بخشی از مقاله
خلاصه
در ادبیات مدل هاي رفتاري مختلفی جهت بیان رفتار خاك هاي غیراشباع ارائه شده است. مفاهیم حالت بحرانی ابزار مفیدي براي بیان رفتار خاك ها است. یکی از مدل هاي الاستوپلاستیک رایج جهت پیش بینی رفتار خاك هاي غیراشباع، مدل بارسلونا می باشد که در سال 1990 توسط آلونسو و همکاران بر اساس تئوري پلاستیسیته ارائه شده است که شکل سطح تسلیم آن یک بیضوي مانند مدل کم کلی اصلاح شده می باشد. این بیضی براي هر سطح مکش بافتی متفاوت است. این مدل در واقع همان مدل کم کلی اصلاح شده است که با زاویه لود ثابت و تابع پتانسیل پلاستیک غیر وابسته براي خاك هاي غیراشباع ارائه شده است. این مدل براي خاك هاي غیراشباع رسی و ماسه اي سیلت و یا رس دار مناسب است. با این مدل مفاهیم اساسی مثل کاهش حجم الاستوپلاستیک خاك در تراکم همسان، تغییر در سفتی و مقاومت برشی با سطح مکش و افزایش حجم الاستوپلاستیک خاك در فرایند تر شدن براحتی توصیف می شود اما تغییر حجم برگشت ناپذیر در فرایند مرطوب شدن و رفتار برگشت ناپذیر ناشی از تغییرات درجه اشباع در فرایند تر و خشک شدن دیده نمی شود. همچنین در حوزه تنش هاي کم تا متوسط انطباق خوبی بین مدل با رفتار تجربی مشاهده نمی شود که این مسئله به علت نامناسب بودن شکل تابع سطح تسلیم برشی ارائه شده، می باشد. در این مقاله ضمن معرفی مدل بارسلونا، نواقص آن مطرح و سپس به توسعه آن پرداخته شده است و نهایتاً ضمن ارائه فرمولاسیون مدل توسعه یافته، با توجه به تعدادي از نتایج آزمایش هاي موجود در ادبیات، مدل توسعه یافته اعتبار بخشی
گردیده است.
کلمات کلیدي: خاك غیراشباع، مدل هاي رفتاري، محیط متخلخل، مدل بارسلونا
١. مقدمه
در سال 1990، آلونسو و همکاران اولین مدل رفتاري الاستوپلاستیک را براي خاك هاي غیراشباع با استفاده از تئوري پلاستیسیته ارائه نمودند که شکل آن یک بیضوي مانند مدل کم کلی اصلاح شده می باشد. این بیضی براي هر سطح مکش بافتی متفاوت است. این مدل براي خاك هاي غیراشباع کمی تا مقداري منبسط شونده مثل ماسه، سیلت، ماسه هاي رسی و رسهاي با پلاستیسیته کم مناسب است. با این مدل مفاهیم اساسی مثل کاهش حجم الاستوپلاستیک خاك در تراکم ایزوتروپ، تغییر در سفتی و مقاومت برشی با سطح مکش و افزایش حجم الاستوپلاستیک خاك در فرایند تر شدن براحتی توصیف می شود اما تغییر حجم برگشت ناپذیر در فرایند مرطوب شدن و تغییرات برگشت ناپذیر درجه اشباع در فرایند تر و خشک شدن دیده نمی شود.
سطح تسلیم ارائه شده توسط آلونسو علی رغم برخورداري از توانایی نسبی در بیان رفتار خاکهاي غیراشباع، متاسفانه قادر به پیش بینی خوبی از رفتار خاك غیراشباع در محدوده تنشهاي کم نیست و در بیان رفتار خاکهاي رسی بیش تحکیم یافته انطباق خوبی با نتایج تجربی ندارد. لذا در این مقاله هدف اصلی اصلاح فرمولاسیون سطح تسلیم بارسلونا می باشد، به طوریکهم عایب موجود در مدل رفع شده و مدل با نتایج تجربی انطباق بیشتري داشته باشد. توسعه مدل بارسلونا بدین شکل صورت گرفت که سطح تسلیم موجود به دو قسمت تقسیم گردید. در محدوده تنشهاي زیاد ، مدل حاکم همان بارسلونا می باشد که توانایی خوبی در بیان رفتار خاکهاي عادي تحکیم یافته دارد و با اصل انحصار وجود کرنشهاي حجمی در تنش برشی معادل صفر سازگاري مناسبی دارد. اما در محدوده تنشهاي کم، به علت ضعف موجود در مدل بارسلونا، فرمولاسیون جدید براي سطح تسلی م به نحوي ارائه شده که هماهگی بیشتري با نتایج تجربی داشته باشد.
مفاهیم حالت بحرانی ابزار مفیدي براي بیان رفتار خاك ها است. بررسی این مفاهیم براي خاك هاي اشباع توسط محققین مختلف انجام شده است.[1] حالت بحرانی به حالتی از خاك گفته می شود که تغییر حجم تحت کرنشهاي برشی بزرگ رخ نمی دهد. خط حالت بحرانی - CSL - بطور منحصر بفرد حالت تنش گسیختگی در صفحهP q را براي خاك اشباع و غیراشباع نشان می دهد. تنش موثر متوسط در لحظه گسیختگی از آزمایش مقاومت برشی سه محوري با کنترل مکش بدست می آید. خلیلی می گوید، خط حالت بحرانی براي خاك اشباع و غیراشباع مشابه است .[2] در شکل 1 ، تاثیر مکش بافتی بر معادله خط حالت بحرانی خاك نشان داده شده است. با تغییر مکش بافتی، شیب خط حالت بحرانی ثابت بوده و فقط عرض از مبداء آن تغییر کرده است.
آزمایشهاي انجام گرفت ه بر روي نمونه هاي متراکم شده، بازسازي شده و دست نخورده از خاك غیراشباع نشان می دهد که مکش بافتی اثري بر حالت بحرانی خاك بازسازي شده ندارد .[3] نتایج کاي آدلن در 2007 نشان می دهد که خط حالت بحرانی خاك غیراشباع در فضاي P q بصورت q MP q0 می باشد که با افزایش سطح مکش، فقط مقدار q اولیه - - q0 بصورت غیرخطی افزایش می یابد و شیب خط حالت بحرانی مستقل از سطح مکش است.[3] تغییرات q0 بر اساس تغییرات مکش طبق رابطه ذیل پیشنهاد شده است :
۳. تاریخچه مدل سازی رفتار خاک های غیراشباع
مدل هاي رفتاري مختلفی براي توصیفر فتار خاکهاي غیراشباع ارائه شده است که اکثریت آنها بر اساس مدل هاي حالت بحرانی کم کلی و کم کلی اصلاح شده پایه گذاري شده اند. متغیرهاي اساسی در مدل عبارت از تنش متوسط ، تنش انحرافی، مکش بافتی و حجم مخصوص می باشندمعمولاً. شرایط بحرانی در حدود %12 کرنش برشی کل رخ می دهد. مدل رفتاري کاربو براي خاك هاي غیراشباع به صورت ساده ذیل در سال 1988 ارائه شده است : [5]
