مقاله اصلاح مدل رفتاری UBCSAND

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله اصلاح مدل رفتاری UBCSAND دارای ۳۵ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله اصلاح مدل رفتاری UBCSAND  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله اصلاح مدل رفتاری UBCSAND،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله اصلاح مدل رفتاری UBCSAND :

اصلاح مدل رفتاری UBCSAND

یک مدل حالت بحرانی سخت شوندگی جنبشی برای رسهای غیر ایزوتروپ
خلاصه:
مقاله به بررسی یک روش جهت بدست آوردن یک مدل سازی رفتاری جدید برای خاکهای رس یک بعدی تحکیم یافته می‌پردازد برخی مشاهدات آزمایشگاهی، که سطح حالت مرزی را برای خاکهای رس تحکیم یافته، بایک حجم مشخص، به صورت شکل غیر چرخشی، به وجود آمده اند، در ادامه ارائه شده است. نشان داده شده است، مدل ساده حالت بحرانی، که فرض رفتار الاستیک را در داخل سطح حالت مرزی دارا می‌باشد، نمی تواند جهت پیش بینی رفتار غیر خطی خاک به کار رود.پیش بینی ها از طریق ارائه رفتار الاستوپلاستیک در داخل سطح حالت مرزی صورت می‌گیرد. برای مثال مدل SKH -3 که توسط Stallebrass(1990) ارائه گشته است.

در این مقاله نشان داده شده است، این مدل رفتاری هنوز نمی تواند امتداد بردار کرنش جزئی را برای خاکهای رسی فشرده شده غیر ایزوتروپ به خوبی پیش بینی کند، که در واقع سبب پیش بینی مقدار بیشتری برای K0 می‌شود. در مقایسه با داده های آزمایشگاهی نیز مدل مقادیر بیشتری را برای کرنش برشی در حالت سه محوری ارائه می‌کند. در این مقاله یک مدل رفتاری اصلاح شده ارائه شده است.

حالت ایزوترو پیک سطح حالت مرزی، حفظ شده است و یک بررسی آزمایشگاهی جهت امتداد بردار کرنش جزئی برای خاکهای رس تحلیل یافته غیر ایزوتروپ با فرض برقراری قانون جریان غیر همبسته، صورت گرفته است. مدل اصلاح شده یک مقطع انحرافی در میان سطح حالت بحرانی مشابه معیار شکست Matsuoka -Naka در نظر می‌گیرد، اما سایر مواد مربوط به مدلSKH -3 را حفظ می‌کند و هیچ پارامتر اضافی ارائه نمی کند.
در نهایت مدل با توجه به تستهای آزمایشگاهی بر روی خاک رس تحکیم یافته مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. یک بهبود وضعیت مشخص نسبت به مدل ۳-SKH قابل مشاهده است.

۱- مقدمه:
مکانیک خاک حالت بحرانی (Schofield and worth 1968) ختم به یک پیشرفت قابل ملاحظه در پیش بینی رفتار خاک از طریق ارائه حجم مخصوص به عنوان یک متغیر اضافی حالت گشت. تحقیقات اخیر بر روی رفتار خاک در کرنش کوچک و محدوده بسیار کوچک کرنش (به طور مثال Stallebrass, 1990, Jardin et al, 1984) نشان داد که فرضیه رفتار الاستیک خاک در داخل سطح حالت مرزی بواسطه رفتار غیر خطی خاک در کرنش های کوچک، غیرقابل قبول می‌باشد. تعدادی چند از مدلهای رفتاری بوجود آمدند تا بتوانند این واقعیت را توجیه کنند و همچنین نشان داده شده است که اینگونه مدلها به یک پیشرفت قابل ملاحظه ای در حل مسائل اجزای محدود در مسائل مقدار مرزی ختم می‌گردند (Stallebrass and Taylor, 1997).

