بخشی از مقاله
خلاصه
یافته های تجربی نشان داده اند که روانگرایی ماسه های شل ناهمسان تحکیم یافته می تواند آنی و بدون پیش آگهی باشد. با دانستن آنکه خاک در بیشتر سازه های خاکی شرایط تحکیم ناهمسان را تجربه می نماید، بررسی های تجربی و نظری به منظور درک بهتر رفتار ماسه های ناهمسان تحکیم یافته ضرورت می یابد. در این مقاله، توانایی یک مدل رفتاری کشسان-خمیری در شبیه سازی رفتار نمونه های همسان و ناهمسان تحکیم یافته ماسه ارزیابی می گردد.
به این منظور، نخست پارامتر های مدل بر پایه داده های تجربی گزارش شده برای نمونه های همسان تحکیم یافته بدست آورده شده است. سپس، بدون آنکه پارامترهای مدل تغییر داده شوند، رفتار نمونه های ناهمسان تحکیم یافته همان ماسه بوسیله مدل شبیه سازی شده است. نشان داده شده است که مدل رفتاری می تواند رفتار نمونه های همسان و ناهمسان تحکیم یافته را تنها با بکارگیری یک دسته پارامتر شبیه سازی نماید.
.1 مقدمه
خاک های دانه ای برش یافته در شرایط زهکشی نشده دامنه گسترده ای از رفتارها را نمایش می دهند .[1-13] اگر حالت ابتدایی خاک متراکم باشد، برش زهکشی شده در آغاز موجب کاهش تنش موثر همه جانبه می شود. هر چند که با ادامه برش و آغاز اتساع، افزایش قابل توجه تنش موثر همه جانبه رخ می دهد. در سراسر این فرایند، مقاومت برشی بسیج شده در خاک افزاینده می باشد. این گونه از رفتار در ادبیات فنی با نام رفتار اتساعی - dilative - رده بندی می شود.
در روند برش زهکشی نشده ماسه های با تراکم میانه، مقاومت برشی خاک نخست به یک مقدار بیشینه رسیده و در پی آن مقاومت برشی خاک کاهش می یابد. این کاهش مقاومت برشی گذرا بوده و به دنبال آن هر دو مقدار تنش موثر همه جانبه و مقاومت برشی افزایش می یابند. این گونه از رفتار با نام روانگرایی جریانی محدود - limited flow liquefaction - شناخته می شود. سرانجام اگر حالت ابتدایی خاک شل باشد، تنش موثر همه جانبه در برش زهکشی نشده همواره کاهنده بوده و مقاومت برشی خاک نیز پس از یک اوج گذرا کاهش یافته و در نمونه های بسیار شل، از دست رفتن کامل مقاومت برشی غیر منتظره نیست.
این گونه از رفتار با نام روانگرایی جریانی - flow liquefaction - شناخته می شود. در هر سه گونه رفتار گفته شده در بالا، خاک در جابجایی های برشی بسیار بزرگ سرانجام به حالت بحرانی - پایدار - می رسد که در آن ماسه برش یافته در شرایط زهکشی نشده در تنش برشی، تنش موثر همه جانبه و اضافه فشار آب حفره ای ثابت برش می یابد .[1-9] در حالی که جابجایی های بزرگ نگرانی اصلی در روانگرایی جریانی محدود می باشد، کاهش قابل توجه مقاومت برشی به همراه جابجایی های افزاینده بسیار بزرگ روانگرایی جریانی را مخرب ترین گونه روانگرایی ساخته است.
یافته های تجربی [7,8] و نظری [13] اوج مقاومت برشی نمونه های با حالت میانه و شل را به عنوان نقطه آغاز ناپایداری ناشی از روانگرایی بر شمرده اند. Sladen et al. [7] مفهوم خط رمبش - collapse line - را به صورت خط مستقیم گذرنده از نقاط اوج مقاومت برشی نمونه های ماسه شل در صفحه q-p' معرفی نمود که در آن p' تنش موثر همه جانبه و q تنش برشی می باشد. هرگاه مسیر تنش یک نمونه شل خط رمبش را قطع نماید، روانگرایی خاک آغاز می شود.
تحکیم ناهمسان - شرایط تحکیمی به گونه ای که تنش های تحکیمی در امتداد های قائم و جانبی یکسان نباشند - می توانند حالت ابتدایی خاک پیش از برش زهکشی نشده را به خط رمبش نزدیک نموده و تنش های برشی بسیار بالاتری را در مقایسه با مقاومت برشی حالت بحرانی در خاک های ماسه ای ایجاد نمایند. در حالاتی از این دست، برش زهکشی نشده می تواند به آسانی مسیر تنش را به خط رمبش رسانده و روانگرایی جریانی را بدون هیچگونه پیش آگهی آغاز نماید .[9] Hyodo et al. [10] نشان داد که هرچه حالت ابتدایی ماسه های ناهمسان تحکیمی به گذار فاز - phase transformation - نزدیکتر باشد، استعداد روانگرایی بیشتر است. Kato et al. [6] نشان داد که حالت بحرانی ماسه های همسان و ناهمسان تحکیم یافته یکتا می باشد.
با بررسی رفتار زهکشی نشده نمونه های همسان و ناهمسان تحکیم یافته ماسه دارای مقادیر مختلف لای غیر خمیری در سلول سه محوری، Rafiee Dehkharghani et al. [11] نشان دادند که نسبت تنش پیش تحکیمی تاثیر قابل ملاحظه ای بر رفتار ماسه های لای دار داردهمچنین،. اخیراً Keyhani & Haeri [12] اثر همزمان تحکیم ناهمسان و چرخش محورهای اصلی تنش بر رفتار نمونه های ماسه با مقادیر مختلف لای را بررسی کردند. در این مقاله توانمندی یک مدل کشسان-خمیری در شبیه سازی رفتار زهکشی نشده نمونه های همسان و ناهمسان تحکیم یافته ماسه استاندارد Toyoura بررسی شده است. نشان داده شده است که در چارچوب مکانیک خاک حالت بحرانی، شبیه سازی رفتار نمونه های همسان و ناهمسان تحکیم یافته ماسه به ازای مقادیر مختلف تراکم تنها با بکارگیری یک دسته پارامتر امکانپذیر است.
.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 می باشد .[14-16] در این مدل پایستاری انرژی در بخش کشسان رفتار، اثر ناهمسانی تحمیلی بر رفتار کشسان و خمیری و جفت شدگی کشسان-خمیری در نظر گرفته شده است. با توجه به آنکه پیش از این مبانی نظری مدل به گونه کامل در مرجع های گوناگون انتشار یافته است - [14-16] - ، در ادامه تنها نگارش صریح معادلات رفتاری که در آن نمو مولفه های تنش به نمو مولفه های کرنش کل وابسته شده، آمده است.
