عمران

پایان نامه عمران خاک و پی :ارزیابی چرخش محور های اصلی تنش و کرنش و عدم هم محوری …

عنوان:

ارزیابی چرخش محور­های اصلی تنش و کرنش و عدم هم­ محوری آن­ها در الگوی پیش ­بینی روانگرایی خاک­های غیر چسبنده

استاد راهنما:

دکتر سید امیر­الدین صدرنژاد

بهمن ۱۳۹۲

 

متن پایان نامه :
چکیده:
بررسی رفتار خاک­ها در اثر بارگذاری­های متفاوت از مهمترین مسائل در مهندسی ژئوتکنیک می­باشد. رفتار خاک­ها وابسته به پارامتر­های متعددی نظیر دانه­بندی، جنس دانه­ها، نحوه بارگذاری، تاریخچه تنش و غیره است. عدم هم­محوری جهات تنش اصلی و کرنش اصلی پدیده­ای است که در سال­های اخیر توجه فراوانی را به خود جلب کرده است. این پدیده ناشی از ناهمسانی در رفتار خاک است. الگو­های رفتاری که بر اساس مستقل­های تنش و کرنش عمل می­ کنند، قادر به ارائه عدم هم­محوری خاک در جهات مختلف نیستند.
در این پایان ­نامه از نظریه چند صفحه­ای برای بررسی عدم هم­محوری استفاده شده است. این نظریه علاوه بر توانایی اعمال خواص ریزسنجی خاک مانند نسبت تخلخل، جنس دانه­ها و رفتار انبساطی و انقباضی خاک، قادر به اعمال بارگذاری­ در جهات مختلف است. به عبارتی این نظریه رابط میان خواص ماکروسکوپی و میکروسکوپی است. در این پایان ­نامه ابتدا نتایج حاصل از چرخش محور­های اصلی در رفتار خاک بررسی گردیده و سپس عدم هم­محوری آن نشان داده شده است.

پایان نامه ها

 
 
 
 
