انتخاب صفحه

فهرست مطالب

-فصل اول: مقدمه و کلیات

خاک¬ها از جمله مصالحی هستند که رفتار پیچیده¬ای از خود نشان می¬دهند. پوشش سطح زمین از این مصالح و پیچیدگی¬های رفتاری آن¬ها موجب شده است که رفتار تنش- کرنش آن¬ها مورد مطالعه¬ دقیق قرار گیرد. از عوامل اصلی این پیچیدگی¬ها می¬توان به چند فازی بودن و تغییرشکل¬پذیری آن¬ها اشاره کرد. تغییر-شکل خاک¬ها به عوامل متعددی نظیر شکل و اندازه ذرات، تخلخل، چسبندگی و اصطکاک دانه¬ها، درصد رطوبت، درصد اشباع، زهکشی، تقید جانبی، مسیر و تاریخچه تنش، سرعت بارگذاری و وضعیت همگنی و همسانی مصالح وابسته است. به همین دلیل پیش¬بینی رفتار و یا تغییرشکل خاک¬ها دشوار است [1].
در مهندسی ژئوتکنیک، عدم هم¬محوری، نا متقارن بودن جهت تنش اصلی و جهت نمو کرنش اصلی تعریف می شود. این پدیده مهم هم در مسائل مهندسی و هم در نتایج آزمایشگاهی آزمایشات برش مستقیم و دستگاه سیلندر استوانه¬ای مشاهده می شود. آنالیز عددی انجام شده توسط یو و یوان [2]، [3] و یو و یانگ [4] نشان داد که عدم هم¬محوری خاک دانه¬ای، تاثیرات مهمی در طراحی ژئوتکنیکی دارد. آن¬ها نتیجه گرفتند که طراحی فنداسیون¬های سطحی بدون در نظر گرفتن عدم هم¬محوری، می¬تواند خلاف جهت اطمینان باشد. اهمیت در نظر گرفتن عدم هم¬محوری در طراحی ژئوتکنیکی سازه¬ها، تصدیق شده است [2]. مدل¬هایی که عدم هم¬محوری رفتار خاک را در نظر گرفته¬اند توسط محققین زیادی ایجاد شده¬اند ( [5]یاتومی و [6] گوتیرز و [7] لی و دافیلیاس و [8]لشکری و لطیفی و[9]،[10] جیانگ و…).
برای اولین بار در سال 1967، [11]، [12] روسکو عدم هم¬محوری جهت تنش¬های اصلی و جهت نمو کرنش را در آزمایش برش ساده گزارش داد. بر اساس تحقیقات آزمایشگاهی میکرو¬مکانیکی با استفاده از دیسک نوری به عنوان شبیه¬ساز دو بعدی محیط دانه¬ای، [13] درشر و جوسلین دی یونگ شواهد بیشتری از عدم هم¬محوری را گزارش دادند. [9] آرتور و ونگ با استفاده از آزمایش برش ساده نشان دادند که در نمونه ماسه¬ای تحت چرخش پیوسته محور تنش اصلی، انحراف بین جهت¬های نمو تنش اصلی و نمو کرنش اصلی می¬تواند بیش از 30 باشد. آزمایش¬های انجام شده با HCA نشان دادند که مواد دانه¬ای هنگامی که تحت چرخش خالص محور¬¬های اصلی قرار می¬گیرند، عدم هم¬محوری را در رفتار خود نشان می-دهند ( [10] سیمز ، [11] ایشیهارا و توهاتا ، [12] میورا ). عدم هم¬محوری به ناهمسانی ماده و تاریخچه بارگذاری وابسته است.
شکل ‏1 1 یک نمونه ناهمسانی را نشان می دهد. در شکل (a)1-1 ، اگر جهت بارگذاری عمود بر لایه¬ها باشد، جهت تنش اصلی و نمو کرنش اصلی هم¬محور خواهند بود، حتی اگر نمونه ناهمسان باشد. همان¬طور که در شکل (b)1-1 نشان داده می¬شود، هنگامی که جهت بارگذاری و لایه¬ها بر هم عمود نباشد، محور نمو کرنش از محور تنش اصلی انحراف پیدا می کند و عدم هم¬محوری رخ می¬دهد.
پیش¬بینی دقیق بزرگی و جهت تغییر¬شکل خاک به هنگام نصب یک سازه بر روی آن اهمیت فراوانی دارد. بنابراین نیاز است که قوانین عدم هم¬محوری در توسعه کرنش¬های پلاستیک به¬کار برده شوند.

