مدلسازی عددی رفتار مکانیکی مصالح دانه ای اشباع به روش اجزا منفصل (dem) با در نظر گرفتن فشار آب حفره ای

خاک های دانه ای اشباع محیط هایی دو فازی هستند. ذرات خاک (فاز گسسته)، یک ساختار (شبکه) بی نظم و متخلخل را شکل می دهند و سیال (فاز مایع) حفرات را پر می کند. چنین خاک هایی رفتار مکانیکی غیرخطی بسیار پیچیده ای را از خود نشان می دهند و دلیل آن نیز برهم کنش های پیچیده ذره بر ذره و سیال بر ذره است. رفتار خاک های اشباع و اندرکنش فازهای خاک بطور وسیعی از طریق مدل های پدیدارشناسی (phenomenological) مدل شده است. این مدل ها اگرچه کم و بیش در مدل سازی و پیش بینی رفتار، در بعضی از مسیرهای تنش موفق بوده اند ولی بطور کامل اثری از آنچه در ساختار ذره ای خاک (مقیاس میکروسکوپیک) میگذرد، در این مدل ها به چشم نمی خورد و به عبارت دیگر، این مدل ها از رفتار خاک در مقیاس ذرات نشأت نمی گیرند و اثری از فیزیک و تغییرات فیزیکی که در ماده به وجود می آید در این مدل ها وجود ندارد. برهم کنش های ذره- سیال شامل تاثیر جابجایی ذرات بر سیال حفره ای، تاثیر فشار آب حفره ای بر ذرات و تاثیر این دو بر پاسخ کلی توده خاک را می توان در سطح ذرات با استفاده از روش اجزاء منفصل (dem) مورد بررسی قرار داد. این روش می کوشد تا رفتار توده خاک را بر اساس آنچه در مقیاس ذرات می گذرد مدل سازی نماید. به عبارت دیگر این روش می کوشد تا مدل سازی بر اساس واقعیات فیزیکی در محیط دانه ای باشد. این روش مدل سازی قطعاً به واقعیت نزدیکتر بوده و محدودیت های مدل سازی های phenomenological، در مدل سازی بعضی از مسیرهای تنش را نخواهد داشت. مدل های phenomenological سعی در شبیه سازی رفتار ماکروسکوپیکی مشاهده شده خاک ها دارند و همواره دارای محدودیت در پیش بینی رفتار خاک هستند، بدین معنی که هر یک از این مدل ها برای مسیرهای تنش خاصی مناسب هستند و هیچکدام قادر به پیش بینی رفتار خاک ها بصورت کلی و در تمامی شرایط مختلف و مسیرهای تنش احتمالی نیستند. دلیل این امر آن است که این مدل ها از رفتار ذرات خاک، که عامل اصلی تعیین کننده پاسخ کلی خاک هستند، نشأت نمیگیرند. برای حل این مشکل می توان از dem که ذرات گسسته خاک و برهم کنش آنها با یکدیگر و فشار آب حفره ای را میتواند شبیه سازی کند استفاده کرد. در این تحقیق، هدف مدلسازی عددی رفتار مصالح دانه ای اشباع با استفاده از روش dem است بگونه ای که بتوان بوجود آمدن فشار آب حفره ای را مدل سازی کرد. بدین منظور از کد اجزاء منفصل pfc2d استفاده شده و با استفاده از آن آزمایش زهکشی نشده در یک محیط دانه ای ایدالیزه شبیه سازی خواهد شد. لازم به ذکر است که نرم افزار pfc2d بطور پیش فرض قابلیت تعریف فشار منفذی و تاثیرات آن بر پاسخ خاک اشباع را ندارد، ولی این کار با ایجاد تغییراتی در نرم افزار پایه و برنامه نویسی در زبان برنامه نویسی درونی نرم فزار، امکان پذیر گردیده است. در شبیه سازی های انجام شده نمونه هایی شامل ذرات دایروای شکل، با شرایط اولیه مشخص ایجاد گردید. این نمونه ها در شرایط زهکشی نشده مورد آزمایش دو محوری قرارگرفتند. نمونه ها همچنین در حالت زهکشی شده، مورد آزمایش قرارگرفتند، تا امکان مقایسه نتایج فراهم گردد. رفتارهای خاک، مشاهده شده در این شبیه سازی ها منطبق نتایج مورد انتظار بوده و نشان دهنده توانمندی روش اجزاء منفصل در پیش بینی رفتار مکانیکی خاک های دانه ای اشباع در مسیر تنش دلخواه است.