انتخاب صفحه

فهرست مطالب
فصل اول مقدمه

مصالح دانه‏ای از ذراتی مجزا تشکیل شده‏اند که رفتار ماکروسکوپی پیچیده‏ای در برابر بارهای خارجی از خود نشان می‏دهند. خاک‏ها نیز مصالحی متشکل از ذرات با اندازه‏های مختلف می‌باشند و رفتار آنها‏ به وسیله نیروهای بین این ذرات تعیین می‏شود. با این وجود، این ویژگی آنها معمولاً در مدل‏سازی‌ها مورد توجه قرار نمی‏گیرد. نیروهای بین ذرات خاک شامل نیروهای ناشی از شرایط مرزی، نیروهای بین ذره‏ای (نیروهای تماسی) می‏باشند که تعادل نسبی بین این نیروها سبب آشکار شدن جنبه‌های مختلف رفتار خاک می‏شود.
پدیده انتشار موج نقش اساسی در مسائل مختلف دینامیکی مانند اندرکنش لرزه¬ای خاک و سازه، روانگرایی و ارتعاش پی بازی می¬کند. درک اثرات محلی ساختگاه بر حرکات قوی زمین و ارزیابی پاسخ و تغییر شکل زمین در مقابل حرکات قوی برای سازه¬ها و تاسیسات حیاتی از اهمیت زیادی برخوردار است. مطالعه انتشار موج در مصالح دانه¬ای کاربردهای مهم صنعتی هم دارد. مصالح دانه¬ای برای جذب موج¬های ضربه¬ای در مدت انتقال تجهیزات سنگین و برای ایزوله کردن تجهیزات حساس از لرزش¬های زمین استفاده می¬شوند. آن¬ها همچنین در ساخت مولفه¬های سرامیک که نیاز به متراکم سازی دینامیکی پودرهای سرامیک است، کاربرد دارند. در تمامی این کاربردها نیاز است تا سرعت موج و ماهیت انتشار آن در مصالح دانه¬ای، مطالعه شود.
تحقیقات در زمینه انتقال موج فشاری در خاک¬های دانه¬ای توسط محققین مختلف انجام شده است. آن¬ها به بررسی میزان تاثیر عوامل مختلف بر سرعت انتشار موج پرداختند. فاکتورهایی مانند: عرض نمونه، نسبت میرایی، شکل ذرات، چیدمان ذرات، فرکانس ارتعاش، قطر و سختی سطح ذرات، فشار یا عمق پارامترهایی هستند که بیشتر مطالعات و شبیه¬سازی¬های محققین مختلف معطوف به آن¬ها بوده است. با وجود تحقیقات قابل توجه انجام شده بر روی انتشار موج هنوز پارامترهایی وجود دارند که ممکن است بر انتشار موج در خاک¬های دانه¬ای تاثیرگذار باشند و میزان تاثیر آن¬ها بر فرآیند انتشار موج بررسی نشده است.
هدف اصلی از این تحقیق بهره¬گیری از یک تکنیک عددی (DEM) جهت ساده سازی و شیبه سازی پدیده پیچیده انتشارامواج درخاک است. از آنجاکه هنوز عوامل موثر در انتشار موج وجود دارند که تا کنون یا مورد بررسی قرار نگرفته¬اند و یا به طور جامع و مفصل مورد توجه واقع نشده¬اند، این انگیزه را ایجاد کرد تا بتوان با ادامه دادن تحقیق در این زمینه به بررسی برخی از این عوامل و میزان تاثیرگذاری آن¬ها پرداخت. تا بتوانیم پدیده انتشار موج دریک خاک واقعی را مدل نموده و بدون نیاز به انجام آزمایشات پرهزینه و زمان بر ژئوفیزیکی درمحل و یا درآزمایشگاه بتوان سرعت انتشار امواج را با دقت کافی محاسبه نمود. با بررسی¬های انجام شده و پیشنهاداتی که محققین مختلف در مطالعات خود ارائه داده¬اند، در مطالعه حاضر به بررسی اثر پارامترهایی مانند: ضریب غیر یکنواختی اندازه دانه¬ها (PDI)، دانه بندی خاک، ضریب اصطکاک، تخلخل، دانسیته بر سرعت موج پرداخته شده است. از روش المان¬های مجزا به صورت دو بعدی جهت آنالیز ها استفاده شده است. لازم به ذکر است که مدل-سازی ها با استفاده از نرم افزار PFC2D صورت پذیرفته است.
مطالب این پایان‏نامه در 6 فصل ارائه شده است. فصل اول، مقدمه بوده و به معرفی مطالعه و ویژگی‏های آن پرداخته است. فصل دوم به مرور فرمولاسیون روش المان‏های مجزا و مقدماتی از میکرومکانیک محیط‏های دانه‏ای می‏پردازد. در فصل سوم، تحقیقات انجام شده به روش المان‏های مجزا بر انتشار موج برشی و فشاری در مصالح دانه‏ای مورد بررسی قرار گرفته و زمینه‏هایی که نیاز به تحقیقات بیشتر دارد، معرفی شده است. در فصل چهارم، به بررسی مراحل و چگونگی مدلسازی پرداخته شده است. در ضمن در همین فصل صحت سنجی مدل سازی انجام شده نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل پنجم به بررسی پارامترهای موثر بر سرعت انتشار موج پرداخته شده است. علل و میزان تاثیر این پارامترها بر سرعت انتشار موج بررسی و نتایج آن در انتهایی هر بخش به صورت نموداری ارائه شده است. در نهایت، اهم نتایج حاصل از این پژوهش در فصل ششم ارائه و جمع‏بندی گردیده است.

