نرم افزارهای کاربردی مهندسی عمران در حوزه ژئوتکنیک

ژئوتکنیک دانشی است که به شناخت زمین و عملکردهای آن می پردازد و اطلاعاتی که با زمین مرتبط است را در اختیار ما قرار می دهد. این دانش به عنوان یکی از گرایش های رشته مهندسی عمران با عنوان مهندسی ژئوتکنیک مطرح می باشد. از طریق آشنایی با این دانش و مطالعه آن، می توان از آن در زمینه برنامه ریزی و ساخت و طراحی و اجرای سازه های عمرانی استفاده کرد. از این دانش به منظور بررسی رفتار سنگ و خاک و نیز بهسازی زمین در اجرای پروژه های عمرانی استفاده می شود.

مهندسی ژئوتکنیک چیست؟

مهندسی ژئوتکنیک  که به آن مهندسی خاک و پی نیز می گویند، یکی از گرایش های مهم رشته مهندسی عمران می باشد که از اهمیت بسیار زیادی در مهندسی سازه برخوردار است به طوری که به بحث بررسی خطراتی که احداث سازه دارد، می پردازد. در واقع این گرایش به زیر سطح زمین مرتبط است و کاربرد آن در مباحث طراحی تونل ها، سدها و ... می باشد که مشخصات خاک و فونداسیون پی و خاک را مورد بررسی قرار می دهد. بحث های مکانیک خاک و سنگ، دینامیک خاک و ... از جمله ابزارهای علمی هستند که در مهندسی ژئوتکنیک مورد استفاده قرار می گیرند. مکانیک خاک در واقع یکی از شاخه های علوم مهندسی است که به بحث رفتار خاک و همینطور بارهایی که به آن وارد می شود، می پردازد.

در پروژه های عمرانی، در وهله اول یکسری ویژگی های زمین به لحاظ ژئوتکنیکی بررسی می شود و سپس مورد ارزیابی قرار می گیرد تا بتوان از این اطلاعات در زمینه هایی مثل زمین لرزه و روانگرایی و ... استفاده کرد. همچنین می توان به بررسی و تحلیل و ارزیایی پی ها، سازه های نگهبان و ... پرداخت و نیز کار تحلیل گودها، تونل و خاکریزها و ... را در دستور کار قرار داد.

همانطور که بیان شد، در علم مهندسی ژئوتکنیک از بحث های مکانیک خاک و سنگ در زمینه طراحی سازه و نیز حل مسائل مرتبط با آن استفاده می شود. به همین جهت استفاده از نرم افزارهای ژئوتکنیکی به منظور حل این مسائل بسیار کاربردی هستند. در ادامه این نوشتار به این معرفی این نرم افزارها و کاربردهای آن ها در بحث های ژئوتکنیکی می پردازیم.

معرفی نرم افزار ABAQUS و کاربرد آن در مهندسی ژئوتکنیک

نرم افزار آباکوس از جمله نرم افزارهایی است که بسیار شناخته شده و محبوب در بحث مسائل مهندسی است. این نرم افزار یکی از نرم افزارهای تحلیل و شبیه سازی می باشد که برمبنای روش المان محدود FEM کار می کند. در عین سادگی دارای محیط های دوبعدی و سه بعدی می باشد و نیز امکان پس پردازش قوی را فراهم می کند. این نرم افزار به دلیل قابلیت های بسیار متنوعی که در زمینه تحلیل سازه ها، چه ساختمانی و چه ژئوتکنیکی دارد، به یکی از نرم افزارهای محبوب در رشته مهندسی عمران و خصوصا گرایش مهندسی ژئوتکنیک تبدیل شده است. از این نرم افزار در مسائل ژئوتکنیکی در زمینه هایی مثل رفتار خاک، تنش برشی در خاک (به طور کل مدلسازی خاک به صورت بارگذارهای مختلف)، پی های سطحی و عمیق، مدلسازی دیوارهای خاک مسلح و ... مورد استفاده قرار می گیرد.

