مطالعه عددی رفتار ناهمسان ماسه در شرایط زهکشی شده

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد ژئوتکنیک، ﮔﺮوه مهندسی ﻋﻤﺮان، مرکز آموزش عالی فنی مهندسی بوئین زهرا

2 گروه مهندسی عمران، مرکز آموزش عالی فنی مهندسی بوئین زهرا، بوئین زهرا، قزوین، ایران

3 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران

4 دانش آموخته دکتری دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

در این تحقیق روشی ساده و عملی برای مدلسازی عددی رفتار ناهمسان ماسه در شرایط زهکشی شده ارائه شده است. با بهره‌گیری از نرم‌افزار ABAQUS، آزمایش پیچش استوانه توخالی مدل‌سازی شده است. برای معرفی مصالح، مدل رفتاری دراکر-پراگر توسعه یافته با کپ به عنوان یکی از مدل‌های رایج انتخاب شده است. با استفاده از سابروتینUSDFLD و کدنویسی به زبان Fortran در نرم‌افزار ABAQUS ناهمسانی در پارامترهای مقاومتی و سختی خاک به صورت تابعی از زاویه تنش‌های اصلی به نرم‌افزار معرفی شده است. این روش امکان تخصیص پارامتر‌های مستقل را برای هر جز از خاک با توجه به شرایط و زاویه تنش‌های اصلی فراهم می‌سازد. مسیر تنش مشابه سه محوری فشاری با تغییر زاویه تنش-های اصلی و نسبت تنش‌های میانی به نمونه استوانه توخالی اعمال و کارآیی مدل عددی در شرایط بارگذاری مختلف بررسی شده است. مقایسه نتایج حاصل از مد‌ل‌سازی عددی با نتایج آزمایشگاهی نشان دهنده تطابق مناسب نتایج تحلیل عددی با نتایج آزمایشگاهی و کارآیی روش مورد استفاده برای در نظر گرفتن ناهمسانی خاک در مدل‌های عددی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical investigation of the anisotropic behavior of the sand in drained condition

نویسندگان [English]

  • Mohamad Javad Saffarian 1
  • Hadi Mohamadzadeh Romiani 2
  • Hamidreza Razeghi 3
  • Reza Zakeri 4
  • Hamed Abdeh Keykha 2
1 M.Sc. Student of Geotechnical Engineering of Buein Zahra Technical University, Buein Zahra, Iran
2 Department of Civil Engineering of Buein Zahra Technical University, Buein Zahra, Qazvin, Iran
3 Associate Prof,, Faculty of Civil Engineering of Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
4 PhD Civil Engineering Faculty K.N. Toosi University of Technology
چکیده [English]

The behavior of natural soils is often anisotropic. But in practice, the mechanical behavior of soils is usually assumed to be isotropic. In recent years, various constitutive models have been developed that incorporate the anisotropic behavior of soils. But most of these constitutive models cannot take into account all aspects of anisotropy. On the other hand, these models are mostly complex and several parameters are needed to be determined to define the model. Therefore, using these models in practical matters is difficult. In this study, a simple method is presented to study the anisotropic behavior of sands in drained condition. Hollow cylinder torsion tests are modeled using commercial finite element software ABAQUS. The Modified Drucker−Prager/Cap constitutive model is used to define the soil characteristics. This constitutive model is a practical model which is widely used in numerical analyses of geotechnical problems, assuming that the soil has an isotropic behavior. In order to study the effect of soil anisotropy on the shear strength and stress-strain behavior, USDFLD subroutine is used in ABAQUS software. A new subroutine, called USDANISO, was also developed that links soil mechanical parameters to the major principal stress direction in each element, separately. Therefore, when analyzing the model, soil parameters in different soil elements can change as the major principal stress direction rotates. The hollow cylinder geometry is modeled in ABAQUS software and different combinations of shear and normal stresses are applied to investigate the behavior of modeled samples under the principal stresses with different directions. In the numerical model, stress paths similar to experimental studies (hollow cylinder torsion tests), including different values of intermediate principal stress ratio, are applied to study the anisotropic behavior of soil. The results of numerical modeling are compared with the experimental results of hollow cylinder torsion tests. The obtained results show appropriate agreement with experimental studies. Nevertheless, the method, described in this study, can be an efficient and practical method to consider the effect of major principal stress direction and intermediate principal stress ratio on the mechanical behavior of sand in drained condition.

کلیدواژه‌ها [English]

  • anisotropy
  • principal stress direction
  • hollow cylinder torsion test
  • Abaqus
  • USDFLD subroutine