مقدمه………………………………………………………………………… 1

نمایش زنجیره¬های نیروهای تماسی

نمایش زنجیره¬های نیروهای تماسی

فصل دوم روش المان‏های مجزا

روش المان‏های مجزا یکی از روش‌های عددی است که مشخصا به منظور مدلسازی رفتار سیستم‏های ناپیوسته (Discontinuous systems) مانند محیط‏های دانه‏ای بسط و توسعه یافته است. اساس روش مبتنی بر مطالعه‏ای است که توسط Cundall در سال 1971 به منظور بررسی پایداری بلوک‌های سنگی صورت پذیرفته است. پس از آن محققان متعددی همچون Cundall & Stark (1979a) و Ghaboussi & Barbosa (1990) به توسعه روش به منظور مدلسازی رفتار مصالح دانه‏ای و به اشکال مختلف هندسی پرداختند.
در این روش، هر ذره از مجموعه ذرات به صورت جسمی مجزا و با در نظر گرفتن شرایط هندسی سطح آن و توصیفی از حالت فیزیکی آن (محل قرارگیری، جهت، نیروهای حجمی و …) مدل می‏شود. حرکت ذرات با توجه به نیروهای اعمال شده به آنها و با استفاده از قانون دوم نیوتن تعیین می‏گردد. شرایط فیزیکی و مکانیکی ذرات به منظور مدلسازی ریاضی آنها با استفاده از روابط میکرومکانیک ذرات تعیین می‌شود.

2-2- مایکرومکانیک محیط‏های دانه‏ای

مایکرومکانیک به تئوری‏ها و تعاریفی می‏پردازد که به منظور توصیف رفتار مکانیکی مصالح دانه‏ای بر اساس متغیرهای مایکروساختاری آنها به کار می‌رود. مصالح دانه‌ای مجموعه‏ای از ذرات مجزا با شکل و اندازه‏های مشخص هستند. مجموعه ذرات در صورت وجود فشار همه جانبه از خود مقاومت مکانیکی نشان می‏دهند. ذرات مجزای خاک تحت نیروهای اعمال شده به آنها توسط تماس با ذرات کناری در تعادل استاتیکی هستند(شکل 2-1).

مقاومت مصالح به تعداد متوسط تماس برای هر ذره و مقدار نیروهای تماس بستگی دارد. متوسط تعداد تماس‌های ذرات (.Average Coordination Number, C.N) به صورت متوسط تعداد تماس‌ها در هر ذره تعریف می‌شود. در یک مجموعه متشکل از ذره، تعداد متوسط تماس‌ها ( ) به صورت زیر تعریف می‌شود:
که دو برابر تعداد تماس‌های بین ذره‌ای موجود در مجموعه می‌باشد. نتایج تعداد زیادی از مطالعات انجام شده بیانگر آن است که متوسط تعداد تماس ذرات از لحاظ پایداری نمونه حائز اهمیت می‌باشد، به‌ طوری ‌که مجموعه¬های دارای متوسط تعداد تماس بیشتر دارای پایداری و در نتیجه مقاومت بیشتری در برابر بار اعمال شده می‌باشد. یکی دیگر از پارامترهای توصیف مایکروساختار ذرات، تراکم متوسط تماس (Average Contact Density) می‏باشد که به صورت زیر تعریف می‌شود:

