يك مدل حالت بحراني سطح حدي براي ماسه‌ها

Application of a Critical State Model for Cyclic Loading of Sands

در بسياري از موارد بارهاي وارد به ساز‌هاي ژئوتكنيكي ماهيتي چرخه اي دارند، مثلاً بار زلزله، ترافيك، باد و موج. در اين موارد لازم است كه پاسخ خاك تحت بارگذاري چرخه اي به شكل مناسبي پيش بيني گردد. هدف از اين مقاله تعميم يك مدل رفتاري موجود براي ماسه هاي است، به گونه اي كه مدل جديد قادر به پيش بيني رفتار ماسه در بارگذاري چرخه اي باشد. مدل پايه كه با استفاده از چارچوب مكانيك خاك حالت بحراني توسعه يافته است، مي تواند رفتار مصالح را تحت دامنه ي وسيعي از فشارهاي تحكيمي و نسبت هاي تخلخل اوليه در بارگذاري تك سويه به خوبي پيش بيني كند. در مطالعه ي فعلي، از فرمول بندي پلاستيسيته‌ي سطح حدي جهت تعميم مدل و پيش بيني پاسخ چرخه‌اي ماسه‌ها استفاده مي‌شود. مدل جديد، از سطح تسليم مدل پايه به عنوان سطح حدي استفاده مي‌كند و از يك قاعدي نگاشت انحرافي براي ساخت سطح بارگذاري استفاده مي‌نمايد. به منظور پيش‌بيني مناسب رفتار ماسه در باربرداي، به خصوص پس از وقوع تغييرفاز، اصلاحاتي روي قانون جريان نسبت به مدل پايه صورت گرفته است و نهايتاً مدول سخت شوندگي جديدي نيز براي پيش‌بيني رفتار مصالح در هر دو مرحله‌ي بارگذاري و باربرداي پيشنهاد شده است. مدل جديد، در مجموع از 14 پارامتر مصالح استفاده مي‌كند. اغلب اين پارامترها داراي معناي فيزيكي مشخصي هستند و واسنجي آنها با استفاده از آزمايش‌هاي متداول آزمايشگاهي انجام مي‌شود.نهايتاً پيش‌بيني‌هاي مدل جديد با نتايج به دست آمده از آزمايش‌هاي آزمايشگاهي روي دو نوع ماسه، مقايسه شده است. اين مقايسه نشان مي‌دهد كه پيش‌بيني‌هاي مدل به صورت كمي و يا كيفي رضايت بخش است.

The purpose of the current paper is to extend a critical state constitutive model presented previously for sand behavior under monotonic loading such that it can predict behavior under cyclic loads as well. Due to the use of the critical state soil mechanics framework, the original model was able to predict sand behavior over a wide range void ratios and confining pressures, and take into account various aspects of behavior of loose and dense sands, including inherent and stress-induced anisotropies, softening and liquefaction of sands under monotonic loads. Extension of the base model for cyclic loading is accomplished through the use of bounding surface plasticity. Yield surface of the original model is used as the bounding surface of the new model, and also its loading surface using a deviatoric mapping rule. A new hardening modulus is used that enables predicting the behavior during loading and unloading. Flow rule of the original model is also modified in order to enable better prediction of the loading-unloading behavior, especially after phase transformation. Predictions based on this model showed satisfactory match with observed behavior of sands over a wide range of void ratios and confining pressures in drained and undrained monotonic and cyclic loading.