پژوهشگران ایرانی با استفاده از نرم‌افزار پیشرفته PLAXIS 3D و به‌کارگیری مدل رفتاری خاک UBC3D-PLM، توانستند شبیه‌سازی دقیق و جامع عملکرد یک دیوار میخ‌کوبی‌شده را تحت بارگذاری دینامیکی انجام دهند. این شبیه‌سازی بر اساس داده‌ها و نتایج یک آزمایش سانتریفیوژ معتبر بین‌المللی طراحی شده است که توسط پژوهشگران دانشگاه UCLA انجام شده بود. اهمیت این دستاورد در آن است که امکان بررسی دقیق واکنش خاک و دیوار نگهبان در شرایط مشابه بارگذاری زلزله را فراهم می‌آورد و می‌تواند نقش کلیدی در بهینه‌سازی طراحی سازه‌های نگهبان گودبرداری در مناطق زلزله‌خیز ایفا کند.
به گزارش رسانه اخبار فناوری تک فاکس، این پروژه پژوهشی توسط دکتر جواد جلیلی، استادیار پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، و مهندس محمد مرادی از دانشگاه صنعتی شریف هدایت شده است. این تیم موفق به توسعه یک ابزار عددی پیشرفته برای تحلیل عملکرد لرزه‌ای دیوارهای میخ‌کوبی‌شده شد که در آن، مدل عددی سه‌بعدی بازسازی شده با استفاده از نرم‌افزار PLAXIS 3D قادر است پاسخ خاک و سازه دیوار را در برابر بارهای چرخه‌ای دینامیکی مشابه زلزله با دقت بسیار بالا شبیه‌سازی کند. این پیشرفت، نقطه عطفی در تحلیل‌های مهندسی زلزله محسوب می‌شود.
در این پژوهش، مدل رفتاری خاک UBC3D-PLM با دو روش کالیبراسیون متفاوت تنظیم شد: یکی کالیبراسیون تجربی مبتنی بر روابط پیشنهادی Beaty و Byrne (2011) و دیگری کالیبراسیون مبتنی بر آزمایش المان. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهد که کالیبراسیون تجربی عملکرد بهتری در شبیه‌سازی پاسخ دینامیکی خاک و دیوار، به ویژه در ناحیه‌های مجاور دیوار، ارائه می‌دهد. این موضوع اهمیت زیادی در تضمین دقت مدل‌های عددی در تحلیل‌های لرزه‌ای دارد، چرا که بخش‌های نزدیک به دیوار بیشترین تاثیر را در پایداری سازه دارند.
یکی از جنبه‌های نوآورانه این تحقیق، بهره‌گیری از روش‌های تحلیل نویز و ارتعاش است. برای مثال، استفاده از نویز سفید و آنالیز طیفی به منظور تخمین دقیق دوره تناوب طبیعی سیستم، امکان فهم بهتر رفتار دینامیکی خاک و سازه را فراهم می‌کند. همچنین، به‌کارگیری میرایی رایلی (Rayleigh damping) به منظور حذف نویزهای ناخواسته در مدل‌سازی دینامیکی، به افزایش دقت نتایج کمک شایانی کرده است. این موضوع به ویژه در تحلیل‌های زمان‌محدود و حساس به تغییرات کوچک در بارگذاری اهمیت دارد.
علاوه بر این، مطالعه تاثیر مش‌بندی مدل و انتخاب گام زمانی مناسب نیز از دیگر مواردی است که در بهبود دقت نتایج نقش کلیدی داشته است. بررسی‌های انجام شده نشان داده است که تنظیم دقیق این پارامترهای عددی، می‌تواند به بازتولید دقیق‌تر رفتار دیوار و خاک در مدل کمک کند و از انحراف نتایج در تحلیل‌های پیچیده جلوگیری نماید. این نکته برای مهندسان و پژوهشگران اهمیت بالایی دارد چرا که بدون دقت در مش‌بندی و گام زمانی، تحلیل‌های عددی می‌توانند به نتایج غیرواقعی منجر شوند.
مدل عددی ارائه شده در این تحقیق نه تنها توانست شکل تغییرشکل‌یافته دیوار پس از اعمال بارگذاری دینامیکی را به‌طور دقیق شبیه‌سازی کند، بلکه مقادیر جابجایی، شتاب و نشست دیوار و خاک پیرامون آن را نیز با دقت قابل توجهی بازتولید کرد. این موفقیت نشان‌دهنده تطابق بالای مدل عددی با داده‌های واقعی حاصل از آزمایش سانتریفیوژ است و قابلیت اطمینان این مدل را در کاربردهای مهندسی افزایش می‌دهد. البته در شرایط بارگذاری شدید که به مرز شکست سازه نزدیک می‌شود، شبیه‌سازی به‌صورت کامل چالش‌برانگیز بوده و نیازمند توسعه‌های آتی است.
این پژوهش به وضوح نشان می‌دهد که با استفاده از کالیبراسیون هدفمند مدل‌های رفتاری خاک و بهره‌گیری از روش‌های عددی پیشرفته، می‌توان تحلیل‌های دقیق و موثری از عملکرد دیوارهای میخ‌کوبی‌شده تحت بارگذاری‌های دینامیکی ارائه داد. این دستاورد علمی اهمیت فراوانی در طراحی مقاوم و بهینه سازه‌های نگهبان در مناطق زلزله‌خیز دارد و می‌تواند به کاهش ریسک‌های ناشی از زلزله و بهبود ایمنی ساختمان‌ها و تأسیسات زیرساختی کمک کند. در نهایت، این مطالعه گامی مهم به سمت ارتقاء فناوری‌های مهندسی زلزله در ایران و جهان است.