روش المان‏های مجزا، روشی عددی است که همانطور که از نامگذاری‏اش واضح است، برای حل مسائلی به کار می رود که بین اجزای آن پیوستگی وجود نداشته باشد. همانطور که پیشتر آمد، این روش در ابتدا توسط Cundall (1971) به منظور مدل کردن خرابی پیش‏رونده در شیب‏های سنگی به کار رفت. سپس Cundall & Strack (1979a) روش اولیه خود را به منظور مدل‏سازی مجموعه‏ای دو‏بعدی از صفحات دایروی گسترش دادند. برنامه اولیه آنها Ball نام داشت که پس از توسعه‏ی آن برای شرایط سه‏بعدی نام TRUBAL را بر آن نهادند. این برنامه توسط محققان مختلف همچون Ng (1989) و نیز Sitharam (2003) اصلاح شد و گسترش یافت. روش المان‏های مجزا در مطالعه مصالح دانه‏ای برای دو حالت مجموعه ذرات متراکم و پراکنده (Dense & Diffuse Particle Assemblies) استفاده می‏شود. شرایط مجموعه ذرات متراکم در واقع مشابه‏سازی آزمایش المانی (Element Testing) می‏باشد که در آن شرایط مجموعه ذرات در ابتدای آزمایش، مجموعه با مرزهای مشخص و مشابه یک نمونه آزمایشگاهی است.
در عمل هنگام بارگذاری یک المان از یک محیط دانه‌ای (مانند خاک ماسه‌ای)، نیرو یا تنشی که به مرزهای مجموعه ذرات وارد می‌شود، توسط ذرات آن مجموعه تحمل می‌شود؛ در واقع نیروی مرزی از طریق تماس‌های موجود بین ذرات و بوسیله نیروهای تماسی (نیروهایی که در اثر تماس دو ذره بوجود می‌آید) انتقال می‌یابد. لذا در اثر اعمال نیروی مرزی، ذرات به یکدیگر (یعنی هر ذره به ذرات مجاور خود که با آنها در تماس مستقیم است) نیرو وارد می‌کنند. هر ذره در این مجموعه، در اثر اعمال نیرو از جانب ذرات مجاور، تحت اثر برآیند نیروهای وارده (مطابق قانون دوم نیوتن) به حرکت درآمده و جابجا خواهد شد. در نهایت، مجموعه جابجایی‌های تمام ذرات موجود در مجموعه، منجر به بروز کرنش در آن مجموعه (تحت تنش‌های مرزی) می‌شود. تکرار این مراحل که در شکل 2-2 ملاحظه می‌گردد، در طول زمان دلخواه (Time marching)، اساس روش المان‌های مجزا (DEM) می‌باشد (شفیع‏پور، 1388)
2-4- چرخه محاسبات
روش المان‏های مجزا معمولاً مبتنی بر الگوریتم دینامیکی (تابع زمان) می‏باشد که معادله حرکت مجموعه ذرات را با استفاده از روش تفاضل‏های محدود صریح (Explicit FDM) حل می‏نماید. در هر قدم زمانی قانون حرکت و همچنین معادله رفتاری ( رابطه نیرو – تغییرشکل تماس) اعمال می‌شود. انتگرال‏گیری از قانون دوم نیوتن (معادله حرکت) موقعیت جدید ذره، تغییرشکل تماس و سرعت ذره را به دست می‏دهد. سپس با بهره‏گیری از قانون نیرو – تغییرشکل برای محل تماس، نیروی تماس جدید در هر مرحله تعیین می‏شود که در مرحله بعد استفاده می‌شود. حال با معلوم بودن موقعیت و نیروهای جدید هر ذره در مجموعه ذرات، مراحل فوق را می‌توان تا رسیدن به حالت مورد نظر و با گام‌های زمانی مناسب تکرار نمود.