1-1- مقدمه……………………………………………………………………. 2
1-2-اهداف پایان¬نامه……………………………………………………….. 4
1-3-ساختار پایان¬نامه………………………………………………………. 4

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

-فصل دوم: مطالعات گذشته

فرضیات عدم هم¬محوری توسط [18] سنت ونانت هنگامی که معیار تسلیم ترسکا را در مسئله پلاستیسیته فلزات اعمال می¬نمود، به¬کار برده شده است. بنابراین به این فرضیات، سنت ونانت نیز می¬گویند. با این حال از زمان¬های قبل می¬دانستند که بکارگیری هم¬محوری در مواد ناهمسان، مناسب نیست.
از میان تحقیقات متعدد بر روی مواد دانه¬ای، این نتیجه بدست آمده است که فرض هم¬محوری فقط برای محیط ایزوتروپ معتبر است. مبدا تئوریکی عدم هم¬محوری را می¬توان در برخی مدل¬های پلاستیسیته برای رفتار مواد دانه¬ای در آستانه گسیختگی، مانند مدل¬های هیپو¬پلاستیک ( [13]ونگ و [20] کولیمباس ) و مدل¬های چند ¬صفحه¬ای ( [14]یای و [22] رودانیکی و رایس ) جستجو کرد. رودانیکی و رایس بر روی موقعیت کرنش مواد تمرکز کردند و نشان دادند که عدم هم¬محوری نقش مهمی در شکل¬گیری مرزهای گسیختگی در ماسه دارد. به¬علاوه با معرفی رئوس سطح تسلیم (متفاوت با سطح تسلیم نرم و پیوسته)، جریان یافتن خاک، به جهت و نمو تنش وابسته شد و برای بار¬گذاری غیر مستقیم به صورت عدم هم¬محور رفتار کرد.
عدم هم¬محوری خصوصیت مدل¬های پلاستیکی است که صفحه جریان پلاستیک کاملا توسعه یافته را برای مواد دانه¬ای به¬ وسیله¬ تئوری کینماتیک توصیف می کند. مدل¬های کینماتیک اولیه برای جریان مواد دانه¬ای توسط [15]جوسلین دی یونگ با روش¬های گرافیکی توسعه یافته بود. مدل لغزش دوگانه، چرخش آزاد برای جریان صفحه¬ای براساس این¬ فرض که جریان برش بر روی دو سطح که مقاومت برشی آن تحلیل رفته رخ می¬دهد، استوار است. سپس [16]اسپنسر با استفاده ار این مفهوم مجموعه روابط کینماتیکی به¬ نام مدل برش دوگانه با ترم چرخش متفاوت را ارائه داد. یک مدل مشابه نیز به صورت مستقل توسط [17]مندل ارائه شد که توسط[26] مندل و فرناندز پیرامون هم¬محوری بین تنش اصلی و نمو کرنش اصلی مورد تحقیقات بیشتر قرار گرفت. این مدل¬ها برای مواد بدون اتساع، صلب، پلاستیک و جریان پس از پیک توسعه یافتند. محققین دیگری این مدل¬ها را با در نظر گرفتن اتساع، الاستوپلاستیک و سخت¬شدگی قبل از پیک توسعه دادند ( [18] جوئر )، با این حال این مدل¬ها قادر به پاسخ¬گویی برای نتایج آزمایش برش ساده [12] روسکو نبودند.
شکل ‏2 1 نتایج آزمایشگاهی روسکو را نمایش می¬دهد. قبل از آن روسکو در سال 1967 نشان داده بود که در آزمایش برش ساده، محور¬های اصلی تنش و نمو کرنش قبل از رسیدن ماسه به پیک برش هم¬محور نیستند. با توجه به شکل ‏2 1 ملاجظه می¬شود که در ابتدای بارگذاری، چرخش محور¬های اصلی تنش و کرنش پلاستیک هم¬محور نیستند و سپس در کرنش¬های زیاد محو¬ر¬ها تمایل به هم¬محور شدن دارند.

