درس مکانیک خاک یکی از دروس رشته های مهندسی کشاورزی گرایش آب و خاک می باشد که در این مطلب حل المسائل این درس را برای شما قرار داده ایم
حل المسائل کتاب مکانیک خاک ویلیام تیلور – فرانسیس ویرایش دوم با لینک مستقیم + pdf
ﺗﺎرﻳﺨﭽﻪ ﻣﻜﺎﻧﻴﻚ ﺧﺎك و ﻣﻬﻨﺪﺳﻲ ژﺋﻮﺗﻜﻨﻴﻚ
ﻣﻜﺎﻧﻴﻚ ﺧﺎك ﺷﺎﺧﻪ اي از ﻋﻠﻮم ﻣﻬﻨﺪﺳﻲ اﺳﺖ ﻛﻪ ﺑﻪ ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﻣﺸﺨﺼﺎت ﻓﻴﺰﻳﻜﻲ و رﻓﺘﺎر ﺗﻮده ﺧﺎك ﺗﺤﺖ ﺑﺎرﻫﺎي وارده ﻣﻲﭘﺮدازد. ﻣﻜﺎﻧﻴﻚ ﺧﺎك ﺗﻘﺮﻳﺒﺎً در آﻏﺎز ﻗﺮن ﺑﻴﺴﺘﻢ ﺗﻮﺳﻌﻪ ﭘﻴﺪا ﻧﻤﻮده اﺳﺖ. در آن زﻣﺎن ﻧﻴﺎز ﺑﻪ ﺗﺤﻠﻴﻞ و ﺑﺮرﺳﻲ رﻓﺘﺎر ﺧﺎك ﻫﺎ در ﺑﺴﻴﺎري از ﻛﺸﻮرﻫﺎ ﺣﺲ ﻣﻲ ﺷﺪ ﻛﻪ ﻋﻠﺖ آن ﻫﻢ ﺣﻮادﺛﻲ ﻫﻤﺎﻧﻨﺪ زﻣﻴﻦ ﻟﻐﺰش ﻫﺎ و ﮔﺴﻴﺨﺘﮕﻲ ﻓﻮﻧﺪاﺳﻴﻮن ﻫﺎ ﺑﻮد. ﺑﺴﻴﺎري از اﺻﻮل ﭘﺎﻳﻪ ﻣﻜﺎﻧﻴﻚ ﺧﺎك در آن زﻣﺎن ﺑﻪ ﺧﻮﺑﻲ ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده ﻗﺮار ﻣﻲ ﮔﺮﻓﺘﻨﺪ اﻣﺎ ﺟﻤﻊ ﺑﻨﺪي ﺟﺎﻣﻌﻲ از اﻳﻦ ﻣﺒﺎﻧﻲ ﺑﻨﻴﺎدي ﺗﺤﺖ ﻋﻨﻮان ﻋﻠﻢ ﻣﻜﺎﻧﻴﻚ ﺧﺎك وﺟﻮد ﻧﺪاﺷﺖ. ﻧﺨﺴﺘﻴﻦ ﻛﺴﺎﻧﻲ ﻛﻪ ﻛﻤﻚ ﺷﺎﻳﺎﻧﻲ ﺑﻪ ﺗﻮﺳﻌﻪ ﻣﻜﺎﻧﻴﻚ ﺧﺎك ﻧﻤﻮدﻧﺪ ﻋﺒﺎرﺗﻨﺪ از: ﻛﻮﻟﻤﺐ (Coulomb) ﻛﻪ در ﺳﺎل 1776 رﺳﺎﻟﻪ ﻣﻬﻤﻲ در راﺑﻄﻪ ﺑﺎ ﮔﺴﻴﺨﺘﮕﻲ ﺧﺎك ﺗﺎﻟﻴﻒ ﻧﻤﻮد و ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ راﻧﻜﻴﻦ (Rankine) ﻛﻪ در ﺳﺎل 1857 ﻣﻘﺎﻟﻪ ﺑﺴﻴﺎر ﻣﻬﻤﻲ در راﺑﻄﻪ ﺑﺎ ﺣﺎﻟﺖ ﻫﺎي ﻣﺤﺘﻤﻞ ﺗﻨﺶ ﺑﻪ ﭼﺎپ رﺳﺎﻧﺪ. در ﺳﺎل 1856 دارﺳﻲ (Darcy) ﻧﺘﺎﻳﺞ ﺗﺤﻘﻴﻘﺎﺗﺶ در راﺑﻄﻪ ﺑﺎ ﻧﻔﻮذﭘﺬﻳﺮي ﺧﺎك را ﺑﺎ ﻫﺪف ﺗﺎﻣﻴﻦ آب ﺷﻬﺮ Dijonﺑﻪ ﭼﺎپ رﺳﺎﻧﺪ. اﺻﻮل ﻣﻜﺎﻧﻴﻚ ﻣﺼﺎﻟﺢ و ﻣﺤﻴﻂ ﭘﻴﻮﺳﺘﻪ ﺷﺎﻣﻞ اﺳﺘﺎﺗﻴﻚ و ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻣﺼﺎﻟﺢ ﻧﻴﺰ ﺑﻪ ﺧﻮﺑﻲ در ﻗﺮن ﻧﻮزدﻫﻢ در اﺛﺮ ﻓﻌﺎﻟﻴﺖ ﻫﺎي ﻛﻮﺷﻲ، ﻧﺎوﻳﺮ و ﺑﻮزﻳﻨﺴﻚ ﺗﻮﺳﻌﻪ ﭘﻴﺪه ﻧﻤﻮده ﺑﻮدﻧﺪ.