یک روش مناسب در توصیف رفتار غیر خطی خاک در داخل سطح حالت مرزی با یک مدل حالت بحرانی از طریق ارائه سخت شوندگی جنبشی می‌باشد (Mroz et al, 1979) این مقاله به بررسی مدل رفتاری که توسط Stallebras (1990) بر اساس اثر تاریخچه تنش اخیر در داخل مدل سخت شوندگی جنبشی که توسط Al Tabbaa and Muir wood(1989) ارائه شده است، می‌پردازد. این امر از طریق ارائه سطح دوم تاریچه جنبشی صورت می‌گیرد.
یک اصلاح در این مدل رفتاری جهت شبیه سازی رفتار خاک رس تحکیم یافته غیر ایزوتروپ در این مقاله ارائه شده است مشاهدات تجربی که این اصلاح را بررسی می‌کنند در قسمت اول این مقاله آمده و سپس مدل اصلاح شده مورد بررسی قرار گرفته است و سپس ارزیابی از طریق داده های آزمایش سه محوری بر روی خاک رس تحکیم یافته غیر ایزوتروپ صورت می‌گیرد.

۲- خاکهای رس تحکیم یافته غیر ایزوتروپ
یک شاخصه مهم که در بررسی رفتارخاک مورد اهمیت است شکل و اندازه سطح حالت مرزی می‌باشد.این سطح به عنوان یک مرز برای تمامی حالات ممکن رس در فضای تنش- حجم مخصوص می‌باشد و به وضوح بر اساس مدلهای رفتاری حالت بحرانی می‌باشد. درادامه، شکل تجربی سطح حالت مرزی مورد بررسی قرار می‌گیرد. سپس مدل رفتاری شکل سطح حالت مرزی را بیان می‌کند و همچنین قانون جریان همبسته، جهت پیش بینی رفتار خاک به کار می‌روند. پیش بینی ها با داده های آزمایشگاهی جهت بررسی تفاوتهای عمده رفتار خاک در حالت پیش بینی و مشاهده شده مقایسه شده اند.

۱-۲- سطح حالت مرزی
یک روش مناسب جهت تشخیص مشکل سطح حالت مرزی، نرمال سازی بر اساس حجم مخصوص می‌باشد. این روش مستقیما براساس تعریف سطح حالت مرزی می‌باشند. توسط محققین بسیاری نشان داده شده است که سطح حالت مرزی برای خاکهای رس غیر ایزوتروپ تحکیم یافته، دارای ایزوتروپ و غیر چرخشی می‌باشد.(Pickles, 1989; Cotecchia, 1996; Cotecchia and Chandler, 2000; Rampello and Callisto, 1998)

Pickles(1989) تعدادی آزمایش سه محوری را بر روی خاک رس لای دار نرم غیر ایزوتروپ تحکیم یافته انجام داد به گونه ای که امتداد حالت تنش از سطح حالت مرزی عبور نماید، بنابر این مطمئن شد که حالت تنش در طول بارگذاری بر روی سطح حالت مرزی باقی می‌ماند. این مسیر تنشها که براساس حجم مخصوص نرمال سازی شده اند، در شکل ۱ نشان داده شده اند.
مشاهده می‌شودکه شکل سطح حالت مرزی بسیار نزدیک به سطح حالت مرزی بیضوی می‌باشد که توسط مدل Cam-Clay اصلاح شده پیشنهاد شده بود. همچنین چرخش محسوس برای این سطح نسبت به امتداد K0 خط تحکیم عادی (KONC) دیده نمی شود.

شکل۱- مسیرهای تنش برای k0 نمونه های فشرده شده نرمال با توجه به حجم مخصوص (pickles, 1989) آزمایشهای MIX4 Box6,Box5,MIX5, امتداد در داخل سطح حالت مرزی و MIX8, MIX6 باربرداری زهکشی‌ نشده می‌باشد.
از سوی دیگر، یک سطح تسلیم ناخالص، که اغلب مربوط به سطح حالت مرزی می‌باشد معمولا زمان استفاده از روش دو خطی بوجود می‌آید. این روش بر اساس این فرضیه است که رفتار خاک در داخل سطح تسلیم کل به صورت الاستیک می‌باشد. یک انتقال بین رفتار الاستیک و الاستوپلاستیک با فرض رفتار اولیه شبه خطی در منحنی تنش،- کرنش صورت می‌گیرد. همانطور که توسط Tavenas et al(1979) نشان داد این شکل مشابه شکل کنتورهای یکسان انرژی کرنش مخصوص می‌باشد.