۱-فصل اول: مقدمه و کلیات ۱
۱-۱-   مقدمه ۲
۱-۲-اهداف پایان ­نامه ۴
۱-۳-ساختار پایان ­نامه . ۴
۲-فصل دوم: مطالعات گذشته ۵
۲-۱-عدم هم­محوری در رفتار خاک ۶
۲-۱-۱-تعریف عدم هم­محوری ۶
۲-۱-۲-مطالعات انجام شده بر روی عدم هم­محوری ۷
۲-۱-۳-مطالعات عددی گذشته بر روی عدم هم­محوری ۹
۲-۲-دستگاه سیلندر استوانه­ای ۱۱
۲-۲-۱-معرفی ۱۱
۲-۲-۲-قوانین آزمایش سیلندر استوانه­ای ۱۲
۲-۲-۳-مطالعات آزمایشگاهی گذشته بر روی عدم هم­محوری به ­وسیله­ دستگاه سیلندر استوانه­ای   17
۳-فصل سوم: نظریه چند صفحه­ای ۲۸
۳-۱-مقدمه ۲۹
۳-۲-تاریخچه نظریه چند صفحه­ای ۲۹
۳-۳-مفهوم عددی نظریه چند صفحه­ای ۳۰
۳-۴-الاستیسیته و نظریه چند صفحه­ای ۳۰
۳-۵-امتیازات نظریه چند صفحه­ای ۳۴
۳-۶-تفسیر نظریه چند صفحه­ای ۳۵
۳-۷-تعریف صفحات در فضای سه بعدی . ۳۷
۳-۸-الگوی الاستو پلاستیک با قانون سخت­شوندگی همسان ۳۸
۳-۸-۱-بارگذاری، باربرداری و بارگذاری مجدد ۴۳
۳-۸-۱-۱-اولین بارگذاری ۴۴
۳-۸-۱-۲-باربرداری ۴۴
۳-۸-۱-۳-بارگذاری مجدد ۴۵
۳-۹-بیضی مقاومت   . 46
۴-فصل چهارم: نتایج الگوی چند صفحه­ای ۴۸
۴-۱-مقدمه                49
۴-۲-صحت سنجی مدل ۴۹
۴-۲-۱-شبیه­سازی رفتار ماسه پرتوی در حالت زهکشی شده با دانسیته نسبی ۹۰%            50
۴-۳- بارگذاری تک­سویه در حالت زهکشی شده       50
۴-۳-۱-مسیر تنش ۵۱
۴-۳-۲- نتایج ۵۲
۴-۴-چرخش خالص در حالت زهکشی شده ۷۹
۴-۴-۱-مسیر تنش ۷۹
۴-۴-۲- نتایج ۸۰
۴-۵-بارگذاری تک­سویه در حالت زهکشی نشده ۸۶
۴-۵-۱-مسیر تنش ۸۶
۴-۵-۲- نتایج ۸۷
۴-۶-چرخش خالص در حالت زهکشی نشده ۱۰۹
۴-۶-۱-مسیر تنش ۱۰۹
۴-۶-۲- نتایج. ۱۰۹
۵-فصل پنجم: نتایج و پیشنهادات ۱۱۴
۵-۱-رفتار ماسه تحت بارگذاری تک­سویه در حالت زهکشی شده ۱۱۵
۵-۲-رفتار ماسه تحت چرخش خالص محورهای اصلی تنش در حالت زهکشی شده                115
۵-۳-رفتار ماسه تحت بارگذاری تک­سویه در حالت زهکشی نشده ۱۱۶
۵-۴-رفتار ماسه تحت چرخش خالص محورهای اصلی تنش در حالت زهکشی نشده      116
۵-۵-پیشنهادات . ۱۱۷
۶-منابع و مؤاخذ   118
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
شکل ‏۱‑۱: ارتباط بین ناهمسانی و عدم هم­محوری ۴
شکل ‏۲‑۱: نتایج آزمایش برش ساده[۱۲] ۸
شکل ‏۲‑۲: سیر تکامل عدم هم­محوری ۱۰
شکل ‏۲‑۳:اجزای تنش در HCA، (a) محور مختصات سیلندر استوانه­ای (b) اجزای تنش، (c) اجزای کرنش، (d) تنش­های اصلی [۲۳] ۱۳
شکل ‏۲‑۴: تنش­ها و تغییرشکل­های میانگین ۱۵
