ارزیابی عددی و آزمایشگاهی اثر دانه بندی و شکل ذرات بر رفتار مکانیکی خاک های دانه ای

با توجه به کاربرد فراوان نتایج حاصل از آزمایش سه ­محوری در درک رفتار مکانیکی انواع خاک ­ها، نیاز به مدل ­سازی عددی این آزمایش برای سهولت در پیش­ بینی رفتار خاک­ ها و صرفه­ جویی در زمان و هزینه انجام آزمون­ های آزمایشگاهی احساس می­ شود. رفتار خاک­ های دانه­ ای متاثر از شکل (هندسه) ذرات است. در این تحقیق، به­ منظور ارزیابی اثر دانه ­بندی و شکل ذرات روی ویژگی ­های میکروسکوپیک و ماکروسکوپیک خاک­ های دانه ­ای، شبیه ­سازی­ های سه ­بعدی به ­روش اجزای منفصل روی نمونه ­های ماسه ­ای حاوی ذرات با اشکال نزدیک به واقعیت تحت آزمایش سه­ محوری انجام شد. ذرات با هندسه نامنظم به­ کمک رویکرد خوشه در نرم­افزار PFC۳D شبیه ­سازی شدند. تعدادی آزمایش سه­ محوری زهکشی شده روی نمونه­ های ماسه ­ای حاوی ذرات گردگوشه و تیزگوشه برای کالیبراسیون شبیه­ سازی­ های عددی انجام گرفت. مشاهده شد که نتایج مدل­ سازی­ ها تطابق خوبی با نتایج تجربی دارند و روش اجزای منفصل، ابزاری قدرتمند و جدید جهت شبیه ­سازی رفتار خاک­ های دانه ­ای حاوی ذرات با اشکال مختلف بدون تحمیل مدل ­های رفتاری پیچیده است. نتایج مطالعات عددی نشان می­ دهد که در مقیاس ماکروسکوپیک، مقاومت برشی، مقاومت پسماند و مدول مماسی اولیه با افزایش زاویه ­داری و کشیدگی دانه ­ها، افزایش می­یابد. مقاومت حداکثر و پسماند در نمونه­ های بد دانه­ بندی شده بیش از نمونه­ های خوب دانه ­بندی شده به ­دست آمده است. در مقیاس میکروسکوپیک نیز نتیجه می­ شود که ساختار توده مصالح تحت تاثیر شکل ذرات است؛ به ­طوری­ که متوسط تعداد تماس­ ها در نمونه­ ها با افزایش زاویه ­داری و کشیدگی در هندسه ذرات، افزایش می ­یابد.

کلیدواژه ها:

آزمایش سه محوری ، شبیه سازی به روش اجزای منفصل ، دانه بندی ، شکل ذرات