مطالعات آزمایشگاهی میکرومکانیکی دیسک فتو¬الاستیک به¬عنوان شبیه ساز دو¬بعدی محیط دانه¬ای گزارش شد. عدم هم¬محوری همچنین در آزمایشات انجام شده با دستگاه سیلندر استوانه¬ای (HCA) که اجازه چرخش کامل محور¬های اصلی تنش را می¬دهد مشاهده شده بود ( [6]، [10]، [16] و [19]). واین مطالعات شامل آزمایشات زهکشی شده و نشده بر روی انواع ماسه بود. هنگامی که نمونه¬ تحت برش با جهت محور اصلی ثابت و یا چرخش خالص محور اصلی تنش با تنش انحرافی ثابت قرار گرفت، انحراف بین محور¬های اصلی تنش و نمو کرنش قابل توجه بود. شواهد آزمایشگاهی مشابهی نیز توسط [20] آرتور و ونگ در نمونه¬های شل و متراکم ماسه حین چرخش پیوسته محور¬های اصلی تنش با استفاده از دستگاه سلول برش مستقیم مشاهده شد. این مطالعات نشان داد که در ماسه حین چرخش محورهای اصلی تنش، انحراف بین محور¬های اصلی تنش و نمو کرنش می¬تواند بیش از °30 باشد.
2-1-3- مطالعات عددی گذشته بر روی عدم هم¬محوری
به علت محدودیت روش¬های آزمایشگاهی کشف مکانیزم¬ها و اطلاعات میکروسکوپی، روش¬های عددی مانند روش اجزاگسسته (DEM) می تواند در مطالعه رفتار خاک¬ها مفید باشد. DEM یک روش عددی است که توسط [30] کاندال برای محاسبه حرکت تعداد زیادی ذره مانند مولکول و یا دانه ماسه پیشنهاد شد. در سال 2005 [31] آلونسو ماروکین روش مجزا و پیوسته را در هم آمیخت و برای بررسی تاثیر ناهمسانی بر پاسخ الاستوپلاستیک دو¬ بعدی مدل المان مجزا که از چند ضلعی¬های محدب اتفاقی درست شده¬اند و هیچ حفره¬ای بین ذرات نیست، به¬کار برد. وی نتیجه گرفت که پاسخ نموی و پاسخ پلاستیک هم-جهت است. در سال 2006، [32] توماس و ژانگ مجموعه¬ای از شبیه¬سازی¬های عددی دو¬بعدی را برای مطالعه خطوط گسیختگی و قانون¬های جریان غیر هم¬محور برش ساده انجام دادند. 5000 کره الاستیک با 17 اندازه¬ مختلف با استفاده از DEM شبیه¬سازی شد. با توجه به شکل ‏2 2می¬بینیم که رفتار غیر هم¬محور با نتایج مطالعات روسکو در شکل ‏2 1 مطابقت دارد. وقتی نمونه به حالت حدی می¬رسد جهت¬های اصلی تنش و نمو کرنش هم¬محور می¬شوند.

2-1-عدم هم¬محوری در رفتار خاک…………………………………. 6
2-1-1-تعریف عدم هم¬محوری………………………………………. 6
2-1-2-مطالعات انجام شده بر روی عدم هم¬محوری……………… 7
2-1-3-مطالعات عددی گذشته بر روی عدم هم¬محوری………… 10
2-2-دستگاه سیلندر استوانه¬ای………………………………….. 12
2-2-1-معرفی…………………………………………………………. 12
2-2-2-قوانین آزمایش سیلندر استوانه¬ای………………………… 13
2-2-3-مطالعات آزمایشگاهی گذشته بر روی عدم هم¬محوری به ¬وسیله¬ دستگاه سیلندر استوانه¬ای…………………………………………………………… 18

