بخشی از مقاله
خلاصه
در سال هاي اخیر، موارد بی شماري از ناپایداري در شیب هاي ماسه اي شل پیش از بسیج شدن کامل زاویه اصطکاك داخلی خاك گزارش شده است. پیشنهاد شده است که بررسی رفتار خاك در مسیر هاي تنش زهکشی شده با تنش برشی ثابت می تواند در تعیین مولفه هاي تنش در زمان رخداد ناپایداري راه گشا باشد. در این مقاله، ناپایداري نمونه هاي شل و متراکم ساخته شده از مصالح دانه اي در مسیر هاي تنش زهکشی شده با تنش برشی ثابت به روش اجزاي گسسته بررسی شده است. نشان داده شده است که ناپایداري می تواند هم در نمونه هاي شل و هم در نمونه هاي متراکم رخ دهد، اما ناپایداري در نمونه هاي شل همواره پیش از بسیج شدن کامل زاویه اصطکاك بحرانی می باشد.
.1 مقدمه
در ادبیات فنی، گسیختگی معمولاً با ارضا شدن یک معیار که معیار تسلیم یا گسیختگی نامیده می شود ، رقم می خورد. گسیختگی سازه هاي خاکی معمولاً با رخداد ناپایداري در بخشی از توده خاك آغاز می شود. از این دیدگاه، تولید ناگهانی و پیوسته کرنش در محیط بارگذاري شده، ملموس ترین نشانه آغاز ناپایداري شمرده می شود.
نشان داده شده است که برخی گونه هاي ناپایداري مانند روانگرایی جریانی - flow liquefaction - و همچنین زوال خاك هاي ماسه اي شل در شرایط زهکشی شده با تنش برشی ثابت که مورد اخیر موضوع این مقاله است می توانند پیش از ارضا شدن معیار گسیختگی رخ دهند .[1-10] با رفتارسنجی یک شیروانی ساخته شده از ماسه شل با شیب ابتدایی کمتر از زاویه قرار خاك، Eckersley [11] گزارش کرد که زوال شیب در عمل در شرایط زهکشی شده و پیش انباشت فشار آب حفره اي آغاز می شود.
در حالی که افزایش بارهاي خارجی می تواند موجب زوال شیب ها شود، رخنه تدریجی آب نیز می تواند موجب کاهش تنش موثر همه جانبه در توده خاك و سرانجام گسیختگی شیب شود. از این رو، برخی پژوهشگران پیشنهاد کرده اند که در بررسی سازوکارهاي زوال شیروانی، مسیر تنش زهکشی شده با تنش برشی ثابت می تواند به عنوان الگویی ساده شده از مسیر تنش خاك در پی تراوش آب بررسی شود .[12-15]
.2 نمونه سازي به روش اجزاي گسسته
در این مقاله، نخست رفتار نمونه هاي متراکم و شل یک مصالح دانه اي در آزمایش سه محوري زهکشی شده مرسوم به وسیله روش اجزاي گسسته بررسی شده است. نشان داده می شود که یک خط حالت بحرانی یکتا براي همه نمونه ها قابل تعریف می باشد. سپس، رفتار نمونه هاي شل و متراکم در مسیر هاي تنش زهکشی شده با تنش برشی ثابت به ازاي مقادیر مختلف تنش برشی بررسی می شود.
در همه شبیه سازي ها، نمونه ها مکعبی شکل بوده و از دانه هاي کروي یکسان ساخته شده اند. در شبیه سازي آزمایش هاي زهکشی شده مرسوم، تعداد دانه ها از حدود 12000 براي نمونه هاي شل تا 18000 براي نمونه هاي متراکم تغییر داده شده و بعد نمونه ها 5/5 میلیمتر می باشد. در آزمایش هاي زهکشی شده با تنش برشی ثابت تعداد دانه ها در حدود 15000 و بعد نمونه ها 5/8 میلیمتر است. پارامترهاي بکاربرده شده در آزمایش هاي عددي در جدول 1 آمده است.
.3 بررسی حالت بحرانی محیط دانه اي
نمونه هاي دانه اي نخست به صورت همسان تا مقادیر تنش موثر همه جانبه 100، 200، 400، 800 و 1000 کیلوپاسکال تحکیم یافتند. سپس با ثابت نگهداشن مولفه هاي تنش جانبی، کرنش محوري به نمونه ها اعمال و تا مقدار 70 درصد ادامه یافت - در اینجا نتایج تا کرنش هاي کوچکتر گزارش شده است - . این الگوي مسیر تنش کاملاً مشابه مسیر تنش زهکشی شده فشاري مرسوم در سلول سه محوري می باشد. رفتار هشت نمونه برش یافته در مسیر تنش زهکشی شده مرسوم با تنش هاي موثر تحکیمی ابتدایی 100 و 200 کیلو پاسکال در شکل 1 نمایش داده شده است.
همانگونه که دیده می شود، رفتار نمونه ها تابعی از نسبت تخلخل ابتدایی - e0 - و نیز تنش موثر همه جانبه تحکیمی پیش از آغاز برش - p'in - می باشد. می توان دید که در نمونه هاي متراکم تر مقاومت برشی داري یک اوج گذراست که در نمونه هاي شل وجود ندارد و نمونه هاي متراکم تر گرایش بیشتري به اتساع - کاهش نسبت تخلخل - در فرایند برش دارند.
همچنین، تمام نمونه هاي با تنش موثر تحکیمی یکسان در برش سه محوري زهکشی شده مرسوم سرانجام به یک مقدار یکسان تنش برشی، تنش موثر همه همه جانبه و نسبت تخلخل رسیده اند که همان حالت بحرانی است. با بهره گیري از یافته هاي حالت بحرانی در پانزده آزمایش عددي، ویژگی هاي خط حالت بحرانی محیط دانه اي در شکل 2 بررسی شده است. شکل نشان می دهد که یک خط حالت بحرانی یکتا را می توان با همخوانی بسیار مناسب به داده هاي حالت بحرانی محیط دانه اي برازش نمود.
.4 شبیه سازي رفتار نمونه هاي شل و متراکم در مسیرهاي تنش زهکشی شده با تنش برشی ثابت
چهار نمونه شل و به نسبت شل - با مقدار نسبت تخلخل پس از تحکیم - 0/76 نخست تا تنش موثر همه جانبه 100 کیلوپاسکال به صورت همسان تحکیم داده شده و سپس در مسیر تنش زهکشی شده مرسوم تا مقادیر تنش برشی 20، 40، 60 و 80 کیلوپاسکال برش داده شدند. در ادامه، با ثابت نگه داشتن تنش برشی، مقدار تنش موثر همه جانبه به آرامی کاهش داده شد و رفتار نمونه ها بررسی گردید. مسیر تنش این نمونه ها، تغییرات نسبت تخلخل و کرنش هاي محوري تولید شده با کاهش تنش موثر همه جانبه چهار نمونه به ترتیب در بخش هاي - a - تا - c - شکل 3 نشان داده شده اند.