دوره آموزشی نرم افزار آباکوس با رویکرد ژئوتکنیک در گروه آموزشی پارس پژوهان برگزار می گردد. علاقمندان به منظور یادگیری این نرم افزار می توانند اطلاعات مربوط به این دوره را در این لینک مشاهده کنند. همچنین به علاقمندانی که هیچ آشنایی ای با این نرم افزار ندارند، می توانند در ابتدا دوره آباکوس مقدماتی را بگذرانند. اطلاعات دوره آباکوس در سطح مقدماتی در این لینک قابل مشاهده می باشد. با شرکت در دوره آموزشی این نرم افزارها، فیلم آموزشی این دوره ها نیز در اختیار دانش پژوهان عزیز قرار می گیرد.

معرفی نرم افزار PLAXIS و کاربرد آن در مهندسی ژئوتکنیک

نرم افزار PLAXIS یکی از نرم افزارهای تخصصی در رشته مهندسی عمران و گرایش مهندسی ژئوتکنیک می باشد. این نرم افزار قادر به تحلیل و آنالیز تغییر شکل ها در مباحث ژئوتکنیک و خاک می باشد. همچنین در زمینه پایداری در پروژه های مهندسین ژئوتکنیک مورد استفاده قرار می گیرد. با استفاده از نرم افزار PLAXIS تحلیل و آنالیز تونل ها، خاکریز و گودبرادی ها و ... امکان پذیر می باشد. این نرم افزار در دو نسخه دوبعدی و سه بعدی موجود است. در PLAXIS2D می توان مدلسازی دیوارهای خاک مسلح با نیل و انکر، مدلسازی خاکبرداری، تحلیل لرزه ای، تحلیل کوپل تراوش و تغییرشکل و ... را انجام داد. در PLALXIS3D مدلسازی های سه بعدی خاکریز، رادیه شمع، مدلسازی سه بعدی سدخاکی، حفاری به روش مدلسازی TBM و ... قابل انجام می باشد. نسخه سه بعدی این نرم افزار در تحلیل و آنالیز پی ها نیز مورد استفاده قرار می گیرد. نرم افزار PLAXIS رابط گرافیکی ساده ای دارد که همین امر این نرم افزار را در بحث های ژئوتکنیکی بالاتر از دیگر نرم افزارها قرار می دهد. به همین منظور یادگیری این نرم افزار به همه مهندسین ژئوتکنیک پیشنهاد می شود. به این منظور این عزیزان می توانند در دوره آموزشی نرم افزار PLAXIS2D و PLAXIS3D که توسط گروه آموزشی پارس پژوهان برگزار می شوند، شرکت نمایند.

معرفی نرم افزار Midas GTS NX و کاربرد آن در مهندسی ژئوتکنیک

نرم افزار Midas یک بسته نرم افزاری است که در آن نرم افزارهای مختلفی در زمینه های مهندسی سازه و ژئوتکنیک و ... موجود است. یکی از نرم افزارهای این بسته، نرم افزار Midas GTS NX می باشد. این نرم افزار، قابلیت اجرای برنامه ها و طراحی های ژئوتکنیکی مثل پی، خاکبرداری، مباحث مرتبط با تونل ها، طراحی و تحلیل خاکریزها، مسائل مربوط به شیب و پایداری شیب و ... را دارد. این نرم افزار دقت و کارایی بسیار بالایی دارد که همین امر این نرم افزار را به یک نرم افزار کاربرپسند مبدل کرده است. از دیگر مزایای این نرم افزار می توان به گرافیک بسیار عالی و نیز سرعت بسیار زیاد در بحث تحلیل ها اشاره کرد. نرم افزار Midas GTS NX محیط دوبعدی و سه بعدی را به صورت مشترک در خود دارد. به طور کل می توان گفت این نرم افزار یک نرم افزار المان محدود است که به منظور تحلیل سیستم های ژئوتکنیکی مورد استفاده قرار می گیرد و همینطور می تواند جایگزین مناسبی حتی برای نرم افزار PLAXIS باشد. به این منظور گروه آموزشی پارس پژوهان دوره آموزشی جامع صفر تا صد نرم افزار Midas GTS NX را برگزار می کند. علاقمندان می توانند اطلاعات مربوط به این دوره آموزشی را در این لینک مشاهده کنند.