-فصل سوم: نظریه چند صفحه¬ای

نظریه چند صفحه¬ای یک تقریب عددی از برخی خصوصیات فیزیکی مشخص که در حجم یک محیط قرار دارد، است. این امر به صورت عددی با ضرب مقادیر فیزیکی نقاط نمونه در ضرایب وزنه مربوط به آن¬ها و در نظر گرفتن مجموع این مقادیر به¬ عنوان خاصیت مورد نظر برای آن محیط صورت می¬گیرد. بر اساس این نظریه یکه محیط خاکی از تعداد نامحدودی ذرات جامد تشکیل شده است که با یکدیگر تماس داشته و عکس¬العمل متقابل آن¬ها ناشی از نیروی موجود در سطح تماس آن¬ها است. بنابراین رفتار یک محیط سه¬بعدی به صورت مجموعه¬ای از لغزش صفحات نمونه تقریب زده می¬شود. در نظریه چند صفحه¬ای، لغزش صفحات که در بعضی جهات خاص رخ می¬دهد، نمایشی از لغزش¬های کلی میکروسکوپی است. همچنین باید در نظر داشت که خواصی که برای ماده در جهات خاص تعریف می¬شود بایستی مقادیر متوسطی باشند که نماینده کل ماده باشد.
3-2- تاریخچه نظریه چند صفحه¬ای
مفهوم نظریه چند صفحه ای برای اولین بار توسط تیلور [34] پیشنهاد شد و سپس نظریه پلاستیسیته که بر مبنای لغزش قرار دارد توسط باتدورف و بودیانسکی برای فلزات تعمیم داده شد [35]. این نظریه بر مبنای این فرض بود که لغزش در طول هر جهتی در صفحات موازی با جهات ذرات، به علت یک کرنش برشی پلاستیک رخ می¬دهد که فقط به تاریخچه مؤلفه¬های تنش برشی متناظر بستگی دارد. مدل چند صفحه¬ای برای سنگ¬ها توسط زینکویچ و پندی ارائه شد [36]. مدل الاستو ویسکوپلاستیک توسط پندی و شرما برای رس پیشنهاد شد [37]. بازانت و أه [38] مدلی به نام میکروپلان برای تعیین گسیختگی بتن پیشنهاد دادند. مدل الاستوپلاستیک دیگری به نام انعکاس سطحی توسط پندی و پیترو‍¬ژاک [39] برای پیش¬بینی روان¬گرایی ماسه ارائه شده است و در نهایت الگوی الاستوپلاستیک چند صفحه¬ای برای ماسه¬ها توسط صدر¬نژاد و پندی معرفی شده است [29] و پس از آن مدل سطح چسبندگی برای رفتار ماسه زهکشی شده و نشده توسط صدرنژاد و کریم¬پور [40] ارائه شد.
3-3- مفهوم عددی نظریه چند صفحه¬ای
مفهوم عددی نظریه چند صفحه¬ای بر اساس انتگرال¬گیری عددی از یک تابع ریاضی در سطح کره¬ای با شعاع واحد است. این تابع عددی می¬تواند هر ویژگی فیزیکی را در سطح کره بیان کند. در انتگرال¬گیری عددی، سطح کره فرضی به شعاع واحد را می¬توان با تعداد بیشماری از صفحات تخت مماس شده بر سطح کره تقریب زد. به این ترتیب هریک از این صفحات یک نقطه تماس با سطح کره دارند که با محدود کردن این صفحات، تعداد نقاط مبنا نیز قابل تعریف¬ هستند. در محاسبه انتگرال عددی می¬توان مقدار کمیت دارای گسترش بر روی سطح کره را در نقاط یاد شده، محاسبه نمود. [29]
3-4- الاستیسیته و نظریه چند صفحه ای
کاربرد الاستیسیته خطی در مصالح خاکی تنها تقریبی اولیه برای حالتی است که تنش در زیر حالت حدی قرار دارد. این شکل ساده از تحلیل، توزیع تنش¬ها در حالت غیر خطی قبل از گسیختگی نهایی را توصیف نمی¬کند. بنابراین رفتار الاستیک به بخش برگشت¬پذیر تغییرشکل¬ دلالت دارد. در بخش الاستیک به طور معمول نمو کرنش به نمو تنش موثر بستگی دارد:
نظریه چند صفحه¬ای به دنبال ایجاد ارتباطی عددی بین رفتار میکروسکوپی و ماکروسکوپی در قالب یک قانون ساختاری است. به¬ طور کلی در این نظریه خواص مصالح از خواص هر یک از اجزا سازنده تعیین می-شود. بنابراین دستیابی به رفتار تنش- کرنش خاک با مطالعه تغییرشکل¬های میکروسکوپی امکان¬پذیر است. رفتار خاک¬ها بر اساس نظریه چند صفحه¬ای بر مبنای لغزش و تغییرشکل عمود بر مرز¬ دانه¬های خاک تعیین می¬شود و رفتار تنش- کرنش پلاستیک کل با جمع این رفتار¬ها بر روی مرزهای دانه¬های خاک به¬دست می¬آید. اگر یک جزء کوچک از خاک در نظر گرفته شود، انواع دانه¬ها را می¬توان در آن یافت. برای بدست آوردن یک الگوی فیزیکی، قطعه¬ای با شکل دلخواه، الاستیک خطی، همگن و همسان که در محدوده¬ای از تعدادی صفحات جهت¬دار قرار گرفته است، در نظر می¬گیریم. این صفحات، خاک را به مجموعه¬ای از بلوک¬های چند¬ وجهی تقسیم می¬کند (شکل ‏3 2). همچنین فرض می¬شود که سطح بلوک¬ها زبر بوده و به یکدیگر بدون وجود تنشی در بلوک جوش خورده¬اند [29].

