بخشی از مقاله
چکیده
با کاربرد یک مدل رفتاری با رویه های تسلیم چندگانه و با توانایی در نظر گرفتن سخت شوندگی جنبشی در قالب یک نرم افزار اجزای محدود، رفتار لرزه ای یک دیوار نگهبان شبیه سازی و نتایج تحلیل عددی با داده های حاصل از آزمایش سانتریفیوژ مقایسه می گردد. در شبیه سازی ها، شتاب نگاشت پنج زمین لرزه بزرگ پیاپی به مرز پایینی مدلسازی اجزای محدود اعمال می شود. جابجایی های شبیه سازی شده در بالای دیوار و نیز لنگرهای خمشی پیش بینی شده در دیوار با داده های تجربی مقایسه می گردند. نشان داده می شود که جابجایی های ماندگار بزرگ در زمین لرزه های پیاپی ایجاد می شوند.
واژههای کلیدی: دیوار نگهبان، مدل رفتاری، تحلیل اجزای محدود، رویه تسلیم، شتاب نگاشت، مدلسازی فیزیکی، ماسه.
-1 مقدمه:
امروزه، دیوارهای نگهبان به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از سازه های مرسوم و شریان های حیاتی مانند پل ها، خاکبرداری حاشیه بزرگراه ها، گودبرداری ها و بندرها بکار برده می شوند. در مهندسی خاک وپی، طراحی لرزه ای دیوار های نگهبان معمولاً با بهره گیری از روش های تحلیل شبه -استاتیکی بر پایه تعادل حدی انجام می شود .[Mononobe, 1924; Okabe, 1924] در این رویکردها، جابجایی خاک پشت دیوار آنقدر بزرگ فرض می شود تا بخش قابل ملاحظه ای از خاک به حالت نهایی - حدی - مقاومت رسیده و مکانیزم گسیختگی تکمیل شود. زمین لرزه های اخیر و بخصوص زمین لرزه کوبه نشان داده اند که روش های طراحی شبه-استاتیکی می توانند عملکرد مناسب دیوار های نگهبان در سطح عملکرد کاربری در مقابل زمین لرزه های محتمل دوره کاربری را فراهم آورند.
اما زمانی که زمین لرزه های بزرگ نامحتمل در دوره طرح و بخصوص زمین لرزه های بزرگ سطحی با کانون نزدیک مد نظر قرار گیرد، تامین ایمنی این دیوارها در عمل قابل تضمین نمی باشد. بر این اساس پیشنهاد شده است که طراحی دیوارهای نگهبان با بهره گیری از روش هایی که بتوانند فراتر از تعادل حدی، رفتار مکانیکی خاک در بارهای دینامیکی و اندرکنش خاک-دیوار را مد نظر قرار دهد، مبنای طراحی قرار داده شود .[Nozu et al., 2004] در ادامه، با کاربرد یک مدل رفتاری پیشرفته و انجام یک تحلیل اجزای محدود، رفتار لرزه ای یک دیوار نگهبان در زمین لرزه های متوالی بزرگ بررسی می گردد.
-2 مدل رفتاری Yang & Elgamal - 2008 - با رویه های تسلیم چندگانه
به منظور شبیه سازی رفتار مکانیکی خاک های دانه ای در بارگذاری چرخه ای، Yang & Elgamal [2008] یک مدل رفتاری کشسان- خمیری با رویه های تسلیم چندگانه را پیشنهاد نمودند. شکل رویه های تسلیم وابسته به مقدار تنش موثر میانی اصلی می باشد و این موضوع از طریق وابسته سازی رویه های تسلیم به مقدار نامتغیرهای تنسور تنش و تنسور تنش برشی اعمال شده است. به جز آخرین رویه تسلیم، امکان سخت شوندگی جنبشی برای دیگر رویه های تسلیم تعریف شده است و بر این اساس این مدل رفتاری از توانمندی شبیه سازی رفتار خاک های دانه ای در بارهای چرخه ای زهکشی شده و زهکشی نشده برخوردار می باشد. مدولهای کشسانی در این مدل به صورت تابعی از تنش موثر همه جانبه تعریف شده اند. هر چند که در صفحه برشی قانون جریان وابسته می باشد، در فضای تنش های اصلی قانون جریان در مدل ناوابسته تعریف شده است. قانون جریان انتخابی می تواند بخوبی حالتهای رفتار تراکمی و اتساعی را تشخیص داده و الگوی رفتاری مناسب را پیش بینی نماید.
در این مدل رفتاری، نمو تنسور تنش بوسیله رابطه زیر به نمو کرنش وابسته می شود:
در رابطه بالا، نماینده نمو تنسور تنش و E تنسور مرتبه چهارم کشسانی می باشند. همچنین،و pکرنش و نمو تنسور کرنش خمیری می باشند. نمو کرنش خمیری در رابطه - 1 - از رابطه زیر بدست می آید:
در رابطه - - 2، H مدول سخت شوندگی خمیری و P یک تنسور مرتبه دو معرف امتداد نمو کرنش خمیری است. Q نیز یک تنسور یکه مرتبه دو معرف نرمال برون سو بر رویه تسلیم در حالت تسلیم می باشد.رویه تسلیم m ام بوسیله رابطه زیر تعریف می گردد - شکل : - 1بخش برشی تنسور تنش، یک تنسور مرتبه دو نشانگر مرکز رویه تسلیم در صفحه برشی و I تنسور یکه مرتبه دو می باشد. با بکارگیری رابطه - 3 - ، Q در رابطه - 2 - به صورت زیر خواهد بود:
تنسور مرتبه دو Q را می توان به صورت Q=Q'+Q''I تجزیه نمود که در آن Q' و Q'' به ترتیب بخش های برشی و همه جانبه Q می باشند. بطور مشابه، تنسور P در رابطه - - 2 به صورت P=P'+P''I تعریف می شود که در این مدل رفتاری P'=Q' فرض می شود هر چند که در حالت کلی 3'' 4'' می باشد. P'' در مدل رفتاری Yang & Elgamal [4] به صورت زیر محاسبه می شود:
در رابطه بالا، c1 تا c3 وd1 تا d3 پارامترهای مدل می باشند و d نیز کرنش برشی تجمعی در فاز اتساعی اخیر می باشند. همچنین، نسبت تنش و PT نسبت تنش گذار فاز است که در آن رفتار خاک از تراکمی به اتساعی تبدیل می شود. n نیز تنسور مرتبه دو یکه عمود بر رویه تسلیم گذرا از حالت کنونی تنش با =0 می باشد.فرمولبندی انتخابی بالا برای قانون جریان موجب الگوی رفتاری زیر می گردد - شکل : - 2