۴۵ [۳۷] ۱۸
شکل ‏۲‑۶: آزمایشات °۴۵ و °۵/۶۷ ۱۹
شکل ‏۲‑۷: چرخش خالص با kPa 110 . 19
شکل ‏۲‑۸: جهت نمو کرنش اصلی در آزمایشات زهکشی شده با °۵/۲۴ و °۴۵        20
شکل ‏۲‑۹: بردارهای نمو کرنش بر روی فضای تنش ۲۱
شکل ‏۲‑۱۰: عدم هم­محوری تحت شرایط تنش بدون چرخش تنش اصلی ۲۲
شکل ‏۲‑۱۱: بردار نمو کرنش ناشی از چرخش محورهای اصلی تنش (°R1+0) 23
۱۸۰R2+)   23
شکل ‏۲‑۱۳: نمو کرنش پلاستیک واحد بر روی صفحه تنش ناشی از بارگذاری ساده[۶] ۲۵
شکل ‏۲‑۱۴: نمو کرنش پلاستیک واحد بر روی صفحه تنش ناشی از چرخش خالص[۶] ۲۵
شکل ‏۲‑۱۵: نمو کرنش پلاستیک واحد بر روی صفحه تنش ناشی از بارگذاری مرکب[۶] ۲۶
شکل ‏۲‑۱۶:مقایسه جهت­های تنش اصلی و نمو کرنش اصلی در صفحه فیزیکی حین چرخش تنشهای اصلی ]۲۸[ ۲۷
شکل ‏۳‑۱: ۲۶ نقطه جهت انتگرال گیری عددی روی کره با شعاع واحد [۲۹] ۳۲
شکل ‏۳‑۲ الف: نمایش تجمع واقعی ذرات خاک ب: نمایش دو بعدی قطعات چند وجهی مصنوعی [۲۹] ۳۵
شکل ‏۳‑۳ رفتارشناسی نظریه چند صفحه­ای [۱] ۳۶
شکل ‏۳‑۴ موقعیت صفحات سیزده­گانه [۲۹] ۳۷
:τ. ۴۰
شکل ‏۳‑۶: تغییرات بر حسب . ۴۵
شکل ‏۴‑۱: نتایج حاصل از شبیه­سازی رفتار ماسه پرتوی ۵۰
شکل ‏۴‑۲:مسیرهای تنش برای بارگذاری تک­سویه ۵۲
۰= α (a) اجزای تنش- کرنش انحرافی (b) تنش انحرافی- کرنش اصلی ماکزیمم (c) کرنش حجمی-کرنش انحرافی (d) عدم هم­محوری جهت تنش و نمو کرنش ۵۴
۰=α. ۵۵
۰= α  59
۱۵= α (a) اجزای تنش- کرنش انحرافی (b) تنش انحرافی- کرنش اصلی ماکزیمم (c) کرنش حجمی-کرنش انحرافی (d) عدم هم­محوری جهت تنش و نمو کرنش ۶۱
۱۵= α. ۶۲
۱۵= α  63
۳۰= α (a) اجزای تنش- کرنش انحرافی (b) تنش انحرافی- کرنش اصلی ماکزیمم (c) کرنش حجمی-کرنش انحرافی (d) عدم هم­محوری جهت تنش و نمو کرنش ۶۴
۳۰= α. ۶۵
۳۰= α  66
۴۵= α (a) اجزای تنش- کرنش انحرافی (b) تنش انحرافی- کرنش اصلی ماکزیمم (c) کرنش حجمی-کرنش انحرافی (d) عدم هم­محوری جهت تنش و نمو کرنش ۶۸
۴۵= α. ۶۹
۴۵= α  70
۶۰= α (a) اجزای تنش- کرنش انحرافی (b) تنش انحرافی- کرنش اصلی ماکزیمم (c) کرنش حجمی-کرنش انحرافی (d) عدم هم­محوری جهت تنش و نمو کرنش ۷۱
۶۰= α. ۷۲
۶۰= α  73
۷۵= α (a) اجزای تنش- کرنش انحرافی (b) تنش انحرافی- کرنش اصلی ماکزیمم (c) کرنش حجمی-کرنش انحرافی (d) عدم هم­محوری جهت تنش و نمو کرنش ۷۴
۷۵= α. ۷۵
۷۵= α  76
۹۰= α (a) اجزای تنش- کرنش انحرافی (b) تنش انحرافی- کرنش اصلی ماکزیمم (c) کرنش حجمی-کرنش انحرافی (d) عدم هم­محوری جهت تنش و نمو کرنش ۷۷
۹۰= α. ۷۸
۹۰= α  79
شکل ‏۴‑۲۴: مسیر تنش شبیه­سازی رفتار ماسه پرتوی ۸۰
شکل ‏۴‑۲۵:(a) ارتباط تنش برشی- کرنش برشی (b) کرنش حجمی-زاویه چرخش محورهای اصلی تنش در چرخش خالص محورهای اصلی تنش. ۸۱
شکل ‏۴‑۲۶: مسیر تنش بر روی صفحات فعال در چرخش خالص محورهای اصلی تنش   83
شکل ‏۴‑۲۷: تغییرات کرنش برشی پلاستیک بر روی صفحات سیزده­گانه در چرخش خالص محورهای اصلی تنش. ۸۴
شکل ‏۴‑۲۸: عدم هم­محوری جهتهای تنش اصلی و نمو کرنش اصلی در چرخش خالص محورهای اصلی تنش در حالت زهکشی شده. ۸۶
۰=α- (a) تنش انحرافی- تنش موثر همجانبه (b) تنش انحرافی- کرنش اصلی بزرگتر (c) فشار حفرهای-کرنش اصلی بزرگتر (d) عدم هم­محوری ۸۸
۰= α. ۸۹
۰= α  90
۱۵=α – (a) تنش انحرافی- تنش موثر همه­جانبه (b) تنش انحرافی- کرنش اصلی بزرگتر (c) فشار حفره­ای-کرنش اصلی بزرگتر (d) عدم هم­محوری ۹۱
۱۵=α. ۹۲
۱۵=α  94
۳۰=α – (a) تنش انحرافی- تنش موثر همه­جانبه (b) تنش انحرافی- کرنش اصلی بزرگتر (c) فشار حفره­ای-کرنش اصلی بزرگتر (d) عدم هم­محوری ۹۵
۳۰=α. ۹۶
۳۰=α  97
۴۵=α – (a) تنش انحرافی- تنش موثر همه­جانبه (b) تنش انحرافی- کرنش اصلی بزرگتر (c) فشار حفره­ای-کرنش اصلی بزرگتر (d) عدم هم­محوری ۹۸
۴۵=α. ۹۹
۴۵=α  100
۶۰=α – (a) تنش انحرافی- تنش موثر همه­جانبه (b) تنش انحرافی- کرنش اصلی بزرگتر (c) فشار حفره­ای-کرنش اصلی بزرگتر (d) عدم هم­محوری ۱۰۱
۶۰=α. ۱۰۲
۶۰=α  103
۷۵=α – (a) تنش انحرافی- تنش موثر همه­جانبه (b) تنش انحرافی- کرنش اصلی بزرگتر (c) فشار حفره­ای-کرنش اصلی بزرگتر (d) عدم هم­محوری ۱۰۴
۷۵=α. ۱۰۵
۷۵=α  106
۹۰=α – (a) تنش انحرافی- تنش موثر همه­جانبه (b) تنش انحرافی- کرنش اصلی بزرگتر (c) فشار حفره­ای-کرنش اصلی بزرگتر (d) عدم هم­محوری ۱۰۷
۹۰=α. ۱۰۸
۹۰=α  109
شکل ‏۴‑۵۰: تغییرات فشار آب حفره­ای در اثر چرخش خالص محورهای اصلی تنش در حالت زهکشی نشده. ۱۱۰
شکل ‏۴‑۵۱: مسیر تنش بر روی صفحات فعال در چرخش خالص برای ماسه پرتوی در حالت زهکشی نشده. ۱۱۱
شکل ‏۴‑۵۲: تغییرات کرنش برشی پلاستیک بر روی صفحات فعال در چرخش خالص برای ماسه پرتوی در حالت زهکشی نشده. ۱۱۲
شکل ‏۴‑۵۳: عدم هم­محوری جهتهای تنش اصلی و نمو کرنش اصلی در چرخش خالص محورهای اصلی تنش در حالت زهکشی نشده. ۱۱۳
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