معرفی نرم افزار FLAC و کاربرد آن در مهندسی ژئوتکنیک

نرم افزار FLAC نیز با روش المان محدود، مدلهای مختلف را در فضای دو و سه بعدی تحلیل می کند. از این نرم افزار در زمینه های مختلف ژئوتکنیک، مکانیک خاک، مکانیک سنگ، معدن و ... استفاده می شود. در واقع قابلیت های این نرم افزار بسیار زیاد است. در این نرم افزار می توان به دو حالت گرافیکی و نوشتاری کار مدلسازی را انجام داد.

استفاده از روش های عددی و نرم افزارهای مناسب برای تحلیل رفتار سازه­های ژئوتکنیکی بسیار مهم است. روش تفاضل محدود یکی از روش های پرکاربرد در مهندسی ژئوتکنیک است، نرم افزار فلک (FLAC) که مخفف عبارت Fast Lagrangian Analysis of Continua  است، یکی از معروف ترین نرم افزارهایی است که از این روش استفاده می نماید که قادر به مدلسازی رفتارهای پیچیده‌ سازه های ژئوتکنیکی مختلف می‌باشد.

این نرم افزار به دلایل مختلف نظیر دارا بودن مدل های رفتاری مختلف برای شبیه سازی رفتار سازه­های ژئوتکنیکی، امکان تحلیل استاتیکی و هیدرولیکی، دینامیکی و تحلیل روانگرایی، امکان در نظر گرفتن کرنش­های بزرگ، تحلیل دمایی و خزش و جریان دوفازه یک نرم افزار کاریردی برای مهندسی ژئوتکنیک می باشد که در رشته های مختلفی همانند مهندسی عمران، نفت، معدن، زمین شناسی و ... از این نرم افزار برای تحلیل و طراحی پروژه ها استفاده می­شود. از این نرم افزار می توان برای طراحی و تحلیل سازه های مختلف همچون تونل، خاکریز، دیوارهای حائل و نیز شیب های خاکی و ... استفاده کرد. در محیط دوبعدی نرم افزار FLAC تحلیل های لاگرانژی انجام می شود. این نرم افزار دارای یک محیط سه بعدی نیز می باشد که FLAC3D نام دارد و کار طراحی و آنالیز مدل های ژئوتکنیکی در این محیط سه بعدی صورت می گیرد. از ویژگی های این نرم افزار به صورت کلی می توان به مواردی مثل تحلیل های دینامیکی، شبیه سازی تحکیم و خزش، مدلسازی بارگذاری ها و المان های سازه ای و ... اشاره کرد. آموزش این نرم افزار هم به صورت دوبعدی و هم سه بعدی به صورت دو دوره مجزا در گروه آموزشی پارس پژوهان برگزار می شود. علاقمندان به یادگیری این نرم افزار، می توانند اطلاعات دوره FLAC2D را در این لینک واطلاعات دوره FLAC3D را در این لینک مشاهده کنند.

نتیجه گیری:

مهندسی ژئوتکنیک یکی از گرایش های مهم در رشته مهندسی عمران می باشد. در این گرایش برای حل مسائل مهندسی و تحلیل مسائل مرتبط با سیستم های ژئوتکنیکی، نرم افزارهای زیادی در دسترس علاقمندان قرار دارد که می توانند با توجه به حوزه کاری و ویژگی های مرتبط با کار خود، یکی از این نرم افزارها را انتخاب کنند. در این نوشتار چند نمونه از این نرم افزارها معرفی شد و کاربردهای آن ها در حوزه مهندسی ژئوتکنیک بیان شد. مهندسین ژئوتکنیک بهتر است با نرم افزارهای گرایش خود آشنایی داشته باشند تا بتوانند در مواقع نیاز از آن ها استفاده کنند. به این منظور دپارتمان مهندسی عمران گروه آموزشی پارس پژوهان، کلاسهای آموزشی مرتبط با این نرم افزارها را برگزار می کنند که علاقمندان می توانند اطلاعات تمامی دوره های آموزشی مرتبط با ژئوتکنیک را در اینجا مشاهده نمایند.

 نویسنده:مهناز نیکجو کارشناس دپارتمان مهندسی عمران گروه آموزشی پارس پژوهان