بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله، تعیین پارامترهای مورد نیاز جهت الگوی رفتاری هایپربولیک که در نرم افزارهای تحلیل مسائل مکانیک خاک نظیر PLAXIS از آن استفاده میشود، با کمک یک روش عددی ساده و کاربردی ارائه میگردد. با کمک مدلسازی اجزای محدود آزمایشات سه محوری و تحکیم در نرم افزار PLAXIS این پارامترها مورد ارزیابی قرار میگیرد.
-1 مقدمه
روشهای عددی به کار رفته در تحلیل مسائل مکانیک خاک به ویژه تحلیلهای تنش و کرنش به شدت وابسته به الگوی رفتاری انتخاب شده برای خاک میباشد. اگرچه؛ برای برخی از این مسائل، الگوی رفتاری مناسب با توجه به وجود تجربیات قابل اتکا انتخاب شده و در نشریات معتبر و استانداردهای رایج توصیه شده است[3]و .[4] اما همچنان برای بسیاری از مسائل یاد شده، انتخاب الگوی رفتاری مناسب وابسته به تجربه تحلیلگر میباشد.
افزون براین؛ انطباق نتایج آزمایشگاهی با الگوهای رفتاری دقیقتر و به دست آوردن پارامترهای مناسب برای الگوی رفتاری، بیشتر از آنکه فرآیندی عادی در تحلیل باشد، مورد توجه مراکز پژوهشی است. الگوی رفتاری هایپربولیک که از خانواده الگوی رفتاری دانکن و چانگ می باشد، توسط نشریات تخصصی طراحی سد به عنوان الگوی رفتاری مناسب در طراحی سدهای خاکی معرفی شده است. اما تحلیلگران و طراحان سدهای خاکی در بیشتر موارد ترجیح می دهند که پارامترهای مورد نیاز در تحلیل را به جای آنکه از نتایج آزمایشگاهی استخراج کنند، از جداول آماده انتخاب کنند.
در این مقاله؛ تلاش می شود یک روش ساده برای انتخاب پارامترهای الگوی رفتاری هایپربولیک از نتایج آزمایش سه محوری و تحکیم ارائه شود که نویسندگان این مقاله، این روش را برای تعداد قابل توجهی از مصالح به کار رفته در چند سد خاکی به کار گرفته اند و از طریق نتایج تحلیل با کمک این پارامترها؛ به ویژه در مورد مساله ای که نتایج ابزار دقیق هم موجود بود، دقت آنرا دریافتهاند. در ادامه روش یاد شده؛ برای نتایج آزمایشات سه محوری و تحکیم مربوط به یک نمونه خاک، مورد استفاده قرار می گیرد و پارامترهای مورد نیاز از آن اخذ میگردد. سپس با کمک نرمافزار PLAXIS، نتایج تحلیل بر روی مدل اجزای محدود آزمایش سه محوری و تحکیم به دست می آید و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه میگردد.
-2 ویژگیهای الگوی رفتاری هایپربولیک
آزمایش سه محوری یکی از آزمایشات رایج در مسائل مکانیک خاک است. صورتهای رایج این آزمایش برای تعیین پارامترهای خاک CD ، CU و UU میباشد. که طراحان و تحلیلگران با توجه به مساله ژئوتکنیکی که با آن مواجه میشوند و همچنین مسائل اقتصادی پروژه ها ازبین آن ها آزمایش مناسب را انتخاب میکنند. اما صورت CD آن برای اکثر مسائل تحلیلی گزینه مناسب تری است و اگر مسائل اقتصادی اولویت نباشد، گزینه منتخب خواهد بود. نتایج این آزمایش معمولا شامل منحنی های تنش انحرافی در برابر کرنش اصلی بزرگتر و دوایر موهر درلحظه گسیختگی و در برخی موارد منحنی کرنش حجمی در برابر کرنش اصلی بزرگتر است. در بسیاری از مسائل که تنها پارامترهای مقاومتی خاک مد نظر است از یک الگوی رفتاری ساده الاستیک خطی -پلاستیک به فرم شکل 1 میتوان استفاده نمود.
-3 تعیین پارامترهای خاک از طریق آزمایشات سه محوری و ادومتری
اغلب برای تعیین پارامترهای خاک و از میان برداشتن و یا به حداقل رساندن خطاهای آزمایشگاهی سه آزمایش سه محوری با تنش های محصور کننده متفاوت صورت میپذیرد و از طریق همپوشانی نتایج آنها پارامترهای خاک استخراج میشود. اگرچه نرم افزارهایی نظیر MATLAB با داشتن ابزار قدرتمند انطباق منحنی قادرند روابط پیچیده را با دادهای آزمایشگاهی انطباق دهند اما در این فرآیند نحوه انطباق کاملاً خارج از مدیریت کاربر است و برای اعمال اصلاحات، به توانایی علمی بالایی جهت تعیین خطاها، نیاز است.
اکنون انطباق دادهای آزمایش با این رابطه خطی و با کمک رگرسیون خطی به راحتی مهیا است. دانستنی است که خطاهای آزمایش سه محوری که باعث میشوند آزمایش از حالت آزمایشات نقطهای - Element Testing - خارج شود - خطاهایی نظیر سختی صفحات انتقال بار، تاثیرات ابعادی نمونه ها و .... - معمولاً نقاط ابتدایی آزمایش را به شدت تحت تاثیر قرار می دهند که این نقاط در شکل 3 مربوط به انتهای منحنی است. بنابراین داده هایی که باعث می شوند نقطههای نظیر این داده ها در قسمت انتهایی از خط رگرسیون فاصله زیادی داشته باشند، بهتر است قبل از انطباق، از دادهها حذف شوند.
گامهای لازم برای استخراج پارامترهای مدل هایپربولیک به قرار زیر است: برای هریک از آزمایشات سه محوری که عموماً برای تنش های محصور کننده 1، 2 و 3 کیلوگرم بر سانتی متر مربع صورت میپذیرد، ابتدا تنش انحرافی نظیر گسیختگی ؛ qf ، تعیین می شود. سپس داده ها به صورت عکس تنش انحرافی 1/q در مقابل عکس کرنش محوری 1/ 1 فراهم شده و با کمک رگرسیون خطی در محدوده قابل قبول ، شیب خط که برابر نصف عکس مدول سختی؛ E50 ، است تعیین میگردد.