- مراحل مختلف مدل‌سازی مجموعه ذرات با استفاده از روش DEM در یک گام زمانی (شفیع‏پور، 1388(

– مراحل مختلف مدل‌سازی مجموعه ذرات با استفاده از روش DEM در یک گام زمانی (شفیع‏پور، 1388(

2-1-مقدمه ……………………………………………………………………..4
2-2-مایکرومکانیک محیط‏های دانه‏ای……………………………………….. 5
2-3-روش المان‏های مجزا ………………………………………………………6
2-4-چرخه محاسبات…………………………………………………………. 6
2-5-الگوریتم تعیین نیروهای بین ذره‏ای……………………………………. 7
2-6-اعمال معادله حرکت …………………………………………………….11
2-7- شرایط مرزی…………………………………………………………… 13
2-7-1- شرایط فضای تناوبی………………………………………………. 13
2-7-2- شرایط مرزی صلب………………………………………………….. 14
2-7-3- شرایط مرزی هیدرواستاتیکی…………………………………….. 14
2-7-4- شرایط مرزی جاذب انرژی ………………………………………….15
2-8-نتیجه گیری…………………………………………………………….. 15

روش المان‏های مجزا یکی از روش‌های عددی است که مشخصا به منظور مدلسازی رفتار سیستم‏های ناپیوسته (Discontinuous systems) مانند محیط‏های دانه‏ای بسط و توسعه یافته است. اساس روش مبتنی بر مطالعه‏ای است که توسط Cundall در سال 1971 به منظور بررسی پایداری بلوک‌های سنگی صورت پذیرفته است وهمچنین روشی است که قادر است رفتار محیط دانه­ای را بوسیله مدل سازی دینامیکی مجموعه­ای از ذرات مدل (یعنی دیسک­های دایره­ای، کره­ها و ..) شبیه­سازی کند.

برای داشتن یک شبیه سازی درست از رفتار خاک باید بتوان رفتار غیر خطی خاک را در شبیه سازی در نظر گرفت زیرا رفتار خاک ماهیتاً غیرخطی است. روش المان مجزا به عنوان یک ابزار قدرتمند برای آنالیز مصالح دانه­ای در کرنش­های کوچک و بزرگ شناخته شده است. همچنین DEM قادر است رفتار پیچیده مصالح واقعی را با فرضیات نسبتاً ساده و تعداد کمی پارامتر در مقیاس میکرو شبیه سازی کنند.

فصل سوم مروری بر تحقیقات گذشته

پدیده انتشار موج نقش اساسی در مسائل مختلف دینامیکی مانند اندرکنش لرزه¬ای خاک و سازه، روانگرایی و ارتعاش پی بازی می¬کند. زلزله¬های مخرب اخیر مانند 1985 مکزیکوسیتی و 1995 کوبا اثر شرایط محلی ساختگاه بر مشخصات داده¬های قوی محرک را آشکار کرد. ماهیت بستر بر پاسخ لرزه¬ای میدان با بزرگنمایی تحرکات لرزه¬ای ناشی از بستر سنگی که می¬تواند اثرات میرایی بر سازه¬ها داشته باشد اثر گذار خواهد بود. درک اثرات محلی ساختگاه بر حرکات قوی زمین اثرات مهمی بر کاهش تلفات زلزله دارد. همچنین ارزیابی پاسخ و تغییر شکل زمین در مقابل حرکات قوی برای سازه¬ها و تاسیسات حیاتی از اهمیت زیادی برخوردار است.