۲-۲- جهت کرنش پلاستیک جزئی
در این قسمت جهت بردار جزئی کرنش پلاستیک که بوسیله آزمایشات بدست آمده است با آنچه که از طریق مدل ۳-SKH بدست آمده است، مقایسه می‌شود. این مقایسه نشان می‌دهد که قانون جریان همبسته که از فرضیات این مدل می‌باشد، باعث یک پیش بینی نادرست در مورد جهت بردار کرنش جزئی می‌باشد. مدل ۳-SKH یک شکل بیضی گون رابرای سطح حالت مرزی در نظر می‌گیرد که این سطح مشابه سطح حالت مرزی در نظر گرفته شده توسط مدل Cam-clay اصلاح شده می‌باشد.

شروع کار با در نظر گرفتن حالت تنش تحت شرایط k0 عادی تحکیم یافته (kONC) مناسب می‌باشد. در این مورد جهت بردار کرنش جزئی کل ثابت باقی می‌ماند و kONC را بدست می‌آورد. محدوده نتایج آزمایشگاهی موجود می‌باشد که سبب بررسی روابط تجربی می‌گردد. یکی از اولین روابط تجربی توسط Jaky(1944) ارائه شد. این رابطه در بسیاری از نشریات آورده شده است (به طور مثال Ladd etal, 1977 Watabe etal,2003; Tiny et al,1994; Mayne and kulhawy,1982) در این مقالات نشان داده شده است که رابطه Jaky در حالت عمومی برای خاکهای دانه خوب دانه بندی شده صادق است.

مدل ۳-SKH به طور وضوح مقدار بیشتری را برای شرایط kONC در نظر می‌گیرد که این امر به دلیل برآورد بیش از مقدار نسبت کرنش پلاستیک حجمی به کرنش پلاستیک جزئی در آزمایش سه محوری می‌باشد. از سوی دیگر این مدل مقدار k0 را در حالت باربرداری به خوبی پیش بینی می‌کند. (Stallebras and Tayler, 1997)

آزمایش فشردگی غیر همسان برروی خاک رس لندن در نسبت تنشهای مختلف توسط ریچاردسون (Richardson, 1988) ، صورت گرفت. این آزمایشها از آن جهت ارزشمند می‌باشند که می‌توانند جهت مطالعه امتداد بردار کرنش جزئی برای خاک رس عادی تحکمی یافته غیر همسان به کاربروند و نسبت به حالت تنش kONC مناسب تر می‌باشند.(شکل۲)
جهت بردار کرنش پلاستیک جزئی بدست آمده از طریق تجربی با امتدادهای بدست آمده از مدل Cam-Clay مقایسه شده است.

شکل ۲- مقادیر نسبت کرنش جزئی که از طریق مدل اصلاح شده Cam-Clay پیش بینی شده است و در طی فشرده سازی غیر همسان بر روی خاک رس لندن بدست آمده است.

واضح است که مدل Cam-clay اصلاح شده و بنابر این مدل ۳-SKH مقدار کمتری را برای نسبت در آزمایش سه محوری در نظر می‌گیرد.
کالیستو (Callisto, 1996) تعدادی آزمایش بر روی k0 نمونه های خاک رس پیش تحکیم یافته پیزا انجام داد. مزیت این آزمایش آنست که امکان تعیین جهت بردار کرنش جزئی برای k0 خاکهای بیش تحکیم یافته را فراهم می‌سازد. نمودار نسبت در مقابل q/p برای آزمایش فشردگی سه محوری (R30 ) و انبساط (R315) در شکل ۳ رسم شده است. مسیر تنش آزمایش R30 به سمت شکست پیش نمی رود و به سمت یک نسبت تقریبی ثابت در کرنش های بزرگ پیش می‌رود. شبیه سازی بوسیله مدل ۳-SKH بوسیله پارامترهای بدست آمده توسط بادت (Baudet,2000) صورت گرفت. قانون جریان همبسته سبب محاسبه مقدار دقیق نسبت کرنش حجمی به کرنش برشی در انبساط سه محوری می‌باشد.

این در حالی است که در آزمایش فشردگی سه محوری مقدار کمتری را برای این نسبت در نظر می‌گیرد. این نتایج منطبق بر پیش بینی های صورت گرفته برای حالت تنش k0 را در حالت بار برداری به طور دقیق محاسبه می‌کند ولی به مقدار زیادی مقدار k0 بارگذاری را بیش از حد حساب می‌کند.