نمایش تجمع واقعی ذرات خاک ب: نمایش دو بعدی قطعات چند وجهی مصنوعی

نمایش تجمع واقعی ذرات خاک ب: نمایش دو بعدی قطعات چند وجهی مصنوعی

3-1-مقدمه………………………………………………………………… 29
3-2-تاریخچه نظریه چند صفحه¬ای……………………………………. 29
3-3-مفهوم عددی نظریه چند صفحه¬ای…………………………….. 30
3-4-الاستیسیته و نظریه چند صفحه¬ای……………………………. 30
3-5-امتیازات نظریه چند صفحه¬ای…………………………………… 34
3-6-تفسیر نظریه چند صفحه¬ای……………………………………. 35
3-7-تعریف صفحات در فضای سه بعدی…………………………….. 37
3-8-الگوی الاستو پلاستیک با قانون سخت¬شوندگی همسان.. 38
3-8-1-بارگذاری، باربرداری و بارگذاری مجدد………………………. 43
3-8-1-1-اولین بارگذاری…………………………………………….. 44
3-8-1-2-باربرداری………………………………………………….. 45
3-8-1-3-بارگذاری مجدد …………………………………………….45
3-9-بیضی مقاومت…………………………………………………. 46

-فصل چهارم: نتایج الگوی چند صفحه¬ای

هر الگو جهت بیان رفتار پلاستیک خاک و توابع مربوط به آن همانند تابع پتانسیل، تابع سخت¬شوندگی و تابع تسلیم دارای روابط متعددی می¬باشد. جهت همسان¬سازی نتایج حاصل از مدل و نتایج تجربی حاصل از آزمایشات، در این روابط از ثابت¬هایی استفاده می¬شود. مدل مناسب مدلی است که علاوه بر سادگی، توانایی ارائه رفتار خاک تحت شرایط اولیه متفاوت نظیر خواص درشت¬سنجی مانند تنش همه¬جانبه و خواص ریز-سنجی مانند نسبت تخلخل متفاوت را داشته باشد. در این فصل ابتدا با استفاده از روش سعی و خطا ثابت¬های مربوط به ماسه پرتوی که آزمایشات آن توسط [43] جون وانگ انجام شده است، تعیین شده و سپس به ارائه نتایج حاصل از چرخش محور¬های اصلی با استفاده از دستگاه HCA و مقایسه آن¬ها می¬پردازیم.
4-2- صحت سنجی مدل
مدل ارائه شده در این پایان¬نامه دارای ثابت¬های زیر است:
1. پارامتر¬های ارتجاعی شامل
2. پارامتر¬های گسیختگی موهرکولمب شامل
3. پارامتر¬¬های حالت بحرانی
4. پارامتر رفتار خاک
5. پارامتر سخت¬شدگی یا شیب خط تسلیم اولیه
نتایج حاصل از کالیبراسیون مدل با نتایج آزمایشگاهی ماسه پرتوی به شرح زیر است:

منظور بررسی عدم هم¬محوری رفتار این خاک دانه¬ای ارائه می¬شود. این ماسه دارای دانسیته نسبی %90 است. در تمامی این نتایج، بارگذاری به صورت تک¬سویه است و در آن نمونه¬های ماسه تحت زاویه محور¬های اصلی ثابت تا رسیدن به گسیختگی بارگذاری شده¬اند. سپس این نتایج با نتایج حاصل از آزمایشات [44] یانیان کای مقایسه شده است.
4-3-1- مسیر تنش
تمامی شبیه¬سازی¬ها بر روی ماسه پرتوی انجام شده است. ابتدا تمامی نمونه¬ها به صورت ایزوتروپ تا فشار محدود کننده kPa 600 تحکیم یافته¬اند. در این نوع بارگذاری، تنش انحرافی (q) به صورت تک¬سویه تا هنگام رسیدن به گسیختگی با مسیر¬های تنشی که در ادامه توصیف می¬شود، به نمونه¬ها اعمال شده است. به دلیل اینکه با دستگاه HCA امکان چرخش محور¬های اصلی در تنش انحرافی صفر میسر نیست، ابتدا نمونه¬ها تحت تنش انحرافی kPa 8 قرار گرفته¬ و سپس محور¬های اصلی تا رسیدن به زاویه مورد نظر چرخیده¬اند. لازم به ذکر است که در تمامی این شبیه¬سازی¬ها مقدار تنش میانگین (P) حین اعمال تنش انحرافی ثابت نگه داشته می¬شود. پس از این مرحله تنش انحرافی تحت زاویه مورد نظر تا رسیدن به گسیختگی افزایش می¬یابد. شکل ‏4 2 مسیر¬های تنش شبیه¬سازی¬های انجام شده را نشان می¬دهد

4-1-مقدمه……………………………………………………………. 49
4-2-صحت سنجی مدل ………………………………………………49
4-2-1-شبیه¬سازی رفتار ماسه پرتوی در حالت زهکشی شده با دانسیته نسبی 90% …………………………………………………………………………..50
4-3- بارگذاری تک¬سویه در حالت زهکشی شده………………. 50
4-3-1-مسیر تنش…………………………………………………… 51
4-3-2- نتایج………………………………………………………….. 52
4-4-چرخش خالص در حالت زهکشی شده…………………….. 79
4-4-1-مسیر تنش………………………………………………….. 79
4-4-2- نتایج………………………………………………………… 80
4-5-بارگذاری تک¬سویه در حالت زهکشی نشده……………. 86
4-5-1-مسیر تنش…………………………………………………. 86
4-5-2- نتایج………………………………………………………… 87
4-6-چرخش خالص در حالت زهکشی نشده………………… 109
4-6-1-مسیر تنش………………………………………………. 109
4-6-2- نتایج…………………………………………………….. 109

-فصل پنجم: نتایج و پیشنهادات

5-1-رفتار ماسه تحت بارگذاری تک¬سویه در حالت زهکشی شده………………………………………………………………… 115
5-2-رفتار ماسه تحت چرخش خالص محورهای اصلی تنش در حالت زهکشی شده………………………………………………………………….. 115
5-3-رفتار ماسه تحت بارگذاری تک¬سویه در حالت زهکشی نشده………………………………………………………………….. 116
5-4-رفتار ماسه تحت چرخش خالص محورهای اصلی تنش در حالت زهکشی نشده………………………………………………………………….. 116
5-5-پیشنهادات……………………………………………………… 117
6-منابع و مؤاخذ……………………………………………………..118

 

Abstract:
Soil’s behavior evaluation undergo various loading condition is one of the important problem in geotechnical engineering. Soil’s behavior depend on various parameter like soil type and grading, loading path, stress history and etc. The non coaxiality of principle stress and strain has attracted much consideration in recently years. Soil’s model which are based on stress and strain invariant are not capable to express soil’s behavior on various directions. However, in these models non coaxiality does not depend on loading directions.
In this thesis multi laminate framework has been used for non coaxiality evaluation. This framework either can consider microscopic properties like void ratio, grain type, expansion and contraction behavior or is capable to estimate soil’s behavior undergo various loading conditions. In othe word this framework is a relation between microscopic and macroscopic properties. In this thesis, soil’s behavior under principal stress rotation has been evaluated then, non coaxility has been presented



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


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان

.