3-2-مدل سازی انتشار موج برشی در خاک دانه¬ای

محققین همواره در پی آن بودند که بتوانند رفتار دینامیکی خاک¬های دانه¬ای را به درستی شبیه سازی کنند. در همین راستا، محققان زیادی مانند Hardin BOو(1972) Drnevich VP، Kokusho (1980)، Rollins KM (1998)، (1986) Seed HB و Wong RTو (1986) Idriss IM از آزمایشاتی مانند سه محوری سیکلی یا ستون تشدید برای تعیین مدول برشی و پارامترهای میرایی برای انواع مختلف خاک استفاده کردند. ارزیابی¬های میدانی نیز برای بررسی سختی غیرخطی تحمیل شده توسط تحرکات زلزله انجام شده است. توانایی آزمایش سانتریفیوژ برای تولید تنش¬های برجای اولیه در مدل خاک آن را یک ابزار مفید برای ارزیابی رفتار خاک می¬سازد. مشخصات دینامیکی خاک در حالتی مانند مقیاس واقعی بررسی می¬شوند و اثرات مقیاس نمونه کاهش می¬یابد. تعداد زیادی آزمایش سانتریفیوژ برای شبیه سازی حرکات زمین انجام شده است. اغلب این آزمایشات برای بررسی روانگرایی و توسعه فشار حفره-ای در خاک¬های ماسه¬ای اشباع و خاکریزها انجام شده است. منحنی¬های مدول برشی و میرایی برای ماسه خشک و اشباع مانند رس نرم توسط Brennan (2005) و همکاران با استفاده از آزمایش سانتریفیوژ دینامیکی بدست آمدند. Stevens (2001) و همکاران آزمایشات سانتریفیوژ را برای ماسه متراکم نوادا انجام دادند تا بتوانند برای شدت¬های مختلف موج سینوسی یک فرآیند عددی برای پیش بینی رفتار خاک بدست آورند. مدل¬های رفتاری و فرآیندهای عددی با استفاده از آزمایشات سانتریفیوژ مورد بررسی قرار گرفتند.
روش¬های عددی پیوسته نیز برای بررسی انتشار امواج موجود هستند. روش المان مرزی و روش اجزا محدود، متداول¬ترین این روش¬ها است. معمولاً این تکنیک¬ها شامل پارامترهایی است که تفسیر و بدست آوردن آن¬ها دشوار است. محققین زیادی کدهایی برای آنالیز رفتار غیر خطی ارائه کردند. که DEEPSOIL، D-MOD-2، OPENSEES، SUMDES، TESS نمونه¬ای از این کدها می¬باشند. در کدهای D-MOD-2 و DEEPSOIL سختی و میرایی هیستریک خاک با استفاده از فنرهای غیرخطی هیستریک متصل شده به جرم ذرات مدل سازی می¬شوند. به علاوه میرایی ویسکوز از طریق استفاده از میراگرهای ویسکوز قابل اعمال می¬باشد. رفتار خاک به وسیله منحنی غیرخطی همراه با قانون توسعه Massing که رفتار بارگذاری مجدد-باربرداری و یک سطح از میرایی هیستریک را ایجاد می¬کند، توصیف می¬شود. در کد TESS، D-MOD-2 و DEEPSOIL منحنی سختی با استفاده از یک ضریبی اجرا می¬شود، اما به جای استفاده از قانون Massing، تئوری Cundall-Pyke برای مدل کردن رفتار باربرداری و بارگذاری مجدد استفاده می¬شود. کدهای OPENSEES و SUMDES از آنالیز غیرخطی اجزاء محدود استفاده می¬کنند. OPENSEES از مدل پلاستیسیته چند سطحی به همراه میرایی رایلی بهره می¬برد.

شکل هندسی مدل Constantine N. Tomas

شکل هندسی مدل Constantine N. Tomas

3-1-مقدمه……………………………………………………………………. 17
3-2-مدل سازی انتشار موج برشی در خاک دانه¬ای………………….. 18
3-2-1-انتشار موج برشی در ستون خاک با بستر صلب…………………21
3-2-2-انتشار موج برشی در ستون خاک با شرایط مرزی جاذب انرژی در بستر……. 29
3-3-مدل سازی انتشار موج فشاری در خاک دانه¬ای با استفاده از DEM 34
3-3-1-بررسی اثر عرض نمونه در انتشار موج……………………………… 34
3-3-2-بررسی اثر میرایی ویسکوز در انتشار موج…………………………. 37
3-3-3-بررسی اثر شکل ذرات در انتشار موج………………………………. 38
3-3-4-بررسی اثر چیدمان ذرات در انتشار موج……………………………. 39
3-3-5-بررسی اثر فرکانس در انتشار موج………………………………….. 40
3-3-6-بررسی اثر قطر ذرات در انتشار موج………………………………… 44
3-3-7-بررسی اثر ضریب اصطکاک ذرات در انتشار موج……………………. 46
3-3-8-بررسی اثر فشار در سرعت انتشار موج……………………………. 48
3-3-9-بررسی اثر branch vector در انتشار موج………………………….. 50
3-3-9-1-مدل سازی محیط دانه¬ای خشک………………………………… 51
3-3-9-2-مدل سازی محیط دانه¬ای سیمانته شده………………………. 55
3-4-نتیجه¬گیری……………………………………………………………… 59

شبیه سازی­های انجام شده در زمینه انتشار موج در مصالح دانه­ای را می­توان به دو بخش انتشار موج فشاری و موج برشی تقسیم بندی کرد.