شکل ۳- نمودار q/p – برای آزمایشهای انجام شده بر روی خاک رس پیزا (Callisto, 1996) R30 (چپ) و R315 (راست) و شبیه سازی شده، توسط مدل ۳-SKH

۳-۲- چکیده
مشاهدات تجربی نشان می‌دهد که سطح حالت مرزی برای خاک رس تحکیم یافته غیر همسان به شکل غیر چرخشی می‌باشد که با توجه به حجم مخصوص تعریف می‌شود. به کاربردن این سطح حالت مرزی به همراه مدل رفتاری سخت شوندگی جنبشی که شکل مشابه ای را برای سطح حالت مرزی در نظر می‌گیرد و سطح تسلیم جنبشی و قانون جریان همبسته را مد نظر قرار می‌دهد، سبب برآورد بیش از مقدار نسبت کرنش حجمی به کرنش برشی جزئی در فشردگی سه محوری می‌شود و نسبتا مقدار دقیقی برای انبساط سه محوری پیش بینی می‌کند. پیش بینی جهت بردار کرنش جزئی در فشردگی سه محوری ممکن است از طریق به کاربردن قانون جریان غیر همبسته بدست آید که ادامه این بحث را خواهیم دید.

۳- مدل ۳-SKH برای خاکهای رس غیر ایزوتروپ(AI3-SKH)
مدل ۳-SKH مورد اصلاح قرار گرفت تا بتواند رفتار خاک رس غیر ایزوتروپ تحکیم یافته را پیش بینی کند (AI3-SKH) که این امر از طریق فرض قانون جریان غیر همبسته صورت پذیرفته است. (Masin, 2002) سطح پتانسیل در آزمایش فشردگی سه محوری فرض شده است تا یک شکلی که در جهت قائم کشیدگی بیشتری دارد را بوجود آورد که این امر سبب پیش بینی مقدار کوچکتری برای نسبت کرنش حجمی به کرنش برشی می‌شود. نسبت محور بزرگ به محور کوچک سطح پتانسیل پلاستیکی در فشردگی سه محوری (Mfltc ) بر اساس فرمول ۲ بدست می‌آید به گونه ای که مقدار kONC فرمول Jaky را ارضا می‌کند.

بنابر این مدل نیازمند پارامتر اضافی نسبت به مدل ۳-SKH نمی باشد.
شکل سطح پتانسیل پلاستیکی در انبساط سه محوری همانند مدل ۳-SKH در نظر گرفته شده است و بنابر این توسط پارامتر M تعریف می‌شود. فرمول ریاضی مدل AI3-SKH نیز شامل یک مقطع هشت ضلعی در میان سطح حالت مرزی می‌شود که مشابه معیار تسلیم ماتسوکا و ناکایی (Matsuoka and Nakai, 1974) می‌باشد. این امر ثابت می‌کند که مدل، زاویه اصطکاک مشابه ای را برای فشردگی سه محوری وانبساط سه محوری در یک نسبت q/p’ مشابه ارائه می‌دهد.

۴- ارزیابی المان منفرد در مدل اصلاح شده
مدل AI3-SKH از طریق داده های آزمایشگاهی مربوط به مسیر تنش سه محوری کنترل شده، ارزیابی می‌شود. آزمایشها در جهتهای مختلف برای مسیر تنش ها در فضای q/p’ صورت گرفت تا بتواند شکل سطح پتانسیل پلاستیکی را ارزیابی کند.
k0 حالت بارگذاری و باربرداری توسط کوپ و همکارانش (Coop et al, 1995) بر روی خاک رس بوم توسط پارامترهای مدل ۳-SKH شبیه سازی شد. شبیه سازی توسط مدل ۳-SKH و مدل AI3-SKH در شکل ۴ ارائه شده است. واضح است که نه تنها مقدار k0 حالت تنش عادی تحکیم یافته بلکه مقدار k0 حالت تنش باربرداری نیز به طور دقیق توسط مدل AI3-SKH محاسبه می‌شود. پیش بینی k0 باربرداری مشابه پیش بینی توسط مدل ۳-SKH می‌باشد، زمانی که محاسبات از یک kONC منطبق بر معادله ۱ بدست آید.