اﻣﺎ ﺑﺮاي اﻳﻨﻜﻪ ﺗﻤﺎم اﻳﻦ ﺗﻤﺎم اﻳﻦ ﻣﺒﺎﻧﻲ ﺑﻨﻴﺎدي را ﺑﺘﻮان ﺗﺤﺖ ﻋﻨﻮان ﻳﻚ ﻋﻠﻢ واﺣﺪ ﮔﺮدﻫﻢ آورد ﺑﺎﻳﺪ ﺗﺎ ﻗﺮن ﺑﻴﺴﺘﻢ ﻣﻨﺘﻈﺮ ﻣﻲ ﻣﺎﻧﺪﻳﻢ. در آﻏﺎز اﻳﻦ ﻗﺮن، ﻛﺎرل ﺗﺮزاﻗﻲ2 ﺑﻴﺸﺘﺮﻳﻦ و ﻣﻬﻤﺘﺮﻳﻦ ﺳﻬﻢ را در ﺗﻮﺳﻌﻪ ﻣﻜﺎﻧﻴﻚ ﺧﺎك ﺑﺮ ﻋﻬﺪه داﺷﺖ. ﺗﺮزاﻗﻲ در ﺳﺎل 1925 ﻛﺘﺎب Erdbaumechanik (ﻣﻜﺎﻧﻴﻚ ﺧﺎك) را ﺑﻪ ﭼﺎپ رﺳﺎﻧﺪ ﭼﻨﺎﻧﻜﻪ اﻣﺮوزه ﭼﺎپ اﻳﻦ ﻛﺘﺎب ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻣﺒﺪاء ﭘﻴﺪاﻳﺶ ﻣﻜﺎﻧﻴﻚ ﺧﺎك ﻣﺪرن ﺷﻨﺎﺧﺘﻪ ﻣﻲ ﺷﻮد. وي ﻋﻼوه ﺑﺮ ﺑﻪ ﻛﺎرﮔﻴﺮي ﻋﻠﻮم ﻣﻜﺎﻧﻴﻚ ﻣﺼﺎﻟﺢ، ﺧﻮاﺻﻲ از ﺧﺎك را ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﻲ ﻗﺮار داد ﻛﻪ از ذﻫﻦ دﻳﮕﺮ ﻣﺤﻘﻘﻴﻦ ﺑﻪ دور ﻣﺎﻧﺪه ﺑﻮد. ﺗﺮزاﻗﻲ ﻧﺤﻮه در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺘﻦ ﺗﺎﺛﻴﺮ ﻓﺸﺎر آب ﻣﻨﻔﺬي ﺑﺮ رﻓﺘﺎر ﺧﺎك را ﻧﻴﺰ ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﻲ ﻗﺮار داد. اﻳﻦ ﻣﺴﺌﻠﻪ ﻳﻜﻲ از ﻋﻨﺎﺻﺮ اﺳﺎﺳﻲ ﻧﻈﺮﻳﻪ ﻣﻜﺎﻧﻴﻚ ﺧﺎك اﺳﺖ ﺑﻪ ﻃﻮري ﻛﻪ اﺷﺘﺒﺎه در در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺘﻦ اﻳﻦ ﺟﻨﺒﻪ از رﻓﺘﺎر ﺧﺎك ﺗﺎﻛﻨﻮن ﻣﻨﺠﺮ ﺑﻪ وﻗﻮع ﻓﺠﺎﻳﻊ ﺑﺰرﮔﻲ ﻫﻤﺎﻧﻨﺪ ﮔﺴﻴﺨﺘﮕﻲ ﺳﺪ ﺗﺘﻮن ﺷﺪه اﺳﺖ
کتاب مکانیک خاک ویلیام لامب – رابرت ویتمن به عنوان متنی برای دوره مقدماتی مکانیک خاک طراحی شده است. در این متن تلاش زیادی صورت گرفته است تا اصول مکانیک خاک و مبانی مرتبط با آن ابتدا شناسایی شده و سپس به شکلی کامل و قابل فهم به خواننده منتقل شود. مثال ها و مسائل عددی زیادی برای نشان دادن این اصول کلیدی در فصل های مختلف کتاب گنجانده شده است. این متن هم در دوره مقدماتی کارشناسی و هم در دوره مقدماتی کارشناسی ارشد با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته است. اگرچه مکانیک خاک اصولاً برای دانشجو نوشته شده است ولی مهندسان شاغل نیز باید آن را به عنوان یک سند مرجع، ارزشمند بدانند چرا که در بسیاری از موارد نیاز به مطالب گفته شده در این کتاب خواهند داشت.
کتاب به پنج بخش تقسیم شده است:
بخش اول کتاب مکانیک خاک ویلیام لامب ماهیت مشکلات خاک را که در مهندسی عمران، مهندسان با آن مواجه می‌شوند توصیف می‌کند و یک توضیح کلی از رفتار خاک ارائه می‌دهد.
بخش دوم ماهیت خاک ها، به ویژه انتقال تنش ها بین ذرات خاک را مورد بررسی قرار می دهد.
