عنوان پایان‌نامه
بررسی اثر شکل ذرات بر روی نتایج آزمایش برش مستقیم با استفاده از مدل‌سازی اجزاء مجزا
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - مکانیک خاک وپی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2344;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80646;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2344;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80646
- تاریخ دفاع
- ۲۹ دی ۱۳۹۵
- دانشجو
- هومن باغبان اصغری نژاد
- استاد راهنما
- علی اصغر میرقاسمی
- چکیده
- عمده مسائل ژئوتکنیکی به دو بخش کلی مسائل مقاومتی و تغییر شکل تقسیم می شوند. از این رو انجام آزمایش بر روی خاک ها برای بررسی رفتار آن ها و تعیین پارامترهای مقاومتی آن ها جزء مهمترین بخش ها در مکانیک خاک می باشد. یکی از قدیمی ترین و در عین حال پرکاربرد ترین آزمایش های تعیین پارامترهای مقاومتی خاک، آزمایش برش مستقیم می باشد. سادگی و ارزان بودن از مزیت های آزمایش برش مستقیم نسبت به سایر آزمایش های تعیین پارامتر های مقاومتی می باشند. این مزیت ها بایستی در کنار معایب اصلی این روش قرار گیرند (همانند عدم توانایی در اندازه گیری فشار آب حفره ای در آزمایش زهکشی نشده). به همین دلیل در طول تاریخ تحقیقات گسترده ای بر روی نتایج حاصل از این آزمایش صورت گرفته است یکی از کارآمدترین روش های عددی برای شبیه سازی محیط های دانه ای، روش اجزای مجزا می باشد. در این روش که اخیراً به صورت گسترده مورد استفاده قرار گرفته است، هر ذره به طور جداگانه مدل سازی می شود و با محاسبه ی نیروهای وارد بر آن و سپس انتگرال گیری از شتاب و سرعت نحوه ی حرکت ذره در مجموعه برآورد می شود. این شیوه ی محاسبات در حقیقت یک روش ایده آل برای به دست آوردن تنش ها و کرنش ها و یا نرخ تغییرات هر کدام در یک محیط دانه ای هنگامی که تحت تاثیر نیروهای خارجی قرار می گیرد، می باشد. در این تحقیق با استفاده از روش اجزای مجزا در جعبه برش مستقیم با 1000 ذره تیزگوشه ، رفتار ماکرومکانیک و میکرومکانیک مجموعه ذرات تحت اعمال برش بررسی شده است. نتایج شامل بررسی رفتار ماکرومکانیک، تغییرات چگالی تماس، شبکه نیروها، کانتور تنش ها، کانتور دوران ذرات، تغییر مکان ذرات و ناهمسانی ها می باشد. در بررسی رفتار ماکرومکانیک و میکرومکانیک مجموعه ذرات، انطباق خوبی با مطالعات انجام گرفته روی ذرات دایروی و بیضی شکل وجود دارد. با توجه به نتایج، در مجموعه ذرات با تراکم بیشتر نسبت به سایر مجموعه ذرات، چگالی تماس بیشتر می باشد و این مقدار با افزایش کرنش در همه مدل سازی ها کم می شود. همچنین شبکه نیروها و کانتورهای تنش بیانگر توزیع غیریکنواخت تنش در بین ذرات بوده و نشان می دهد با افزایش چگالی این توزیع غیریکنواخت کمتر می شود. از سویی دیگر در بررسی کانتورهای دوران و تغییر مکان ذرات مشاهده شد در مجموعه ذرات متراکم، شکل باند برشی قابل تشخیص بوده حال آنکه در مجموعه ذرات با تراکم کمتر شکل باند برشی قابل تشخیص نمی باشد. در ارتباط با ناهمسانی ها در جعبه برش مستقیم، روند تغییرات ناهمسانی ها در طول اعمال تغییر شکل برشی مورد بررسی قرار گرفت. در این بررسی ها، نشان داده شد که تنش از طریق ایجاد تماس های جدید بین ذرات در جهت تنش اصلی بزرگتر منتقل می شود و با ایجاد برش در مجموعه، ناهمسانی در مجموعه زیاد می شود تا به نقطه پیک خود برسد و سپس کاهش می یابد و در حالت بحرانی خاک از تغییرات آن کاسته می شود. در انتها به بررسی تاثیر تیزگوشگی مجموعه ذرات پرداخته شده و مشاهده می شود الزاما مجموعه با دانسیته یا چگالی تماس بیشتر، مقاومت برشی بیشتری از خود نشان نخواهد داد.
- Abstract
- Particle science and technologies is one of the most rapidly developing areas which its scope spans a range of industries to include civil engineering, chemical, environment, agriculture, food, pharmaceuticals, mineral processing, energy and etc. The main state of matter that is widely encountered in this field is the relationships between micro- and macroscopic properties of particulate granular materials. Understanding these properties in terms of interactions is the main clue leading to study the behavior of particular materials including granular soils witch play a big role in geotechnical engineering from excavation to dam or consolidation to earthquake. The geotechnical issues are divided into two main categories which are called strength and deformation problems. For this purpose, nowadays several laboratory and field testing and analyzing methods have been adapted. On the other hand, the progression of the computational technologies had actuated the engineers to utilize the computer based programming methods. In this paper, a discrete element method code has been developed to simulate direct shear test which is widely used in geotechnical engineering for determining peak and critical state strength parameters, on assemblies of two dimensional polygonal particles. The focus of this study is on micromechanical behavior and its relationships with macromechanics of particles which had been observed and analyzed. Considering a representative numerical specimens of 1000 polygon-shaped particles, responses of the assemblies are presented including coordination number, distribution of contact forces, particle stress distribution, particle rotations, particle displacement and anisotropy. The results show that the coordination number will decrease by increasing strain rate. Meanwhile, particle stress distribution and distribution of contact forces, show non-uniformity in stress distribution through particles. By a quick look at particle rotations and particle displacements, the location of shear band in dense assemblies can be easily observed. Finally, it was shown that the strength of granular assemblies, is depending on its ability to develop and spread fabric anisotropy, normal contact forces and shear contact forces. Keywords: Numerical modeling, Discrete Element Method, Direct shear test, Micromechanics, Polygonal particles