مراحل برش آزمایشها بر روی خاک رس پیزا که توسط کالیستو (Callisto, 1996) انجام شد و در قسمت قبل از آن یاد شد توسط مدل ۳-SKH و AI3-SKH شبیه سازی شده است. نمودار برای آزمایشهای R315, R30, R60, R90 در شکل ۵ ارائه شده است.
مدل AI3-SKH به طور وضوح پیش بینی ها را برای کرنش کوچک بهبود بخشیده است. فرمولاسیون مدل در پیش بینی کرنش حجمی تاثیر ندارد. این کرنش ها به طور نسبتا دقیق توسط مدل ۳-SKH پیش بینی می‌شوند. (همانطور که در شکل ۶ برای آزمایشها R0 نشان داده شده است). بنابر این شکل مسیرهای تنش که براساس حجم مخصوص نرمال سازی شده اند تغییر نمی یابد.

داده های آزمایش و شبیه سازی ها توسط مدل ۳-SKH که در قسمت ۲ ارائه شده است همراه با شبیه سازی توسط مدل AI3-SKH در شکل ۷ ارائه شده است. تغییرات در نسبت کرنش پلاستیک جزئی در ارتباط با نسبت تنش که توسط مدل AI3-SKH محاسبه شده است نزدیکتر به نتایج آزمایشگاهی برای هر دو آزمایش می‌باشند. برای آزمایش R315 (انبساط سه محوری) هر دو در کرنش های بزرگ به هم می‌پیوندند. در حال که در فشرده سازی سه محوری (R30) پیش بینی های صورت گرفته کاملا متفاوت می‌باشند. پیش بینی های cd/mm d da I که توسط مدل AI3-SKH صورت گرفت در نسبت های بزرگ به داده های آزمایشگاهی نزدیکتر می‌شود. بهبود صورت گرفته پیش بینی ها در شکل ۴ به دلیل تغییر در قانون جریان در مدل جدید می‌باشد.

شکل ۶- نتایج در آزمایش R0 (داده های آزمایش بعد از کالیستو۱۹۹۶) و مدل سازی بوسیله مدل ۳-SKH و مدل AI3-SKH.

شکل ۷- نمودار q/p – برای آزمایشهای انجام شده روی خاک رس پیزا (نتایج آزمایش کالیستو ۱۹۹۶) R30(چپ) و R315 (راست) و مدلسازی توسط مدل ۳-SKH و مدل AI3-SKH

کنتورهای انرژی کرنش مخصوص یکسان برای آزمایشها روی خاک رس پیزا در شکل ۸ ارائه شده است. شبیه سازی توسط مدل AI3-SKH که بسیار مشابه شبیه سازی توسط مدل ۳-SKH می‌باشد، نیز ارائه شده است. واضح است که مدلهای سخت شوندگی جنبشی می‌توانند شکل چرخیده کونتورهای انرژی کرنشی مخصوص را بدون ارائه چرخش مربوط به سطح حالت مرزی در اختیار قرار دهند.

شکل ۸- کنتورهای انرژی کرنشی مخصوص یکسان (kg/m3)، داده های آزمایشگاهی (بعد از کالیستو۱۹۹۶) (چپ) و شبیه سازی توسط مدل AI3-SKH (راست).

۵- نتایج
در این مقاله یک انبساط ساده از یک مدل رفتاری سخت شوندگی جنبشی موجود (مدل ۳-SKH) با استفاده از یک قانون جریان غیر همبسته ارائه شده است. مدل اصلاح شده نیازمند پارامتر اضافی نمی باشد. مدل مقدار کمتری را برای نسبت کرنش حجمی به کرنش برشی در فشردگی سه محوری نسبت به مدل اصلی، ارائه می‌دهد و همچنین مقدار این نسبت را در انبساط سه محوری تغییر نمی دهد. این امر منطبق بر نتایج آزمایشگاهی می‌باشد. هر دو مدل اصلی واصلاح شده قابلیت پیش بینی شکل چرخشی سطح حالت مرزی را دارا می‌باشد.
مقاله که به مدلسازی عددی برای خاک رس غیر همسان تحکیم یافته ختم می‌شود قابلیت سایر مدلهای سخت شوندگی جنبشی را دارا می‌باشد.این مدل یک فرمولاسیون ساده تری را برای مدلهای عددی نسبت به حالتی که چرخش را در سطح حالت مرزی در امتداد خط k0 در نظر می‌گیرند، بوجود می‌آورد.