12287

12287

توسعه مدل رفتاري هايپوپلاستيك در پيش‏بيني رفتار خاك¬هاي اشباع و غير اشباع تحت بارگذاري يكنواخت

دكتري

عمران گرايش خاك و پي

آبان 1392

آبان 1392

دكتر علي اكبر حشمتي

چكيده امروزه با افزايش قابليت‌هاي نرم افزاري استفاده از روش‌هاي عددي براي پيش‌بيني رفتار خاك‌هاي گوناگون تحت شرايط بارگذاري مختلف رو به گسترش است. از طرفي اعتبار نتايج حاصل از حل عددي شديداً وابسته به مدل و معادله ساختاري بكار رفته مي‌باشد. در اين پايان نامه سعي شده است كه با استفاده از مفاهيم تئوري هايپوپلاستيسيته و بسط توابع تانسوري ايزوتروپيك، ويرايش جديدي از معادلات ساختاري هايپوپلاستيك به عنوان جايگزيني مناسب براي معادلات ساختاري الاستوپلاستيك جهت پيش‏بيني رفتار انواع خاك‌ها تحت شرايط زهكشي شده و زهكشي نشده در مسيرهاي تنش متفاوت توسعه يابد. شاخصه برجسته مدل پيشنهادي سادگي آن مي‌باشد. بدين نحو كه با ارائه يك معادله ساختاري واحد كه هم براي حالت بارگذاري و هم باربرداري صادق است و بدون استفاده از مفاهيمي نظير سطح تسليم، رويه پتانسيل خميري و ... مي‌توان تغيير شكل‌هاي برگشت‏ناپذير مصالح ژئوتكنيكي را به خوبي پيش‏بيني نمود. سهولت فرآيند كاليبراسيون بر پايه پارامترهاي ملموس و قابل اندازه‌گيري در آزمايشگاه مكانيك خاك جزء مشخصه¬هاي كاربردي معادله پيشنهادي مي‌باشد. اصلاح مسير تنش موثر براي آزمايش¬هاي زهكشي نشده و بهبود تغييرات مدول الاستيسيته از جمله ويژگي‌هاي مدل پيشنهادي براي خاك‌هاي اشباع مي‌باشد. برآورد تغييرات حجم در آزمايش‌هاي زهكشي شده و پيش‏بيني رفتار خاك‌هاي دانه‌اي شل و متراكم و همچنين مدل¬سازي تغييرات مقاومت و حجم در خاك‌هاي ريز دانه برحسب تغييرات نسبت بيش تحكيمي از ديگر مشخصه¬هاي مدل پيشنهادي است. سپس با بكارگيري مفهوم تنش مؤثر و توسعه منحني‌هاي مشخصه آب- خاك (SWCC) و تنش مكشي (SSCC) توانايي معادله ساختاري پيشنهادي جهت مدل¬سازي رفتار خاك‌هاي غير اشباع تحت شرايط بارگذاري مختلف ارتقا مي¬يابد. اين فرآيند با توسعه منحني مشخصه آب- خاك بر اساس رابطه ذاتي ميان درجه اشباع و نسبت تخلخل در محيط‌هاي سه فازه كه قابل استفاده براي تمامي معادلات تجربي مشخص كننده منحني مشخصه آب- خاك مي‌باشد، آغاز مي‌گردد. مزيت اصلي استفاده از اين روش كاربرد تنها يك پارامتر اضافي جهت توصيف اثرات تغيير دانسيته بر منحني مشخصه آب- خاك است. سپس با برقراري ارتباطي منطقي و مفهومي ميان منحني¬هاي مشخصه آب- خاك و تنش مكشي مستقيماً و بدون انجام آزمايش‌هاي مقاومت برشي براي خاك‌هاي غير اشباع مي¬توان تغييرات تنش موثر در خاك‌هاي غير اشباع را پيش‏بيني نمود. در ادامه با معرفي يك ضريب پيكنوتروپي جديد و وابسته به درجه اشباع و توسعه معادله ساختاري هايپوپلاستيك قادر به مدل¬سازي رفتار خاك‌هاي غير اشباع خواهيم بود. مزيت اصلي مدل توسعه يافته در اين حالت استفاده از پارامترهاي ساختاري متعلق به حالت اشباع و اضافه شدن تنها دو پارامتر جديد جهت مدل¬سازي رفتار خاك براي حالت غير اشباع است. از آنجا كه پارامترهاي مذكور تأثيرات تغيير درجه اشباع موثر بر فشردگي‏‏پذيري خاك‌هاي غير اشباع را مشخص مي‌سازند، بنابراين فرآيند واسنجي يا كاليبراسيون آنها با انجام آزمايش ادومتر همراه با كنترل مكش براي خاك‌هاي غير اشباع صورت مي‌پذيرد. در ادامه با تعيين پارامترهاي فوق‏الذكر و تعيين ضريب پيكنوتروپي پيشنهادي قادر به توصيف كليه رفتارهاي هيدرومكانيكي خاك‌هاي غير اشباع اعم از پاسخ در شرايط زهكشي شده، زهكشي نشده و رمبش القايي ناشي از ترشدگي خواهيم بود. واژه‌هاي كليدي: الاستوپلاستيسيته، هايپوپلاستيسيته، معادلات رفتاري، خاك¬هاي غير اشباع، منحني مشخصه آب- خاك (SWCC)، منحني مشخصه تنش مكشي (SSCC).