بخش سوم عمدتاً به خاک خشک اختصاص دارد زیرا بسیاری از جنبه های رفتار خاک را می توان با در نظر گرفتن برهم کنش ذرات خاک بدون حضور آب به بهترین وجه درک کرد.
بخش چهارم با تکیه براصول بیان شده در بخش های ۲ و ۳ برای بررسی رفتار خاک هایی است که در آنها آب منفذی ثابت است یا در شرایط یکنواخت جریان دارد.
بخش پنجم پیچیده ترین وضعیت را در مکانیک خاک در نظر می گیرد، که در آن فشار منفذی تحت تأثیر بارهای اعمال شده قرار می گیرد و از این رو آب حفره ای تحت شرایط گذرا جریان می یابد. این سازماندهی کتاب اجازه می دهد تا موضوعات به صورت متوالی ارائه شود و به تدریج اصول پیچیده با تکیه بر اصول ابتدایی ایجاد شود.
بخش های ۳، ۴ و ۵ کتاب مکانیک خاک ویلیام لامب همگی قالب کلی یکسانی دارند. ابتدا چندین فصل وجود دارد که اصول اولیه رفتار خاک را بیان می کند. سپس به دنبال آن چندین فصل می آید که در آن ها از اصول بیان شده برای تحلیل و طراحی عملی سازه های نگهبان در گود ها، شیروانی ها و پی های سطحی صحبت می شود. به عنوان مثال، فصول مربوط به پی های سطحی در قسمت ۳، ۴ و ۵ ظاهر می شود. فصل های ویژه در مورد پی های عمیق و بهسازی خاک در پایان قسمت ۵ بیان شده است. این فصل های مسئله محور ترکیبی از نظریه های مختلف، مطالعات خاک و آزمایش های آزمایشگاهی و شواهد تجربی به دست آمده از تجربیات گذشته می باشد که برای ارائه روش های عملی اما معتبر برای تجزیه و تحلیل و طراحی سازه های ژئوتکنیکی استفاده می شود. این کتاب سعی ندارد تمام جزئیات این مسائل عملی را پوشش دهد به همین دلیل منابع متعددی برای راهنمایی دانشجو در جهت مطالعه بیشتر ارائه شده است. این کتاب مکانیک خاک شامل مطالب بسیار بیشتری از آنچه که می‌توان یا باید در یک دوره مقدماتی پرداخته شود، می باشد. بنابراین این امکان را برای مدرس فراهم می‌کند تا آزادی عمل بیشتری در انتخاب موضوع برای نشان دادن اصول اولیه داشته باشد. طبق تجربه نویسنده، بیان مشکلات موجود و حل مثال های عددی در ارتباط با این مسائل اگر زود تر بیان شود بازخورد بهتری از دانشجویان مشاهده می شود به همین دلیل بخش های اولیه این کتاب بدین ترتیب سازمان دهی شده است:
۱- قسمت ۱: در دو جلسه پوشش داده شده است که به دانشجویان انگیزه لازم برای مطالعه مکانیک خاک و درک نحوه چینش مطالب را می دهد.
