مطالعه اثر زبری سطح مشترک بر رفتار برشی سیستم خاک دانه ای-سازه با استفاده از شبیه سازی سه بعدی به روش اجزای منفصل

رفتار برشی سطح مشترک خاک – سازه نقش مهمی در برآورد ظرفیت باربری سازه های ژئوتکنیکی مانند شمع ها، دیوارهای حائل، مهاری ها و سامانه های خاک مسلح ایفا می کند و زبری نسبی سطح سازه در تماس با خاک، یکی از عوامل بسیار موثر بر این رفتار است. در مطالعه حاضر، به بررسی اثر زبری نسبی بر رفتار برشی سطح مشترک خاک – سازه پرداخته می شود. از آنجاکه مطالعات گذشته عموما بر رفتار ماکروسکوپیک این سطح متمرکز بوده اند، این پژوهش به بررسی رفتار برشی تماسی خاک های دانه ای از دیدگاه میکروسکوپیک می پردازد. برای این منظور، آزمایش برش سطح مشترک تحت بارگذاری مونوتونیک با مقادیر مختلف زبری نسبی سطح تماس (Rn=۰, ۰.۵, ۰.۷۵, ۱, ۲) به صورت سه بعدی با روش اجزای منفصل شبیه سازی می شود. در این روش، از ذرات کروی برای شبیه سازی دانه های خاک، مدل تماسی خطی برای ارتباط بین آن ها و مقاومت چرخشی برای لحاظ نمودن مجازی اثر شکل ذرات استفاده می شود. برای نمایش هندسه سطح زبر سازه در تماس با خاک دانه ای، الگوی دندانه دار استاندارد به کار گرفته می شود. برای مطالعه رفتار برشی تماسی، پارامترهای ماکروسکوپی مانند تنش برشی، زاویه اصطکاک و کرنش حجمی و پارامترهای میکروسکوپی مانند پوکی، عدد تماسی، زنجیره نیروها و نحوه جهت گیری تماس ها بررسی می شوند. نتایج نشان می دهند زمانی که پارامتر زبری نسبی صفر و سطح سازه کاملا صاف است، رفتار نمونه کشسان – مومسان کامل است و ناحیه برشی در نمونه تشکیل نمی شود. با افزایش زبری نسبی تا مقدار بحرانی، تنش برشی و زاویه اصطکاک بیشینه در سطح مشترک با شیب تندی افزایش می یابند و پس از آن تغییرات اندک است. با افزایش زبری نسبی از ۵/۰ به ۲، مقاومت برشی بیشینه ۵۰ کیلوپاسکال و کرنش حجمی ۲۹۵ درصد افزایش می یابند. ضخامت ناحیه برشی تحت تاثیر زبری نسبی سطح سازه قرار دارد و با افزایش زبری نسبی از ۵/۰ به ۲، از D۵۰۱/۲ به D۵۰۵۳/۴ و به میزان ۱/۴ میلی متر افزایش می یابد.

کلیدواژه ها:

اندرکنش خاک &ndash ، سازه ، زبری سطح ، مقاومت برشی ، آزمایش برش سطح مشترک ، خاک دانه ای ، روش اجزای منفصل