پیش بینی باند برشی و تغییر شکل شیب های خاکی به روش اجزای منفصل

تمرکز تغییر شکل¬های برشی در نواری محدود در اصطلاح باند برشی نامیده می¬شود و پدیده¬ای است که بیشتر در خاک¬های دانه¬ای رخ می¬دهد. طی این پدیده، ذرات خاک از محل خود جدا می¬شوند و در امتداد تنش ماکزیمم اعمالی قرار می¬گیرند و در برخی نقاط تماس، نیروی تماسی موجود از مقاومت بین ذرات بیشتر می¬شود و این ذرات به طور ناگهانی نسبت به هم حرکت¬های بزرگی خواهند داشت. درحالی که سایر قسمت¬ها آرایش قبلی خود را حفظ می¬کنند .این ناحیه دارای ضخامت محدود و به طور معمول با نسبت منافذ بالا نسبت به خاک اطرافش مشخص می¬شود. این تغییر شکل¬های ماکروسکوپیک به دلیل تغییرات میکروساختار مواد می¬باشند. برای اینکه پدیده¬های فیزیکی از جمله تغییراتی که در ساختمان خاک در محدوده باند برشی به وجود می¬آید در نظر گرفته شود، برخی تکنیک¬های آزمایشگاهی مانند استفاده از مواد فتوالاستیک و مدلسازی¬ها بر مبنای مکانیک پیوسته بکارگرفته شدند که مشکلات و محدودیت¬های فراوانی داشتند. روش اجزا مجزا برخی از اشکالات موجود در روش¬های آزمایشگاهی و مدلسازی بر مبنای محیط¬های پیوسته را برطرف می¬کند و یک روش ایده¬آل برای بررسی باند برشی در یک محیط دانه¬ای هنگامی که تحت تأثیر نیروهای خارجی قرار می¬گیرد، می¬باشد. در این پایان¬نامه، خاک¬های دانه¬ای در دو حالت، یکبار وقتی بین ذرات پیوندی وجود ندارد و بار دیگر وقتی بین همان ذرات پیوند وجود دارد، بوسیله روش اجزا مجزا مدل شده¬اند. در ابتدا مدلسازی بر روی نمونه¬های سه محوری خاک انجام شد. بعضی از معیارهای تعیین باند برشی در نمونه¬های سه محوری گسترش یافتند و نتایج حاصل با هم مقایسه شده¬اند. سپس مدلسازی المان مجزا در شیب¬های خاکی تعمیم داده شد تا پیشروی باند برشی در این سازه¬ها را مورد مطالعه قرار دهد. در بخش اول تاثیر چسبندگی و پوکی خاک¬های دانه¬ای روی مقاومت بیشینه و پاسخ مکانیکی آن¬ها مورد بررسی قرار گرفت و سپس به بررسی الگوی تغییر¬شکل آن¬ها در مقیاس ذره¬ای و ارتباط بین چرخش ذرات، شکست پیوندها، تغییرات تدریجی زنجیره نیروهای تماسی و تغییرات پوکی پرداخته شد و به کمک عوامل فوق و تغییرات آن¬ها محدوده باند برشی پیش¬بینی گردید. در واقع تمامی این روش¬ها بهم مرتبط هستند زیرا چرخش زیاد ذرات در یک ناحیه بیانگر این واقعیت است که در آن محدوده، پیوند موجود بین ذرات گسیخته شده و ذرات آزادی دورانی بیشتری دارند. همچنین ویژگی بارز ناحیه برشی، تخلخل بالا مصالح در این ناحیه است که نشان دهنده کاهش تعداد تماس¬ ذرات در این ناحیه می¬باشد بنابراین نیروی تماسی که در اثر تماس ایجاد می¬گردد، در این قسمت از بین می¬رود. در نمونه تست دومحوری مشخص، محدوده باند برشی بدست آمده از تمامی روش¬های مورد استفاده در پیش¬بینی باند برشی، انطباق خوبی باهم داشته¬اند. در بخش دوم از همان مصالح که در نمونه¬های شبیه¬سازی¬شده از آزمایش دو¬محوری بکار رفتند برای مدلسازی شیب خاکی استفاده شد. در این راستا دو نوع شیب با هندسه و مصالح یکسان یکبار در حالتی که بین مصالح دانه-ای پیوند وجود ندارد و بار دیگر در حالتی که بین ذرات آن مصالح پیوند و چسبندگی وجود دارد، مدل شده است. روش¬های تایید¬شده برای پیش¬بینی باند برشی در تست¬های دو¬محوری در شیب¬های خاکی با همان مصالح تعمیم داده شدند. مشاهدات نشان می¬دهد که در نمونه¬های عددی دو¬محوری که در آن¬ها بین مصالح دانه¬ای چسبندگی وجود ندارد، تمرکز کرنش در محدوده¬ای خاص اتفاق نمی¬افتد و این در حالیست که اگر در همان مصالح بین ذرات پیوند وجود داشته باشد، تمرکز کرنش در نواری محدود که همان باند برشی است، قابل¬مشاهده می¬باشد. در شیب¬های خاکی نیز در حالتی که مصالح دانه¬ای صرفا اصطکاکی باشند محدوده¬ای که تمرکز تغییر¬شکل¬ها در آن رخ دهد، قابل¬مشاهده نبوده و گسیختگی¬ها بصورت سطحی است و در این حالت حرکت ذرات به موازات شیب می¬باشد. اما در شیب¬های خاکی با مصالح دانه¬ای که بین ذرات آن چسبندگی و پیوند وجود داشته باشد، گسیختگی¬ها گوه¬ای شکل است.