۲- در فصل ۳ به تفصیل، روابط وزنی- حجمی خاک ها، توضیحات شرایط سه قسمتی خاک ها، منحنی دانه بندی، حدود اتربرگ، طبقه بندی خاک ها بر اساس سیستم طبقه بندی متحد و آشتو و بسیاری از مفاهیم کاربردی و ابتدایی دیگر مکانیک خاک پوشش داده شده است، اما در فصل های ۴ تا ۷ مخاطب با بررسی طبقه بندی خاک ها بر اساس اندازه، شکل ذرات و کانی های تشکیل دهنده خاک ها به ویژه کانی های تشکیل دهنده خاک های رسی، بافت خاک ها مقدمات تنش در خاک ها و نیز برخی از آزمایش های برجا نظیر آزمایش برش پره آشنا می شود.
۳- فصل ۸ چندین روش اساسی برای محاسبه تنش ها در خاک را شرح می دهد. دانشجویان باید به خوبی بر این روش ها تسلط داشته باشند. فصل‌های ۹ تا ۱۲ حاوی مفاهیم کلیدی خاصی در مورد رفتار خاک به علاوه موارد توصیفی، جداول و نمودارهای متداول هستند. این فصول ممکن است به سرعت پوشش داده شوند و تنها بر مفاهیم کلیدی تأکید کنند. سپس دانشجو برای مطالعه با سازه های نگهدارنده (فصل ۱۳) و پی های سطحی (فصل ۱۴) آماده می شود. اما فصل ۱۵ کتاب به معرفی مسائل موجود در زمینه دینامیک خاک می پردازد و به عنوان مطالعه تکمیلی برای یک دوره مقدماتی می تواند اطلاعات خوبی را در اختیار دانشجویان قرار دهد.
۴- در فصل ۱۶ بر تعریف تنش موثر، نحوه محاسبه آن و تفسیر مکانیکی تنش مؤثر به شکل مناسبی تاکید شده است. فصل های ۱۷ تا ۱۹ ارتباط تنگاتنگی با دروس دیگر مانند مکانیک سیالات دارد. فصل های ۲۰ تا ۲۲ عمدتاً توصیفی هستند و ممکن است به سرعت با تأکید بر ویژگی های اصلی رفتار خاک مورد مطالعه قرار گیرند.
۵- فصول ۲۶ و ۲۷ کتاب مکانیک خاک ویلیام لامب – رابرت ویتمن حاوی مفاهیم کلیدی و رویه های محاسباتی است و پوشش دقیق آن برای درک مطلب، مورد نیاز است. به طور مشابه، پوشش دقیق فصل ۲۸ برای درک ارتباط کلیدی بین رفتار زهکشی شده و زهکشی نشده در خاک ها نیز بسیار مهم به نظر می رسد. در فصل ۲۹ از کتاب مباحثی نظیر مقاومت زهکشی نشده در خاک های اشباع، حساسیت در خاک های رسی، مقاومت خاک تحت بارگذاری های تکرار شونده مورد بررسی قرار گرفته است. مهندسین اغلب برای محاسبه نشست خاک از روابط حاکم بر تئوری الاستیسیته استفاده می کنند به همین دلیل همواره برای این موضوع باید یک تقریبی از مدول الاستیسیته خاک داشته باشند. در فصل ۳۰ این کتاب، ارتباط بین تنش و کرنش در شرایط زهکشی نشده و ارتباط بین مدول یانگ، سختی برشی و نحوه محاسبه آن با استفاده از سرعت موج برشی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. این دو فصل عمدتا توصیفی هستند و می‌توان آنها را به‌سرعت پوشش داد و فرصتی برای مطالعه دقیق موضوعات انتخاب شده از فصل‌های باقی‌مانده را باقی گذاشت
