بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به اینکه خاک در بیشتر سازههای خاکی شرایط تحکیم ناهمسان را تجربه میکند، بررسیهای تجربی و نظری به منظور درک بهتر رفتار ماسه ناهمسان تحکیم یافته ضرورت مییابد. در این مقاله، رفتار نمونههای ماسه همسان و ناهمسان تحکیم یافته بوسیله یک مدل رفتاری کشسان-خمیری شبیهسازی میگردد.
به این منظور، از دادههای تجربی حاصل از آزمایش بر روی نمونههای ماسه استاندارد فیروزکوه استفاده شده است. پس از ارائه فرمولبندی مدل رفتاری، پارامترهای مدل برای شبیهسازی رفتار نمونههای با تحکیم همسان بدست آورده میشوند. سپس بدون تغییر پارامترها، رفتار نمونههای با تحکیم ناهمسان ماسه فیروزکوه پیشبینی میشود. نشان داده شده است که مدل توانایی پیشبینی رفتار نمونههای همسان و ناهمسان تحکیم یافته را تنها با استفاده از یک دسته پارامتر دارا میباشد.
.1 مقدمه
روانگرایی یکی از پیچیدهترین مفاهیم در مکانیک خاک میباشد که رخداد آن خسارتهای زیادی را در پی دارد. به منظور شناخت بهتر این پدیده ابتدا لازم است تا رفتار خاکهای دانهای در شرایط زهکشی نشده مورد بررسی قرار گیرد. همچنین به منظور پیشبینی روانگرایی، مدلهای رفتاری گوناگونی تا به امروز پیشنهاد شده است. با استفاده از یک مدل رفتاری توسعه یافته میتوان تحلیل جامعی از رفتارهای تغییر شکلی بدست آورد. همچنین بررسی تاثیر عوامل مختلف بر رفتار ماسهها و پیشبینی آنها بوسیله چنین مدلی دارای اهمیت میباشد.
رفتار زهکشی نشده ماسهها را به سه دسته کلی تقسیم کردند. در دسته اول مقاومت برشی پس از یک اوج گذرا کاهش مییابد. به این نوع رفتار در اصطلاح فنی روانگرایی جریانی - flow liquefaction - گفته میشود و در ماسههای شل رخ میدهد.
در دسته دوم مقاومت برشی پس از یک اوج به صورت موقت کاهش یافته و سپس شروع به افزایش میکند. به این دسته رفتار، روانگرایی جریانی محدود - limited flow liquefaction - گفته شده و در ماسههای نیمه متراکم رخ میدهد. در دسته سوم که رفتار اتساعی - dilative - نام دارد و در ماسههای متراکم رخ میدهد مقاومت برشی پیوسته افزایش مییابد.
اگر شرایط تحکیمی به گونهای باشد که تنشهای تحکیمی در امتدادهای قائم و جانبی یکسان نباشد، نمونه به صورت ناهمسان تحکیم یافته است. ناهمسانی تحکیم میتواند بر رفتار زهکشی نشده ماسهها و به خصوص استعداد روانگرایی آنها تاثیرگذار باشد به گونهای که روانگرایی بدون هیچ پیشآگهی اتفاق افتد
Hyodo et al. نشان دادند که هرچه حالت ابتدایی ماسههای ناهمسان تحکیم یافته به گذار فاز - phase transformation - نزدیکتر باشد، استعداد روانگرایی بیشتر میشود. Kato et al. [4] نشان دادند که همسان یا ناهمسان بودن تحکیم تاثیری بر حالت بحرانی ماسهها ندارد.
Rafiee Dehkharghani et al. با بررسی رفتار زهکشی نشده نمونههای همسان و ناهمسان تحکیم یافته ماسه دارای مقادیر مختلف لای غیر خمیری در سلول سه محوری، نشان دادند که نسبت تنش پیش تحکیمی تاثیر قابل ملاحظهای بر رفتار ماسههای لایدار دارد. همچنین Keyhani & Haeri [6] اثر همزمان تحکیم ناهمسان و چرخش محورهای اصلی تنش بر رفتار نمونههای ماسه با مقادیر مختلف لای را بررسی کردند.
در این مقاله توانایی یک مدل رفتاری کشسان-خمیری در شبیهسازی رفتار ماسههای همسان و ناهمسان تحکیم یافته با استفاده از دادههای تجربی گزارش شده برای ماسه استاندارد فیروزکوه بررسی میشود. نشان داده شده است که در چارچوب مکانیک خاک حالت بحرانی، شبیهسازی رفتار نمونههای همسان و ناهمسان تحکیم یافته ماسه به ازای مقادیر مختلف تراکم تنها با استفاده از یک دسته پارامتر امکانپذیر میباشد.
.2 فرمولبندی مدل رفتاری
مدل رفتاری بکار رفته در این مقاله، یک مدل رفتاری کشسان-خمیری سطح مرزی و سازگار با مکانیک خاک حالت بحرانی است .[9-7] در این مدل پایستاری انرژی در بخش کشسان رفتار، اثر ناهمسانی تحمیلی بر رفتار کشسان و خمیری و جفتشدگی کشسان-خمیری در نظر گرفته شده است. در فضای تنشها و کرنشهای سه محوری، نمو کرنش حجمی - - v و نمو کرنش برشی - - q به وسیله رابطه زیر به نمو تنش موثر همهجانبه - - p و نمو تنش برشی - - q وابسته میشوند:
در معادله بالا G و K پارامترهای وابسته به نوع خاک و pref=100 kPa یک فشار مرجع است. همچنین p0 و q0 به ترتیب مقادیر تنش موثر همهجانبه و تنش برشی در کرنشهای حجمی و برشی کشسان برابر صفر میباشند . هم یک پارامتر جفتشوندگی کشسان-خمیری میباشد. با مشتقگیری ضمنی از تابع انرژی بالا مدولهای کشسان خاک بدست میآیند. مدولهای حجمی - K - ، برشی - G - و برشی-حجمی - J - کشسان از روابط زیر بدست میآیند:
که در رابطه های بالا =q/p نسبت تنش میباشد. در ترازهای پایین نسبت تنش برشی، دسته رابطه - 3 - به صورت زیر میباشند:
رابطه - 4 - به شکل مرسوم و شناخته شده بر اساس یافتههای نسبت تنش پیشین - - بوسیله رابطه زیر توصیف میگرددکه در آن max و min به ترتیب مقادیر بیشینه و کمینه میباشند. در نبود داده های تجربی، می توان max=0.95 و min=0.45 را برگزید. B سرعت تغییر با را بدست میدهد و برای بیشتر ماسه ها در دامنه 0/05 تا 0/15 قرار دارد.
در رابطه - 6 - ، نسبت تنش پیشین و یک پارامتر سخت شوندگی جنبشی میباشد. m=0.001 یک پارامتر نشانگر بازشدگی تابع تسلیم میباشد.
در رابطه بالا، A پارامتر مدل بوده، Mc شیب خط حالت بحرانی در صفحه q-p در مد سه محوری فشاری و c=Me/Mc تعریف میشود که در آن Me شیب خط حالت بحرانی در مد سه محوری کششی میباشد. d نیز نسبت تنش پیشین رویه اتساعی میباشد.