تحقیقات در زمینه انتشار موج برشی اثر بستر سنگی صلب، بستر الاستیک، تخلخل، عرض نمونه، میرایی ویسکوز، طول موج بر انتشار موج بررسی شده است.

در تحقیقات در زمینه انتقال موج فشاری در خاک­های دانه­ای توسط محققین مختلف به شرح ذیل است:

  • بررسی اثر عرض نمونه بر سرعت انتشار موج که در سال 2009 توسط Constantine و همکاران انجام شده است.
  • بررسی اثر نسبت میرایی ویسکوز (β) بر سرعت انتشار موج که در سال 2009 توسط Constantine و همکاران انجام شده است.
  • بررسی اثر شکل ذرات بر سرعت انتشار موج که در سال 2008 توسط Williams انجام شده است.
  • بررسی اثر چیدمان ذرات بر سرعت انتشار موج که در سال 2008 توسط Williams انجام شده است.
  • بررسی اثر فرکانس بر سرعت انتشار موج که در سال 2005 توسط Hostler و در سال 2009 توسط Constantine و همکاران انجام شده است.
  • بررسی اثر قطر ذرات بر سرعت انتشار موج که در سال 2005 توسط Hostler و در سال 2009 توسط Constantineو همکاران انجام شده است.
  • بررسی اثر سختی سطح ذرات به صورت تک بعدی بر سرعت انتشار موج که در سال 1993 توسط Shukla و همکاران انجام شده است.
  • بررسی اثر فشار بر سرعت انتشار موج که توسط Duffy و Mindlin بر روی ذرات فولادی، Hardin و Richart بر روی ذرات ماسه اتاوا، Liu و Nagel بر روی ذرات شیشه و … انجام شده است.
  • بررسی اثر branch vector بر سرعت انتشار موج که در سال 1999 توسط Sadd و همکاران انجام شده است.

با توجه به بررسی عوامل ذکر شده فوق بر سرعت انتشار موج، اثر عواملی مانند: PDI، دانه بندی خاک، ضریب اصطکاک (به صورت دو بعدی)، دانسیته و تخلخل خاک بر سرعت انتشار موج مورد ارزیابی قرار نگرفته است. در نتیجه در این تحقیق سعی شده است تا به بررسی عوامل فوق پرداخته شده، تا بتوان میزان تاثیر این پارامترها را بر سرعت انتشار موج مشخص کرد.

نمایش انتقال موج فشاری به ذره (به فاصله 10 سانتی¬متر از کف نمونه)

نمایش انتقال موج فشاری به ذره (به فاصله 10 سانتی¬متر از کف نمونه)

فصل چهارم مراحل مدلسازی و کالیبراسیون

برای یک مدل¬سازی مناسب نیاز است، از نحوه چگونگی ایجاد مجموعه ذرات، اعمال شرایط مرزی، انتخاب مدل¬های تماسی مناسب، میرایی مناسب و در نهایت بارگذاری شناخت کافی داشت. در نهایت بایستی شبیه سازی انجام شده توسط DEM با نتایج آزمایشات آزمایشگاهی محققین دیگر مقایسه شود تا صحت مدلسازی عددی سنجیده شود. جهت انجام این امر در تحقیق حاضر از نتایج آزمایشات Hostler (2005)استفاده شده است.

4-2- تولید ذرات

اولین گام در مدلسازی ایجاد نمونه با تخلخل و ابعاد مورد نظر است. برای تولید مجموعه ذرات روشهای متعددی وجود دارد. روشی که در این مدلسازی مورد استفاده قرار گرفته است، روش تولید ذرات با افزایش شعاع می باشد. در این روش ابتدا در یک فضای مشخص تعدادی از ذرات دایره¬ای شکل که با یکدیگر تماس نخواهند داشت به صورت تصادفی تولید می¬شوند. سپس ذرات به اندازه کافی بزرگ خواهند شد، تا میزان تخلخل مورد نظر بدست آید. این یک فرآیند سعی و خطا است که تا رسیدن به تخلخل مورد نظر ادامه خواهد یافت. در نتیجه این کار، ذرات با یکدگر هم پوشانی خواهند داشت و نیروی دافعه بزرگی تولید خواهد شد. در نتیجه ذرات دارای سرعت اولیه بزرگی خواهند شد که حتی سبب فرار ذرات از دیواره های مرزها خواهد شد. برای حل این مشکل، انرژی جنبشی چندین مرتبه به صفر کاهش داده شده تا در نهایت سیستم به تعادل برسد. شکل4-1 مجموعه ذرات را بعد از ته نشین شدن تحت نیروی گرانش نشان می دهد.

