل می تواند به عنوان یک شکل خاص از رفتار غیر خطی دیده شود ولی به دلیل ساده سازی های انجام شده در این روش، آنالیز استاتیکی خطی به عنوان یک روش جداگانه در نظر گرفته شده است. این روش شامل تحلیل دینامیکی خطی با استفاده از رفتار الاستیک مصالح  می باشد. همچنین رفتار غیر خطی (فقط تنشی ، فقط فشاری و رفتار الاستیک غیر خطی) المان های اتصال الاستیک یا المان های مصلح کننده نادیده گرفته می شوند و این المان ها به عنوان مصالح الاستیک در تحلیل در نظر گرفته می شوند.  این روش برای مشاهده رفتار تقریبی خاک و سازمان دهی شرایط ابتدایی مراحل ساخت یا انجام تحلیل لاینینگ تونل مفید می باشد.

این روش به محاسبات  بازگشتی نیازی ندارد و بنابراین زمان تحلیل کوتاه می باشد. نرم افزار در این روش فشار آب حفره ای را در نظر گرفته و شرایط زهکشی شده و زهکشی نشده مصالح الاستیک را می تواند لحاظ نماید.

 

تحلیل استاتیکی غیر خطی:

تمامی پدیده های فیزیکی مشمول رفتار غیر خطی می باشند. رفتار خاک یا المان های سازه ای نیز از این قاعده مستثنی نیستند. این روش برای شبیه سازی رفتار غیرخطی خاک در حالتی که تغییرات به همراه زمان کوچک بوده و می تواند نادیده گرفته شود مورد استفاده قرار می گیرد. نرم افزار ، رفتار غیر خطی را در حالت زیر می تواند لحاظ نماید:

-  مصالح غیر خطی : وقتی اتفاق می افتد که روابط تنش و کرنش غیر خطی گردد. اغلب مصالح خاکی دارای این رفتار غیر خطی هستند.

-  هندسه غیر خطی : اگر روابط کرنش –جابه جایی غیر خطی گردد، فرض خطی دیگر قابل استفاده نخواهد بود وقتی که جابه جایی بزرگ شده یا تغییر شکل های چرخشی زیاد شوند.

-  شرایط مرزی و بارگذاری غیر خطی: در این مورد، رفتار غیر خطی المان های اینتر فیس یا تغییر جهت بارگذاری ناشی از کرنش لحاظ می گردد.

نرم افزار می تواند تمامی رفتار غیر خطی ذکر شده فوق را در تحلیل در نظر بگیرد. آنالیز غیر خطی به دلیل محاسبات تکراری، دارای زمان حل بیشتری می باشد.

 

تحلیل  ساخت مرحله ای:

این نوع تحلیل می تواند جهت شبیه سازی فرایند ساخت محیط خاکی وسنگی با استفاده از روش عددی مورد استفاده قرار گیرد که شامل فازهای متعدد و پیاپی از شرایط مرزی و بارگذاری و نیز المان هایی که در هر مرحله به مدل اضافه و یا حذف می شوند، میگردد. این تغییر شرایط مرزی و بارگذاری یا المان ها در ابتدای هر گام اعمال می شود. نرم افزار جهت ساخت مرحله ای می تواند انواع روش های تحلیلی زیر را انجام دهد:

-  تحلیل تنش – شیروانی

آنالیز پایداری شیروانی و تنش در حین فرآیند ساخت

-  تحلیل تراوش

آنالیز مرحله به مرحله تراوش پایدار( Steady State) و وابسته به زمان ( Transient)

-  تحلیل کوپل تنش-تراوش- پایداری شیروانی

-  تحلیل تحکیم : برای تغییرات محیطی و روند ساخت خاکریز

-  تحلیل کوپل کامل تنش- تراوش

این نوع تحلیل شامل آنالیز تنش به همراه پدیده تراوش وابسته به زمان ( Transient) می باشد.

