ارزيابي عددي و آزمايشگاهي اثر دانه بندي و شكل ذرات بر رفتار مكانيكي خاك هاي دانه اي

با توجه به كاربرد فراوان نتايج حاصل از آزمايش سه محوري در درك رفتار مكانيكي انواع خاك ها، نياز به مدل سازي عددي اين آزمايش براي سهولت در پيش بيني رفتار خاك ها و صرفه جويي در زمان و هزينه انجام آزمون هاي آزمايشگاهي احساس مي شود. رفتار خاك هاي دانه اي متأثر از شكل (هندسه) ذرات است. در اين تحقيق، به منظور ارزيابي اثر دانه بندي و شكل ذرات روي ويژگي هاي ميكروسكوپيك و ماكروسكوپيك خاك هاي دانه اي، شبيه سازي هاي سه بعدي به روش اجزاي منفصل روي نمونه هاي ماسه اي حاوي ذرات با اشكال نزديك به واقعيت تحت آزمايش سه محوري انجام شد. ذرات با هندسه نامنظم به كمك رويكرد خوشه در نرم افزار PFC3D شبيه سازي شدند. تعدادي آزمايش سه محوري زهكشي شده روي نمونه هاي ماسه اي حاوي ذرات گردگوشه و تيزگوشه براي كاليبراسيون شبيه سازي هاي عددي انجام گرفت. مشاهده شد كه نتايج مدل سازي ها تطابق خوبي با نتايج تجربي دارند و روش اجزاي منفصل، ابزاري قدرتمند و جديد جهت شبيه سازي رفتار خاك هاي دانه اي حاوي ذرات با اشكال مختلف بدون تحميل مدل هاي رفتاري پيچيده است. نتايج مطالعات عددي نشان مي دهد كه در مقياس ماكروسكوپيك، مقاومت برشي، مقاومت پسماند و مدول مماسي اوليه با افزايش زاويه داري و كشيدگي دانه ها، افزايش مي يابد. مقاومت حداكثر و پسماند در نمونه هاي بد دانه بندي شده بيش از نمونه هاي خوب دانه بندي شده به دست آمده است. در مقياس ميكروسكوپيك نيز نتيجه مي شود كه ساختار توده مصالح تحت تأثير شكل ذرات است؛ به طوري كه متوسط تعداد تماس ها در نمونه ها با افزايش زاويه داري و كشيدگي در هندسه ذرات، افزايش مي يابد.