خاک در زندگی بشر نقش های گوناگونی دارد . از نقطه نظر مهندسی، نقش خاک به عنوان تکیه گاهی که باید در مقابل نیروها و تنش های ناشی از احداث ساختمان ها و راه ها مقاومت کند و نیز به عنوان مصالح ساختمانی) در پروژه هایی نظیر راه سازی، سدهای خاکی، خاکریزها، سیل بندها و ... (حایز اهمیت است . ارزیابی خاک ها از نقطه نظر کاربردشان به عنوان مصالح ساختمانی، بررسی مقاومت خاک ها در مقابل تنش های وارده در شرایط حاضر و در شرایط پیش بینی شده و نیز مطالعه نیروهایی که خاک به بعضی ابنیه وارد می کند ، موضوع علم مکانیک خاک می باشد.
مجموعه ی Geo–Studio
نرم افزار Geo – Studio از جمله برنامه های ژئوتکنیکی مبتنی بر المان های محدود (Finite elements) بوده و از طریق آن می توان آنالیزهایی از قبیل تنش کرنش، جریان، تراوش، پایداری شیب ها، آنالیز دینامیکی و هم چنین شرایط افت سریع را یررسی - کرد. این نرم افزار شامل قسمت های SIGMA/W برای آنالیز تنش کرنش، SEEP/W برای آنالیز جریان و تراوش، SLOPE/W برای آنالیز پایداری شیب، QUAKE/W برای آنالیز دینامیکی، TEMP/W برای آنالیز توزیع دما در خاک، CTRAN/W برای آنالیز توزیع آلاینده ها در خاک و VADOSE/W برای آنالیز شرایط محیطی) از قبیل خورشید، گیاهان، بارش و... (بر خاک است. قابل توجه است که در نسخه ی 2007 این برنامه، آنالیز AIR/W اضافه شده که مربوط به مدل سازی جریان هوا است. لازم به ذکر است که تمامی قسمت های این نرم افزار به غیر از SLOPE/W از روش المان محدود استفاده می کنند و تنها در این بخش از نرم افزار، روش های ترسیمی به کار رفته است.
نرم افزار SEEP/W
این بخش از نرم افزار GEO – STUDIO 2007 مربوط به بررسی شرایط تراوش و جریان آب در خاک است. از قابلیت های این بخش از برنامه ترسیم تراز عبوری از درون خاک، بردارهای سرعت، ترسیم خطوط جریان و هم پتانسیل و محاسبه دبی عبوری برای مقطع مشخصی از خاک است. هم چنین این برنامه این قابلیت را دارد که در شرایط جریان پایدار (Steady Flow) آنالیز را انجام داده و شرایط آب و خاک را در حالت های مرحله ای بررسی کند. لازم به ذکر است که این برنامه این قابلیت را دارد که مدل گرافیکی را از هر قسمت به قسمت دیگر وارد کند و سپس مدل گرافیکی موجود را برای آنالیز موزد نظر تکمیل کند. نرم افزار SEEP/W از جمله نرم افزار هایی است که به صورت مدل عددی (Numerical Method) عمل می کند. یکی از قوی ترین وجوه مدل های عددی ایجاد محیطی جهت درک پروسه های فیزیکی در ذهن انسان است، هم چنین این مدل ها می توانند منجربه تأیید ذهنیات و تفکرات در مورد مسئله و کمک به تنظیم آنها گردند . مدل های عددی قادر هستند تصویر ذهنی را نسبت به مسئله تعدیل کرده و کاربر را در درک هرچه بیش تر یاری نمایند. یکی از درس های مهم در مورد مدل های عددی در استفاده از مدل های کامپیوتری توانایی ارتقای قضاوت مهندسی است نه ارتقای توانایی پیش بینی. اگر چه ابزار های کامپیوتری توانایی پیش بینی ما را نسبت به محاسبات دستی، تکنیک های گرافیکی و راه حل های فلسفی بالا می برند، ولی هنوز، "پیش بینی" مزیت اصلی آن ها نیست. باید به خاطر داشت که جذبه مدل های عددی در ترکیبی از لطافت قضاوت انسان و قدرت الکترونیکی کامپیوتر است.
Soil region , lines & points:
Geo – Studio از Soil region , lines & points به منظور تعریف هندسه ی مسئله و ساده سازی مش بندی ها (در عناوین بعدی مش بندی ها توضیح داده شده است) استفاده می کند. region درک شهودی از نمای کار و راه کار مؤلفه های سیستم را به کاربر می دهد. استفاده از region به منظور تقسیم بندی نواحی به ناحیه های کوچک تر، کار روی آن ها و سپس به هم چسباندن آنهاست که شبیه همان کاری که در مورد المان های محدود انجام می دادیم است. Region ممکن است به شکل آزاد (Free)، سه گوش و چهار ضلعی باشد. هر بخشی از لبه ها را که بین دو point قرار می گیرد یک line گویند. خود نقاط و خطوط ممکن است دارای ویژگی و خاصیت باشند. هیچ محدودیتی در مورد تعداد نقاط در محدوده کاری وجود ندارد، البته بدیهی است که همواره سعی بر ساده سازی کار است. طبق تعریف، گره ها (Nodes) در محل این نقاط قرار دارند و حتی در صورت نیاز با قرار دادن و افزودن نقاط می توان شرایط مرزی را بهتر تعریف نمود. یک نوع از region هم وجود دارد به نام Circular region که در تعریف کالورت ها، تونل ها و لوله کاربرد دارد.
Element Nodes:
همان طور که بیان شد از ارکان مهم و اساسی المان های محدود، گره ها هستند که در لبه یا گوشه ی المان ها وجود دارند. گره ها برای اهدافی چون محاسبه ی پارامترهای هندسی مانند طول، مساحت و حجم، به منظور محاسبات مجهولات داخل المان ها مثل ارتفاع هیدرولیکی و فشار آب منفذی در بحث تراوش، و تعریف معادلات به کار می روند.
Meshing & Geometry:
مدل های المان محدود (Finite Elements) بر مبنای تقسیم کردن چیزی به قطعات کوچک تر استوار می باشند که شرح رفتار یا واکنش بخش های مختلف را به صورت منفرد مهیا ساخته و در پایان با اتصال آن ها رفتار کل ماده مشخص خواهد شد. این پروسه ی تقسیم به قطعات کوچک را مش بندی (Meshing or Discretization) گویند و قطعات را به عنوان المان های محدود می شناسند. در Geo – Studio هندسه ی مدل در اجتماع این مش هاست که ماهیت می یابد. به علاوه الگوریتم ساخت مش ها به صورت اتوماتیک بوده و به اندازه ی کافی قادر به رفتار مناسب و تحلیل عددی قوی ای هست که دیگر نیازی به تلاش اضافه از طرف کاربر نمی باشد، ولی هم چنان می توان اندازه، شکل و تعداد این مش ها را در حین اجرای برنامه تغییر داد. Finite Elements دارای سه بخش مهم شامل Boundary Condition Material properties و Meshing می شوند.
Material Models & Properties:
چهار مدل ماده در SEEP/W وجود دارد:
اول None: برای تعریف قسمتی که از کار حذف شده و یا فعلاً مورد استفاده در آنالیز نشت نمی باشد.
دوم Saturated Only: به منظور تعریف ناحیه ای از خاک که زیر سطح ایستابی قرار دارد و همواره دارای فشار آب منفذی مثبت است استفاده می شود. در این مورد باید دقت کرد که در صورت تعریف ماده به این صورت اگر قسمتی از خاک به صورت غیر اشباع باشد، مدل همچنان آن را با فرض اشباع در نظر گرفته و اقدام به آنالیز مسئله می کند که بدیهی است در این صورت پاسخ مطلوبی در اختیار کاربر قرار نخواهد گرفت.
سوم Model Saturated / Unsaturated: این حالت از ماده زمانی تعریف می شود که خاک هر دو حالت اشباع و غیر اشباع را دارد و یا اینکه کاربر در مورد اشباع بودن کامل پروفیل خاک اطمینان ندارد.
چهارم Interface model: این حالت در مورد اتصالاتی سطحی و برای تعریف مواردی چون Cut – off ها و Blanket ها مورد استفاده قرار می گیرد.
(Boundary Conditions (B.C:
تعیین کردن شرایط مرزی (BC) یکی از کلیدهای حل مسئله در آنالیز عددی می باشد؛ چرا که توانایی کنترل شرایط مرزی آنالیز را تقویت می کند. بدون این شرایط مرزی نمی توان راه حلی دید. چه چیزی سبب ایجاد جریان می شود؟ ارتفاع کل! گاهی اوقات تعیین این شرایط مرزی بسیار ساده است مثلاً در تعریف شرایط مرزی برای یک مخزن که دارای ارتفاع مشخصی آب است، ارتفاع هد آزاد بالای مخزن به عنوان شرایط مرز تلقی می شود. البته همواره تعیین این BC ها به این سادگی نبوده و نیاز به مهارت کاربر و ارایه ی نقشه وجود دارد، حتی ممکن است این شرایط مرزی خود قسمتی از مجهولات باشند که باید به کمک آنها اقدام به حل نماییم، به عنوان مثال همواره فشار آب منفذی بر روی صفحات Seepage برابر صفر است و می تواند به عنوان شرط مرزی در نظر گرفته شود ولی سایز این صفحات مشخص نیست. حتی در حالتی که مسئله به صورت Transient حل می شود، شرایط مرزی ممکن است نسبت به زمان تغییر یابند و این بر پیچیدگی مسئله می افزاید ، بنابراین کاربر همواره باید درک صحیحی از فیزیک این BC ها داشته باشد. برای اطمینان بخشی به کاربر در این مورد که آیا مسئله با توجه به شرایط مرزی خود حداقل در مرزها پاسخ مطلوبی را در بر خواهد داشت نرم افزار SEEP/W از یک گزینه ی مقایسه ای به نام Verify استفاده می کند و همان گونه که ذکر شد یک اطمینان بخشی اولیه از تعریف شرایط مرزی توسط کاربر قبل از حل نهایی کار به وی می بخشد.
(Hydraulic Conductivity (K:
توانایی خاک برای انتقال یا هدایت آب تحت شرایط اشباع و غیر اشباع با تابع هدایت هیدرولیکی مشخص می شود. K باید برای تمامی موادی که در ناحیه ی غیر اشباع قرار دارند وارد شود، دقت شود که حتی اگر K را تخمین (Estimate) بزنیم، نتیجه واقعی تر خواهد بود تا آن را به صورت یک خط افقی فرض کنیم. پذیرش یک تابع K کاملاً خطی کاربر را یه سمت پاسخ غیر واقعی سوق می دهد، این مهم در مواردی نظیر پایین رفتن سطح ایستابی و افزایش ناحیه ی غیر اشباع اثر بیشتری نیز خواهد داشت چرا که فرض نمودار خطی، کل ناحیه را با K اشباع تحلیل می کند در صورتی که واضح است آب با همان سرعتی که در محیط اشباع حرکت می کند، در محیط غیر اشباع حرکت نمی کند و این یعنی اختصاص یک تابع غیر خطی به هدایت هیدرولیکی.
حالت های حل مسئله:
نرم افزار SEEP/W به دو صورت Steady – state و Transient قادر به تحلیل و آنالیز مسائل نشت و تراوش می باشد. در حالت Steady – state یک حالت ماندگار بر مسئله حاکم خواهد بود یعنی ارتفاع هیدرولیکی و جریان نسبت به زمان تغییری نخواهند داشت و لذا بحث تغییر زمان در این حالت دخیل نمی باشد. در این حالت مقدار جریان ورودی به سیستم با جریان خروجی برابر بوده و هیچ گونه ذخیره ی آب وجود ندارد. اما در حل به صورت Transient نیاز به اعمال گام های رو به جلو در طول زمان می باشد که به عنوان Step Time شناخته می شود که این گام ها در محاسبه فشار آب منفذی تأثیر زیادی دارند. البته به جز این گام های زمانی ممکن است سایز مش ها و المان ها نیز تغییر پیدا کنند لذا در این جا دیگر مقدار آب ورودی و خروجی الزاماً برابر نیستند چرا که امکان ذخیره و یا انتقال آب ذخیره شده وجود خواهد داشت.
حجم: 7 مگابایت
حجم: 1 مگابایت
حجم: 6 مگابایت
دانلود پروژه های انجام شده به همراه راهنمای مدیا (فیلم آموزشی):
توجه: پروژه های ذیل توسط مهندس علی احمدی به آدرس ایمیل: aliahmadidarani@gmail.com انجام گردیده است.
1- پروژه اول:
نحوه ی مدلسازی و آنالیز تراوش سد خاکی به کمک نرم افزار GeoStudio2007/Seep
اهداف پروژه
1- ترسیم خطوط جریان و هم پتانسیل
2- تعیین دبی عبوری از بدنه ی سد و پی آن
3- تعیین مقدار کل زیر فشار وارده بر سد
4- با استفاده از روشهای مختلف مقدار دبی عبوری از سد به نصف کاهش یابد
ارتفاع آب پشت سد = 54 متر
ارتفاع سد برای هر دانشجو برابر با 45 به اضافه ی رقم آخر شماره دانشجویی در نظر گرفته شود، و ابعاد در راستای افقی با در نظر گرفتن ارتفاع جدید مقیاس شده و محاسبه شوند.
حجم: 22 مگابایت -WMV
________________________________________
توجه: پروژه های ذیل توسط مهندس علی احمدی به آدرس ایمیل: aliahmadidarani@gmail.com انجام گردیده است.
2- پروژه دوم:
پروژه مدلسازی و آنالیز تنش و تغییر مکان سد خاکی به کمک نرم افزار GeoStudio2007/Seep
اهداف پروژه
1- محاسبه تغییر مکان افقی و قائم سد در مرحله پایان ساخت
2- محاسبه تنشهای قائم سد در مرحله پایان ساخت
3- ترسیم نمودار تغییرات میزان نشست در هسته
موارد فوق با در نظر گرفتن 1، 5، 10، 15، 25 مرحله برای ساخت سد محاسبه شده و نتایج در یک نمودار مقایسه شوند.
حجم: 1 مگابایت
تماس با ما
گروه تلگرام ما
هشدارهای ما
آمار و اطلاعات
پروژه
در منابع آب
نظرات (۰)