برای ایجاد شرایط مرزی از دیواره ها استفاده می شود. در ابتدا دیواره ها به عنوان مرزها ایجاد می شوند تا بتوان نمونه با ابعاد مشخص ایجاد کرد. شرایط اولیه تنش ها در یک مجموعه ذرات وابسته به نحوه تولید و متراکم کردن ذرات می باشد. برای رسیدن به میزان تنش های اولیه مطلوب می-توان مقدار اندکی تغییر در تخلخل ایجاد کرد، زیرا تغییرات اندک در تخلخل سبب ایجاد تغییرات بزرگ در تنش ها خواهد شد.
4-1-مقدمه……………………………………………………………………. 61
4-2- تولید ذرات……………………………………………………………….. 61
4-3-اعمال شرایط مرزی و اولیه…………………………………………….. 62
4-4- انتخاب مدل تماسی…………………………………………………… 63.
4-4-1-مولفه¬های رفتاری………………………………………………….. 63
4-4-1-1-سختی……………………………………………………………. 63
4-4-1-2-لغزش………………………………………………………………. 64
4-4-1-3-رفتارهای چسبندگی…………………………………………….. 64
4-4-2-مدل هرتز………………………………………………………………. 64
4-4-3-نتیجه گیری………………………………………………………….. 65
4-5-اختصاص دادن خواص به مصالح………………………………………. 66
4-6-میرایی………………………………………………………………….. 66
4-6-1-میرایی محلی………………………………………………………. 67
4-6-2-میرایی ویسکوز……………………………………………………… 67
4-7-مشخص کردن گام زمانی جهت تحلیل و استفاده از روش density scaling ا…….68
4-8-شرایط مرزی جاذب انرژی و بارگذاری………………………………… 69
4-8-1- بارگذاری…………………………………………………………… 72
4-9-صحت سنجی (کالیبراسیون مدل)…………………………………..73
4-9-1-آزمایشات انجام شده توسط Stephen R.Hostler (2005) ا……..73
4-9-2-نتایج بدست آمده توسط Stephen R.Hostler (2005) ا…………75
4-9-3-نتایج بدست آمده از شبیه سازی……………………………….. 76
4-10-نتیجه گیری…………………………………………………………… 76

با توجه به اینکه سرعت موج در آزمایشات انجام شده توسط Hostler (2005)برابر با  می­باشد، همخوانی خوبی میان نتایج آزمایشگاهی با نتایج شبیه­سازی انجام شده توسط DEM ( ) ملاحظه می­گردد. علاوه بر آن روند خطی تغییرات فاصله فازی با فرکانس که در شبیه­سازی (شکل 4-9) انجام شده و آزمایشات Hostler (2005) (شکل 4-8) مشاهده می­شود، حاکی از تطابق روند شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی دارد. در نتیجه مدل سازی انجام شده با مدل آزمایشگاهی تطابق قابل قبولی دارد و از آن می­توان جهت مدلسازی­های بعدی و بررسی میزان تاثیر پارامترهای مختلف بر سرعت موج استفاده کرد.

فاصله فازی بین سیگنال¬ها در دو مبدل به فاصله 40 میلی¬متر در برابر فرکانس برای دو شتاب

فاصله فازی بین سیگنال¬ها در دو مبدل به فاصله 40 میلی¬متر در برابر فرکانس برای دو شتاب

فصل پنجم بررسی اثر پارامترهای مختلف بر سرعت موج

در این بخش ابتداً نحوه انتقال موج در خاک¬های دانه¬ای بررسی خواهد شد، سپس به بررسی عواملی که ممکن است بر سرعت موج تاثیرگذار باشند، پرداخته خواهد شد. این عوامل شامل تخلخل خاک، سختی سطح ذرات، دانسیته، PDI و دانه¬بندی خاک می¬باشد، که اثر هریک از عوامل فوق با تشکیل مجموعه¬های مختلف از ذرات با پارامترهای متفاوت بررسی خواهد شد. دراین ارتباط ، در پایان هر بخش توسط نموداری میزان تاثیر هر یک از عوامل در مقابل سرعت انتشار موج نشان داده می¬شود.
5-2-بررسی نحوه انتقال موج در مصالح دانه¬ای