هنگامیکه یک تحلیل ساخت مرحله ای اجرا می شود، شرایط زیر باید در آن لحاظ گردد:

-  اضافه نمودن/ حذف  المان ها

-  بارگذاری- باربرداری وزن

-  تغییر در شرایط مرزی

-  تغییر در خواص مصالح سنگی و خاکی

-  تعریف فاکتور توزیع بار

-  در نظر گرفتن مرحله به مرحله سطح تراز آب زیر زمینی

-  آنالیز زهکشی شده و زهکشی  نشده

-  صفر کردن جا به جایی ها

-  آنالیز تنش برای مرحله ساخت اولیه ( در نظر گرفتن شرایط )

 

تحلیل کوپل کامل تنش- تراوش:

محاسبه تنشهای ایجاد شده در خاک به همراه پدیده تراوش توأم با آن، وابسته به نحوه کوپل کردن به روش های مختلفی طبقه بندی می شود. ساده ترین روش اینست که ابتدا با انجام تحلیل تراوش، توزیع فشار آب حفره ای رادرمحیط مدل بدست آورده و مقادیرحاصله رابا استفاده از معادلات مربوطه به مقادیر تنش مؤثر یا تنش کل محاسبه ای از تحلیل تنش انجام گرفته درگام بعدی اضافه نمائیم. چنین روشی،آنالیز پشت سرهم نامیده می شود. این روش می تواند برای یافتن حالت تنش استاتیکی یک جریان پایدار آب زیرزمینی مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین چون تغییر شکل ناشی ازمحاسبات آنالیز تنش هیچ تأثیری بر پدیده تراوش ندارد، کوپل دوگانه(کوپل دوطرفه) انجام نشده است .

آنالیز کوپل کامل تنش- تراوش یک روش کوپل دوطرفه بین آنالیز تراوش و تنش می باشد، یعنی هر دو نوع آنالیز برای حل معادلات تعادل بصرورت کوپل مشارکت دارند وبررویهم اثرمیگذارندکه در شرایط واقعی نیزاینحالت راداریم و می توان در هر زمان از فرآیند ساخت مدل، مقادیرتغییرات فشار آب حفره ای به همراه تغییرات تنش و تغییر شکل  را همزمان محاسبه نموده و نمایش داد.

آنالیز تحکیم با فرض اینکه فشار آب حفره ای در حالت پایدار باقی بماند  شروع شده ومیتواند برای مشاهده تغییرات ایجادشده فشار آب حفره ای اضافی مورد استفاده قرارگیرد. به بیان دیگر این نوع آنالیز برای شبیه سازی چگونگی تغییرات فشار آب حفره ای اضافی به همراه تغییرات شرایط مرزی و بارگذاری است.

آنالیز کوپل کامل تنش – تراوش فرض باقیماندن  فشار آب حفره ای در حالت پایدار را در نظر نمی گیرد. بنابراین برای شبیه سازی پدیده تراوش وابسته به زمان ( Transient) و انالیز تنش و پایداری در شرایط بحرانی دریک شکل کاملا کوپل همزمان مناسب می باشد. بر خلاف آنالیز تحکیم ، میتوان تغییرات ایجاد شده درشرایط مرزی ترواش وابسته به زمان ونرخ جریان مرزیرا تعریف نمود.یعنی در این نوع تحلیل، استفاده از تمامی شرایط مرزی تراوش ، شرایط بارگذاری سازه ای و مرزی استاتیکی قابل استفاده میباشد.

این نوع تحلیل میتواندبرای تحلیل پایداری محیط خاکی وسنگی درشرایط بارندگی شدیدیا تحلیل پایداری بزرگ مقیاس سدهای خاکی درشرایط تغییرات شدید سطح تراز آب پشت سد بکاررود. کلیه شرایط مرزی تراوش قابل تعریف درنرم افزار ( Head/Flux ) می تواند نه تنها  برای تحلیل تغییرات فشار آب حفره ای اضافی ، بلکه برای تحلیل تحکیم که تغییرات فشار آب حفره ای کل را در نظر می گیرد، مورد استفاده قرار گیرد.

 

مشاهده مطالب مرتبط:

کاربرد نرم افزار در ژئوتکنیک: گودبرداری با میداس

کاربرد نرم افزار در ژئوتکنیک: گودبرداری با میداس

معرفی نرم افزار Midas 2016معرفی نرم افزار Midas 2016 - بخش دوم

نگارنده:   رضا پیران

صفحه1 از2

آخرین اخبار

طبقه بندی مطالب

 

ژئوفیزیک

سبد خرید من

محصولی در سبد شما نمیباشد
جمع : 0 ریال