۱- فصل اول: مقدمه و کلیات

 
 
 
 
 
 
 
 

۱-۱-      مقدمه

خاک­ها از جمله مصالحی هستند که رفتار پیچیده­ای از خود نشان می­ دهند. پوشش سطح زمین از این مصالح و پیچیدگی­های رفتاری آن­ها موجب شده است که رفتار تنش- کرنش آن­ها مورد مطالعه­ دقیق قرار گیرد. از عوامل اصلی این پیچیدگی­ها می­توان به چند فازی بودن و تغییرشکل­پذیری آن­ها اشاره کرد. تغییر­شکل خاک­ها به عوامل متعددی نظیر شکل و اندازه ذرات، تخلخل، چسبندگی و اصطکاک دانه­ها، درصد رطوبت، درصد اشباع، زهکشی، تقید جانبی، مسیر و تاریخچه تنش، سرعت بارگذاری و وضعیت همگنی و همسانی مصالح وابسته است. به همین دلیل پیش ­بینی رفتار و یا تغییرشکل خاک­ها دشوار است [۱].
در مهندسی ژئوتکنیک، عدم هم­محوری، نا متقارن بودن جهت تنش اصلی و جهت نمو کرنش اصلی تعریف می شود. این پدیده مهم هم در مسائل مهندسی و هم در نتایج آزمایشگاهی آزمایشات برش مستقیم و دستگاه سیلندر استوانه­ای[۱] مشاهده می شود. آنالیز عددی انجام شده توسط یو[۲] و یوان[۳] [۲]، [۳] و یو و یانگ[۴] [۴] نشان داد که عدم هم­محوری خاک دانه­ای، تاثیرات مهمی در طراحی ژئوتکنیکی دارد. آن­ها نتیجه گرفتند که طراحی فنداسیون­های سطحی بدون در نظر گرفتن عدم هم­محوری، می ­تواند خلاف جهت اطمینان باشد. اهمیت در نظر گرفتن عدم هم­محوری در طراحی ژئوتکنیکی سازه­ها، تصدیق شده است [۲]. مدل­هایی که عدم هم­محوری رفتار خاک را در نظر گرفته­اند توسط محققین زیادی ایجاد شده ­اند ( [۵]یاتومی[۵] و [۶] گوتیرز[۶] و [۷] لی[۷] و دافیلیاس[۸] و [۸]لشکری و لطیفی و[۹]،[۱۰] جیانگ[۹] و.).
برای اولین بار در سال ۱۹۶۷، [۱۱]، [۱۲] روسکو[۱۰] عدم هم­محوری جهت تنش­های اصلی و جهت نمو کرنش را در آزمایش برش ساده گزارش داد. بر اساس تحقیقات آزمایشگاهی میکرو­مکانیکی با بهره گرفتن از دیسک نوری به عنوان شبیه­ساز دو بعدی محیط دانه­ای، [۱۳] درشر[۱۱] و جوسلین دی یونگ[۱۲] شواهد بیشتری از عدم هم­محوری را گزارش دادند. [۹] آرتور[۱۳] و ونگ[۱۴] با بهره گرفتن از آزمایش برش ساده نشان دادند که در نمونه ماسه­ای تحت چرخش پیوسته محور تنش اصلی، انحراف بین جهت­های نمو تنش اصلی و نمو کرنش اصلی می ­تواند بیش از ۳۰ باشد. آزمایش­های انجام شده با HCA[15] نشان دادند که مواد دانه­ای هنگامی که تحت چرخش خالص محور­­های اصلی قرار می­گیرند، عدم هم­محوری را در رفتار خود نشان می­ دهند ( [۱۰] سیمز[۱۶] ، [۱۱] ایشیهارا[۱۷] و توهاتا[۱۸] ، [۱۲] میورا[۱۹]). عدم هم­محوری به ناهمسانی ماده و تاریخچه بارگذاری وابسته است.
شکل ‏۱‑۱ یک نمونه ناهمسانی را نشان می دهد. در شکل (a)1-1 ، اگر جهت بارگذاری عمود بر لایه­ها باشد، جهت تنش اصلی و نمو کرنش اصلی هم­محور خواهند بود، حتی اگر نمونه ناهمسان باشد. همان­طور که در شکل (b)1-1 نشان داده می­شود، هنگامی که جهت بارگذاری و لایه­ها بر هم عمود نباشد، محور نمو کرنش از محور تنش اصلی انحراف پیدا می کند و عدم هم­محوری رخ می­دهد.
پیش ­بینی دقیق بزرگی و جهت تغییر­شکل خاک به هنگام نصب یک سازه بر روی آن اهمیت فراوانی دارد. بنابراین نیاز است که قوانین عدم هم­محوری در توسعه کرنش­های پلاستیک به­ کار برده شوند.
شکل ‏۱‑۱: ارتباط بین ناهمسانی و عدم هم­محوری

۱-۲-      اهداف پایان ­نامه

هدف اصلی این پایان ­نامه بررسی عدم هم­محوری جهت تنش­های اصلی و نمو کرنش­های اصلی با بهره گرفتن از نظریه چند صفحه­ای است. در این نظریه از الگوی الاستوپلاستیک با قانون سخت­شوندگی همسان استفاده شده است. از امتیازات این نظریه وابستگی رفتار خاک به جهات مختلف بارگذاری و توانایی اعمال ناهمسانی به خاک در جهات مختلف است. همچنین این الگو قادر به پیش ­بینی صفحه گسیختگی تحت بارگذاری­های مختلف می­باشد.
[۱] Hollow cylinder Test
[۲] Yu
[۳] Yuan
[۴] Yang
[۵] Yatomi
[۶] Gutierrez
[۷] Li
[۸] Dafalias
[۹] Jiang
[۱۰] Roscoe
[۱۱] Drescher
[۱۲] de Jesselin de Jong
[۱۳] Arthur
[۱۴] Wong
[۱۵] Hollow cylinder apparatus
[۱۶] Symes
[۱۷] Ishihara
[۱۸] Towhata
[۱۹] Miura
***ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است***

99