به هر سیستمی که متشکل از ذرات ماکروسکوپیک و مجزا باشد، محیط دانه¬ای اتلاق می¬شود. به عنوان مثال می¬توان به ماسه، ذغال سنگ، بذر و … اشاره کرد. در تمامی این مجموعه¬ها غیر یکنواختی (غیر همگنی) در سیستم مجموعه ذرات دیده می¬شود و به عنوان یک مشخصه بارز در رفتار این نوع مجموعه¬ها تاثیر گذار می¬باشد.
ماهیت غیر همگنی محیط¬های دانه¬ای بوسیله درک و شناخت زنجیره¬های نیرو، بهتر مشخص می-شود. زنجیره¬های نیرو، زنجیره¬های از ذرات هستند که مقداری از یک بار مفروض را به سبب شرایط و مشخصات هندسی خود تحمل می¬کنند. شکل 5-1 به صورت شماتیک یک چنین زنجیره¬هایی را که در نتیجه اعمال بار فشاری افقی به مجموعه ذرات ایجاد شده است، را نشان می¬دهد.

5-1-مقدمه……………………………………………………………….. 78
5-2-بررسی نحوه انتقال موج در مصالح دانه¬ای……………………. 78
5-3-بررسی اثر میزان تخلخل بر سرعت انتشار موج……………….. 83
5-3-1-بررسی تغییرات عدد متوسط تماسی بر سرعت انتشار موج 83
5-3-2-بررسی تغییرات تخلخل برای نمونه¬های مختلف…………… 85
5-3-3-بررسی تغییرات میانگین نیروهای تماسی برای نمونه¬های مختلف…….. 88
5-3-4-بررسی تغییرات نیروهای نامتعادل کننده در طی اعمال موج 90
5-3-5-بررسی تغییرات تنش در جهت¬های افقی و قائم………….. 91
5-3-6-بررسی تغییرات سرعت ذرات در طی اعمال موج…………… 93
5-4-بررسی اثرسختی سطح ذرات بر سرعت انتشار موج………… 97
5-4-1-بررسی تغییرات عدد متوسط تماسی بر نمونه¬ها………… 97
5-4-2-بررسی تغییرات سرعت……………………………………….. 100
5-5-بررسی اثر دانسیته ذرات بر سرعت انتشار موج………………. 100
5-6-بررسی اثر میزان غیر یکنواختی دانه¬ها (PDI) بر سرعت انتشار موج………… 103
5-6-1-تعریف ضریب غیر یکنواختی دانه¬ها (PDI) ا…………………103
5-7- بررسی میزان تاثیر دانه بندی خاک بر سرعت انتشار موج…. 106
5-8-نتیجه گیری………………………………………………………… 113

- نمایش تغییرات سرعت موج در خاک های A,B,C

– نمایش تغییرات سرعت موج در خاک های A,B,C

فصل ششم نتیجه گیری و پیشنهادات

6-1-نتیجه¬گیری………………………………………………………………. 114
6-2-پیشنهادات…………………………………………………………………. 115
مراجع /……………………………………………………………………………116

Abstract

In this study, the discrete element method for the analysis and evaluation of factors affecting the velocity of wave propagation in granular soils is used.
This is also an understanding of the changes occurring in micro-scale aggregates obtained from the other experimental and numerical methods can not achieve. For modeling, the sample size determined by the set of discs have been developed for two-dimensional studies. PFC 2D software for the simulation and analysis is used.
Studies on transmission of pressure waves in granular soils is done by different researchers. They began to investigate the impact of various factors on the wave propagation velocity. Factors such as the sample width, damping ratio, particle shape, particle arrangement, vibration frequency, diameter and hardness of particles, pressure or depth parameters that are more focused on their studies and simulations. There are many factors that may affect wave propagation in granular soils, which examines the impact of the wave propagation process is not addressed. Therefore, in this study the effect of particle friction coefficient, porosity of the particles, particle density, coefficient of non-uniformity of grain size and grain size of the particles, the wave propagation velocity is investigated. The parameters used to assess these factors include soil porosity changes during exercise wave velocity of the particles, particle velocity, contact force chains and mean coordinated number and the unbalanced forces.
The results suggest a direct relationship between the number of contacts and the wave velocity. Material properties such as particle density are the most important parameters that affect the speed of the wave.



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان