مدل الاستوپلاستیسیته هیدرومکانیک برای خاک های غیر اشباع
چکیده
در این مقاله یک مدل ساختاری الاستوپلاستیسیته برای کوپلینگ رفتار هیدرولیکی و تنش-کرنش خاک غیر اشباع تحت شرایط بارگذاری همسانگرد ارائه می شود. مدل ارائه شده قادر به در نظر گرفتن نفوذ تغییرات غیر قابل جبران در کسر حجمی آب و همچنین بر رفتار تنش-کرنش و کرنش پلاستیک و رفتار هیدرولیک است. محدوده سطح و زیر بارهای چارچوب پلاستیسیته سطح به ترتیب برای توصیف رفتار هیدرولیکی و مکانیکی استفاده شده اند. قوانین مناسب سختگیرانه کوپل شده برای معرفی کامل تاثیرات کوپلینگ بین رفتار هیدرولیک تنش-کرنش هیدرولیک ارائه شده اند. پیش بینی ها مدل برای خاک های بسیار گسترده و پیش ساخته غیر اشباع با داده هایی از آزمون مقایسه و شرایط مناسب، مقایسه شده اند.
مقدمه
مدلسازی ساختاری خاک و سنگ های غیر اشباع با تلاش برای شناسایی متغیرهای تنش مناسب برای توصیف رفتار خاک های غیر اشباع از نزدیک در ارتباط است[1–3]. سه نوع روش معمولا برای شبیه سازی رفتار خاک های غیر اشباع مورد استفاده قرار می گیرد:
مفهوم کلی تنش موثر عمومی شده، دو متغیر حالت-تنش، و تئوری مخلوط. نظریه معروف تنش موثر تعمیم داده شده به طور گسترده ای در ادبیات برای توصیف رفتار خاک های غیر اشباع استفاده می شود. مدل های مبتنی بر تنش موثر به طور کلی از فرمول بیشاپ استفاده می کنند [4]. با این حال محققان متعدد (به عنوان مثال [3،5-11]) اعتبار فرمول تنش موثر بیشاپ را برای خاک های غیر اشباع زیر سؤال برده اند. در مقابل، چندین محقق (مثلا [12-19]) ثابت کرده اند که فرمول تنش موثر بیشاپ، زمانی که در یک چارچوب مناسب الاستوپلاستیسیته استفاده می شود، می تواند به راحتی در توصیف رفتار پیچیده ای از خاک های غیر اشباع، مانند پدیده فروپاشی بر مرطوب شدن موثر واقع شود.
5. نتیجه گیری های قابل توجه
مروری بر ویژگی های اصلی رفتار خاک های غیر اشباع نشان داده است که کوپلینگ رفتار هیدرولیکی و مکانیکی یکی از مشکلات اصلی برای مدل های موجود است. در این مقاله، یک مدل ساختاری الاستوپلاستیکی جدید برای شرایط بارگیری همسانگرد توسعه یافته ارائه شده است که ارزیابی کوپلینگ رفتار هیدرولیکی و مکانیکی در خاک های غیر اشباع به طور کامل تر از مدل های موجود در این مقاله ارائه شده است. این مدل در چارچوب دو متغیر تنش حالت ارائه شده است. متغیرهای تنش به صورت تنش بین دانه ای هستند و دارای مکش ماتریک هستند که به ترتیب با افزایش نرخ رشد کرنش و کاهش بخش حجمی آب همراه هستند.
Abstract
This paper presents an elastoplastic constitutive model for the coupling of hydraulic and stress–strain behavior of unsaturated soils under isotropic loading conditions. The proposed model is capable of considering the influence of irrecoverable changes in water volume fraction on stress–strain behavior and plastic strain on hydraulic behavior. Bounding surface and subloading surface plasticity frameworks are employed to describe hydraulic and mechanical behavior, respectively. The appropriate coupled hardening rules are introduced to fully describe the coupling effects between hydraulic and stress–strain behavior. Model predictions for unsaturated highly expansive and collapsible soils are compared with test data, and reasonable agreement is achieved.
1. Introduction
The constitutive modeling of unsaturated soils and rocks has been closely linked with efforts to identify the relevant stress variables describing the behavior of unsaturated soils (e.g. [1–3]). Three types of approaches are commonly used to simulate unsaturated soil behavior: the generalized effective stress concept, two stress-state variables, and the theory of mixture.
The so-called generalized effective stress theory has been widely used in the literature to describe the behavior of unsaturated soils. Effective stress-based models generally use Bishop’s formula [4]. However, numerous researchers (e.g. [3,5–11]) have questioned the validity of Bishop’s effective stress formula for unsaturated soils. In contrast, several investigators (e.g. [12–19]) have proven that Bishop’s effective stress formula, when used within a proper elastoplastic framework, can readily describe the complex behavior of unsaturated soils, such as the phenomenon of collapse upon wetting.
5. Concluding remarks
A review of the main characteristics of unsaturated soil behavior has shown that coupling of hydraulic and mechanical behavior is one of the main difficulties for existing models. In this paper, a new elastoplastic constitutive model for isotropic loading conditions is developed that assesses the coupling of hydraulic and mechanical behavior in unsaturated soil more completely than existing models. This model is proposed in the framework of two stress-state variables. The employed stress variables are intergranular stress and matric suction, which are conjugated with the conventional strain increment and the decrement of the water volume fraction, respectively.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1. مقدمه
2. چارچوب الاستوپلاستیک کوپل شده
3. فرمول مدل ساختاری
3.1. محدوده منحنی
3.2. قوانین سخت کوپلینگ
3.3. محاسبات الاستوپلاستیک
4. مقایسه با آزمایش ها
4.1. تعیین پارامترها
4.2. خاک رس مروارید (خاک پیش ساخته)
4.3. مخلوط بنتونیت-کائولن (خاک بسیار گسترده)
5. نتیجه گیری های قابل توجه
Abstract
1. Introduction
2. Coupled elastoplastic framework
3. Constitutive model formulation
3.1. Bounding curves
3.2. Coupled hardening rules
3.3. Elastoplastic calculations
4. Comparisons with experiments
4.1. Determination of parameters
4.2. Pearl clay (collapsible soil)
4.3. Bentonite–kaolin mixture (highly expansive soil)
5. Concluding remarks
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه