Geotechnical centrifuge modeling
جیو ٹیکنیکل سینٹری فیوج ماڈلنگ جیو ٹیکنیکل انجینئرنگ سسٹم کے فزیکل اسکیل ماڈل جیسے قدرتی اور انسان ساختہ ڈھلوان اور زمین کو برقرار رکھنے والے ڈھانچے اور عمارت یا پل کی بنیادوں کی جانچ کے لیے ایک تکنیک ہے۔ پیمانے کا ماڈل عام طور پر لیبارٹری میں بنایا جاتا ہے اور پھر سینٹرفیوج کے آخر میں لوڈ کیا جاتا ہے، جو عام طور پر رداس کے درمیان ہوتا ہے۔ سینٹری فیوج پر ماڈلز کو گھومنے کا مقصد ماڈل پر جی-فورس کو بڑھانا ہے تاکہ ماڈل میں دباؤ پروٹوٹائپ میں دباؤ کے برابر ہو۔ مثال کے طور پر، 50 گرام کے سینٹری فیوگل ایکسلریشن پر مڑی ہوئی ماڈل مٹی کی پرت کے نیچے کا دباؤ زمین کی کشش ثقل میں مٹی کی پروٹو ٹائپ پرت کے نیچے کے برابر تناؤ پیدا کرتا ہے۔ بڑھتی ہوئی کشش ثقل کی رفتار کی تقلید کے لیے سینٹری فیوگل ایکسلریشن کا استعمال کرنے کا خیال سب سے پہلے فلپس (1869) نے پیش کیا تھا۔ سوویت یونین میں پوکروسکی اور فیڈوروف (1936) اور ریاستہائے متحدہ میں بکی (1931) نے سب سے پہلے اس خیال کو نافذ کیا۔ اینڈریو این سکوفیلڈ (مثال کے طور پر سکوفیلڈ 1980) نے سینٹری فیوج ماڈلنگ کی جدید ترقی میں کلیدی کردار ادا کیا۔ سینٹری فیوج ماڈلنگ کے اصول عام ایپلی کیشنز ایک جیو ٹیکنیکل سینٹری فیوج کا استعمال جیو ٹیکنیکل مسائل کے نمونوں کی جانچ کے لیے کیا جاتا ہے جیسے کہ پلوں اور عمارتوں کی بنیادوں کی طاقت، سختی اور صلاحیت، کناروں کی آباد کاری، ڈھلوانوں کا استحکام، زمین کو برقرار رکھنے کے ڈھانچے، سرنگ کا استحکام اور سمندری دیواریں۔ دیگر ایپلی کیشنز میں دھماکہ خیز کریٹرنگ، زیر زمین پانی میں آلودہ نقل مکانی، ٹھنڈ اور سمندری برف شامل ہیں۔ سینٹری فیوج کسی بھی بڑے پیمانے کے غیر لکیری مسئلے کے پیمانے کے ماڈلنگ کے لیے مفید ہو سکتا ہے جس کے لیے کشش ثقل ایک بنیادی محرک قوت ہے۔ سینٹرفیوج جیو ٹیکنیکل مواد جیسے مٹی اور چٹان پر ماڈل ٹیسٹنگ کی وجہ غیر لکیری مکینیکل خصوصیات ہیں جو مؤثر محدود تناؤ اور تناؤ کی تاریخ پر منحصر ہیں۔ سینٹرفیوج جسمانی ماڈلز پر بڑھتی ہوئی "کشش ثقل" کی رفتار کا اطلاق کرتا ہے تاکہ ماڈل اور پروٹو ٹائپ میں یکساں خود وزن کا دباؤ پیدا کیا جا سکے۔ تناؤ کی ایک سے ایک پیمائش جیو ٹیکنیکل ماڈلز کی مماثلت کو بڑھاتا ہے اور زلزلے سے پیدا ہونے والے مائع، مٹی کی ساخت کے تعامل اور آلودگیوں کی زیر زمین نقل و حمل جیسے پیچیدہ مسائل کو حل کرنے میں مدد کے لیے درست ڈیٹا حاصل کرنا ممکن بناتا ہے۔ سینٹری فیوج ماڈل ٹیسٹنگ ڈیفارمیشن اور ناکامی کے بنیادی طریقہ کار کے بارے میں ہماری سمجھ کو بہتر بنانے کے لیے ڈیٹا فراہم کرتی ہے اور عددی ماڈلز کی تصدیق کے لیے مفید معیارات فراہم کرتی ہے۔ پیمانے کے قوانین نوٹ کریں کہ اس مضمون میں، کسی بھی مقدار پر ستارہ اس مقدار کے پیمانے کے عنصر کی نمائندگی کرتا ہے۔ مثال کے طور پر، میں، سبسکرپٹ m "ماڈل" کی نمائندگی کرتا ہے اور سبسکرپٹ p "پروٹو ٹائپ" کی نمائندگی کرتا ہے اور مقدار کے پیمانے کے عنصر کی نمائندگی کرتا ہے۔ سینٹری فیوج پر ماڈل کو گھومنے کی وجہ چھوٹے پیمانے کے ماڈلز کو مکمل پیمانے کے پروٹو ٹائپ کی طرح ہی موثر تناؤ محسوس کرنے کے قابل بنانا ہے۔ اس مقصد کو ریاضیاتی طور پر بیان کیا جا سکتا ہے جہاں ستارے مقدار کے لیے اسکیلنگ فیکٹر کی نمائندگی کرتے ہیں، ماڈل میں موثر تناؤ ہے اور پروٹو ٹائپ میں موثر تناؤ ہے۔ مٹی کے میکانکس میں عمودی موثر دباؤ، مثال کے طور پر، عام طور پر اس بات سے شمار کیا جاتا ہے کہ کل دباؤ کہاں ہے اور سوراخ کا دباؤ کہاں ہے۔ ایک یکساں پرت کے لیے جس میں سوراخوں کا دباؤ نہ ہو، گہرائی میں کل عمودی دباؤ کا حساب اس طرح لگایا جا سکتا ہے: جہاں پرت کی کثافت کی نمائندگی کرتا ہے اور کشش ثقل کی نمائندگی کرتا ہے۔ سینٹری فیوج ماڈلنگ کی روایتی شکل میں، یہ عام بات ہے کہ ماڈل اور پروٹو ٹائپ میں ایک ہی مواد استعمال کیا جاتا ہے۔ اس لیے ماڈل اور پروٹو ٹائپ میں کثافت ایک جیسی ہوتی ہے، یعنی، مزید برآں، روایتی سینٹری فیوج ماڈلنگ میں تمام لمبائی کو ایک ہی عنصر سے ماپا جاتا ہے۔ ماڈل میں وہی تناؤ پیدا کرنے کے لیے جیسا کہ پروٹو ٹائپ میں ہے، اس طرح ہمیں ضرورت ہے، جسے دوبارہ لکھا جا سکتا ہے۔ مندرجہ بالا اسکیلنگ قانون میں کہا گیا ہے کہ اگر ماڈل میں لمبائی کو کسی عنصر، n سے کم کیا جاتا ہے، تو ماڈل اور پروٹو ٹائپ میں مساوی تناؤ کو برقرار رکھنے کے لیے کشش ثقل کی رفتار کو اسی عنصر، n سے بڑھانا ضروری ہے۔ متحرک مسائل متحرک مسائل کے لیے جہاں کشش ثقل اور ایکسلریشن اہم ہیں، تمام ایکسلریشن کو اسکیل کرنا چاہیے کیونکہ کشش ثقل کو اسکیل کیا جاتا ہے، یعنی۔ چونکہ ایکسلریشن کی اکائیاں ہوتی ہیں، اس لیے یہ ضروری ہے کہ:، یا فریکوئنسی میں وقت کی الٹا اکائیاں ہوں، رفتار میں فی وقت لمبائی کی اکائیاں ہوں، لہذا متحرک مسائل کے لیے ہم پھیلاؤ کے مسائل بھی حاصل کرتے ہیں۔ متحرک اور پھیلاؤ دونوں پر مشتمل ماڈل ٹیسٹوں کے لیے، وقت کے پیمانے کے عوامل میں تنازعہ کو دیگر مقداریوں کی مٹی کی پیمائش کی پارگمیتا کو اسکیل کرکے حل کیا جا سکتا ہے (اس حصے میں واضح طور پر کام کی ضرورت ہے!) توانائی، قوت، دباؤ، ایکسلریشن، رفتار وغیرہ کے پیمانے کے عوامل۔ نوٹ کریں کہ تناؤ میں دباؤ کی اکائیاں، یا قوت فی اکائی رقبہ ہوتی ہے۔ اس طرح ہم یہ ظاہر کر سکتے ہیں کہ F = m * a (نیوٹن کا قانون، قوت = کمیت * ایکسلریشن) اور r = m/L3 (کمیت کثافت کی تعریف سے) کو تبدیل کرنا۔ بہت سی دیگر مقداروں کے پیمانے کے عوامل مندرجہ بالا رشتوں سے اخذ کیے جا سکتے ہیں۔ نیچے دیا گیا جدول سینٹری فیوج ٹیسٹنگ کے لیے عام پیمانے کے عوامل کا خلاصہ پیش کرتا ہے۔ سینٹری فیوج ماڈل ٹیسٹ کے پیمانے کے عوامل (گارنیئر اور دیگر، 2007 سے) (جدول کو یہاں شامل کرنے کا مشورہ دیا گیا ہے) جیو ٹیکنیکل زلزلے کی انجینئرنگ میں سینٹری فیوج کی قدر بڑے زلزلے کبھی کبھار اور ناقابل تکرار ہوتے ہیں لیکن وہ تباہ کن ہو سکتے ہیں۔ ان تمام عوامل سے زلزلے کے بعد کے میدان کی تحقیقات کے ذریعے ان کے اثرات کا مطالعہ کرنے کے لیے مطلوبہ اعداد و شمار حاصل کرنا مشکل ہو جاتا ہے۔ مکمل پیمانے کے ڈھانچوں کے آلات کو بڑے عرصے تک برقرار رکھنا مہنگا ہے جو بڑے زلزلوں کے درمیان گزر سکتا ہے، اور آلات کو سائنسی طور پر مفید مقامات پر نہیں رکھا جا سکتا ہے۔ یہاں تک کہ اگر انجینئر حقیقی ناکامیوں سے ڈیٹا کی بروقت ریکارڈنگ حاصل کرنے کے لیے کافی خوش قسمت ہیں، اس بات کی کوئی ضمانت نہیں ہے کہ انسٹرومینٹیشن قابل تکرار ڈیٹا فراہم کر رہا ہے۔ اس کے علاوہ، حقیقی زلزلوں سے سائنسی طور پر تعلیمی ناکامیاں عوام کی حفاظت کی قیمت پر آتی ہیں۔ قابل فہم طور پر، ایک حقیقی زلزلے کے بعد، انجینئروں کو ناکامی کے طریقوں کا مناسب مطالعہ کرنے کا موقع ملنے سے پہلے زیادہ تر دلچسپ ڈیٹا تیزی سے صاف ہو جاتا ہے۔ سینٹرفیوج ماڈلنگ عوام کی حفاظت کو خطرے میں ڈالے بغیر اہم ڈھانچوں پر زمین کے ہلنے کے اثرات کا مطالعہ کرنے کے لیے ایک قیمتی ذریعہ ہے۔ متبادل ڈیزائنوں یا سیسمک ریٹوفٹنگ تکنیکوں کی افادیت کا موازنہ ٹیسٹوں کی بار بار قابل سائنسی سیریز میں کیا جا سکتا ہے۔ عددی ماڈلز کی تصدیق سینٹرفیوج ٹیسٹ کو ڈیزائن کے طریقہ کار یا کمپیوٹر ماڈل کی تصدیق کے لیے تجرباتی ڈیٹا حاصل کرنے کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔ حالیہ دہائیوں میں کمپیوٹیشنل طاقت کی تیز رفتار ترقی نے انجینئرنگ کے تجزیے میں انقلاب برپا کر دیا ہے۔ زلزلوں اور دیگر بوجھ کے دوران جیو ٹیکنیکل ڈھانچوں کے رویے کی پیش گوئی کے لیے بہت سے کمپیوٹر ماڈل تیار کیے گئے ہیں۔ اس سے پہلے کہ کمپیوٹر ماڈل کو اعتماد کے ساتھ استعمال کیا جا سکے، اسے شواہد کی بنیاد پر درست ثابت ہونا چاہیے۔ مثال کے طور پر، قدرتی زلزلوں کے ذریعہ فراہم کردہ معمولی اور ناقابل تکرار ڈیٹا عام طور پر اس مقصد کے لیے ناکافی ہوتا ہے۔ مٹی کے رویے کی پیچیدگی کی وجہ سے جیو ٹیکنیکل انجینئرنگ کے شعبے میں کمپیوٹیشنل الگورتھم کے ذریعے کیے گئے مفروضوں کی صداقت کی تصدیق خاص طور پر اہم ہے۔ مٹی انتہائی غیر لکیری رویے کی نمائش کرتی ہے، ان کی طاقت اور سختی کا انحصار ان کے تناؤ کی تاریخ اور سوراخ کے سیال میں پانی کے دباؤ پر ہوتا ہے، یہ سب زلزلے کی وجہ سے ہونے والی لوڈنگ کے دوران تیار ہو سکتے ہیں۔ کمپیوٹر ماڈل جن کا مقصد ان مظاہر کی تقلید کرنا ہے وہ بہت پیچیدہ ہیں اور ان کی وسیع تصدیق کی ضرورت ہوتی ہے۔ سنٹری فیوج ٹیسٹوں سے تجرباتی ڈیٹا کمپیوٹیشنل الگورتھم کے ذریعے کیے گئے مفروضوں کی تصدیق کے لیے مفید ہے۔ اگر نتائج کمپیوٹر ماڈل کو غلط دکھاتے ہیں، تو سینٹری فیوج ٹیسٹ ڈیٹا جسمانی عمل کے بارے میں بصیرت فراہم کرتا ہے جو بدلے میں بہتر کمپیوٹر ماڈل کی ترقی کو متحرک کرتا ہے۔ اینڈریو این سکوفیلڈ سول انجینئر جیو ٹیکنیکل انجینئرنگ نیٹ ورک برائے زلزلہ انجینئرنگ سیمولیشن فزیکل ماڈل اسکیل ماڈل مٹی میکانکس حوالہ جات سکوفیلڈ (1993)، کیم مٹی سے سینٹری فیوج ماڈل تک، جے ایس ایس ایم ایف ای جلد بھی دیکھیں۔ 41، نہیں۔ 5 سر۔ نہیں۔ 424 پی پی 83-87، نمبر۔ 6 سر۔ نہیں۔ 425 پی پی 84-90، نمبر۔ 7، سر۔ نہیں۔ 426 پی پی 71-78۔ بیرونی روابط جیو ٹیکنیکس میں فزیکل ماڈلنگ پر تکنیکی کمیٹی انٹرنیشنل سوسائٹی فار سوائل میکینکس اینڈ جیو ٹیکنیکل انجینئرنگ امریکن سوسائٹی آف سول انجینئرز ایکٹڈین سسٹمز ایس۔ اے۔-جیو ٹیکنیکل لیبارٹریوں میں جیو ٹیکنیکل باسکٹ سینٹری فیوجز ٹیسٹ کی مثالیں سول انجینئرنگ اسکیل ماڈلنگ