توسعه یک مدل رفتاری حالت بحرانی جهت کاربرد در خاک های مخلوط درشت دانه

اندازه گیری و تعیین مقاومت برشی خاک‏ها، به ویژه برای خاک‏های مخلوط شن و ماسه‏ای، در مباحث پایداری شیروانیها و ترانشه ها اهمیت و کاربرد زیادی دارد و از مباحث مهم مطرح در مکانیک خاک می باشد. خاک های مخلوط درشت دانه در محدوده ی وسیعی از پروژه های عمرانی از قبیل پوسته ی سد های خاکی، مصالح قرضه، شیب ها، ترانشه ها و ... مورد استفاده قرار می گیرند. حضور مصالح با اندازه دانه درشت تر از شن سبب بروز تغییراتی در رفتار میشود که از مهم ترین آنها میتوان به افزایش مقاومت، سختی و رفتار اتساعی خاک اشاره نمود. در خصوص بررسی رفتار این قبیل مصالح تا کنون مطالعات آزمایشگاهی متعددی انجام شده است. اما به نسبت، درصد بسیار پایینتری از مطالعات برای ارائه یک مدل رفتاری مناسب صورت پذیرفته و عمده مدل های ارائه شده، رفتار خاک ماسه ای فاقد شن دانه را مورد بررسی قرار می دهند. در بسیاری از آنالیزهای عددی در پروژه های عمرانی، از مدلهای مرسوم موجود برای خاکهای دانه ای مانند مدل موهر-کولمب یا دراگر-پراگر استفاده می گردد. در عمده این مدلها، رفتار خاک بدون در نظر گرفتن تاثیرات شن دانه بر رفتار کلی آن تبیین می گردد. استفاده از مدلهای رفتاری با قابلیت درنظرگیری تاثیرات درشت دانه ها در نرم افزار های ژئوتکنیکی امکان برآورد صحیحتر رفتار این قبیل مصالح را ممکن می سازد. بدین ترتیب ارائه یک مدل رفتاری که بتواند رفتار خاک مخلوط را با تاکید بر در نظر گیری تاثیر شن دانه به خوبی پیش بینی کند، گامی مفید در تحلیلهای ژئوتکنیکی خواهد بود. در این تحقیق پس از مرور مطالعات گذشته در ارتباط با اثر حضور شن دانه بر رفتار مکانیکی خاک مخلوط ماسه و شن، مدل های رفتاری ارائه شده برای خاک های درشت دانه حاوی شن تشریح شده است. سپس کاربرد پلاستیسیته عمومی در تبیین رفتار مکانیکی خاک ها که مبنای مدل سازی رفتار خاک مخلوط ماسه و شن در تحقیق حاضر می باشد پرداخته شده است. در ادامه مدل رفتاری پلاستیسیته عمومی پاستور و همکاران (1990) تشریح شده است. سپس سایر مطالعات صورت گرفته در خصوص مدل پلاستیسیته عمومی پاستور و همکاران (1990) معرفی شده و نهایتا مدل پلاستیسیته عمومی مانزانال و همکاران (2011) به عنوان مدل پایه جهت مدل سازی رفتار خاک مخلوط تشریح شده است. پس از معرفی مدل رفتاری پایه، اصول مدل سازی رفتاری خاک های ماسه حاوی شن دانه تشریح شده است. مدل رفتاری اصلاح شده بر اساس فرض تفاوت میان منحنی تحکیم ایزوتروپ برای خاک ماسه ای فاقد شن دانه و خاک ماسه ای حاوی شن استوار است. مدل رفتاری ارائه شده در شرایط زهکشی شده و زهکشی نشده، برای خاک ماسه ای شن دار بد دانه بندی شده ارائه شده است. در پایان جهت ارزشیابی عملکرد مدل در پیش بینی رفتار خاک ماسه ای حاوی مقادیر مختلف شن دانه، مقایسه میان نتایج آزمایشگاهی محققین پیشین و پیش بینی مدل از رفتار تنش محوری اضافی- کرنش محوری، نسبت تخلخل (کرنش حجمی)- کرنش محوری و تنش محوری اضافی- تنش موثر میانگین صورت گرفته است. انطباق نسبی نتایج بدست آمده از مدل با نتایج مطالعات آزمایشگاهی قابلیت مدل جهت استفاده در کاربردهای ژئوتکنیکی را نشان می دهد.