بررسی حالت بحرانی خاک‌های دانه‌ای به روش اجزای گسسته و پیشنهاد یک مدل رفتاری متحد برای ماسه‌های تمیز و لای‌دار

نوع مقاله : Articles

نویسندگان

دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی شیراز

چکیده

یافته‌های تجربی نشان داده‌اند که وجود لای غیر خمیری در ماسه‌ها می‌تواند کاهش مقاومت برشی و افزایش گرایش به انباشت فشار آب حفره‌ای در شرایط زهکشی‌نشده را در پی داشته باشد. مدل‌های رفتاری موجود در اساس بر پایه مشاهدات تجربی رفتار ماسه‌های تمیز ارائه ‌شده‌اند و شبیه‌سازی رفتار ماسه‌های لای‌دار تنها با تعیین دوباره پارامترهای مدل به ازای هر مقدار مشخص لای امکان‌پذیر است. در این نوشتار، با شبیه‌سازی رفتار به روش اجزای گسسته نشان داده می‌شود که افزایش نسبت وزنی فاز ریزدانه موجب کاهش نسبت تخلخل حالت بحرانی در محیط‌های با دانه‌بندی دوگانه می‌گردد که دلیل آن مشارکت کمتر دانه‌های فاز ریزدانه در ساختار باربر محیط دانه‌ای است. همچنین نشان داده می‌شود که اگر حالت بحرانی بر اساس نسبت تخلخل میان دانه‌ای بیان گردد، تنها یک خط حالت بحرانی یکتا برای ماسه‌های لای‌دار با مقادیر مختلف نسبت وزنی لای به دست می‌آید. در ادامه، فرمول‌بندی یک مدل رفتاری کشسان-خمیری سطح مرزی سازگار با مکانیک خاک حالت بحرانی برای ماسه‌های تمیز به‌گونه‌ای اصلاح می‌گردد که در آن نسبت تخلخل میان دانه‌ای جایگزین نسبت تخلخل کلی گردد. نشان داده می‌شود که مدل رفتاری اصلاح‌شده می‌تواند رفتار نمونه‌های ماسه تمیز و لای‌دار را تنها با به‌کارگیری یک مجموعه پارامتر شبیه‌سازی نماید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

DEM Study of Critical State in Binary Granular Soils and a Unified Constitutive Model for Clean and Silty Sands

نویسندگان [English]

  • Ali Lashkari
  • Masoomeh Karimi
Department of Civil and Environmental Engineering, Shiraz University of Technology, Iran
چکیده [English]

Earthquake-induced cyclic shear stresses may lead to a remarkable loss of shear strength, accumulation of pore water pressure, and permanent large amplitude deformations in granular soils. The technical term liquefaction is commonly attributed to the family of phenomena named above. Liquefaction of clean sands has been studied extensively in the laboratory, and in past, it used to be believed that the presence of non-plastic fines in coarse granular soils definitely eventuates in strengthening the soil structure against liquefaction. Nevertheless, Yamamuro and Lade [1] revealed that the majority of the catastrophic liquefaction case histories have occurred in natural and man-made silty sand alluvia. Surprisingly, the latest experimental studies have pointed out that the silty sands are very prone to flow liquefaction instability under both monotonic and cyclic shear loading scenarios. In this subject, adding non-plastic fines up to a transitional threshold within the range of 30 to 40% by weight of the total solid phase leads to a gradual decrease in both shear strength and tendency towards dilation. More recent experimental studies have reported the gradual downward relocation of the Critical State Line (CSL) with fines content in void ratio vs. mean principal effective stress (i.e., e vs. p) plane for fines contents lower than the threshold value [2, 3]. Downward relocation of the CSL within the context of the critical state soil mechanics can explain the continuing decrease in shear strength and the tendency towards the contraction observed in silty sands.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Silty Sand
  • Intergranular Void Ratio
  • Critical State
  • State Paramater
  • Bounding Surface Plasticity
  • Liquefaction