مقایسه دو مدل رفتاری خاک غیراشباع در تحکیم استاتیکی جهت بررسی تغییرات حجم و درجه اشباع

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه عمران ، دانشکده فنی مهندسی ،دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

چکیده

در این مقاله توانایی و عملکرد دو مدل رفتاری خاک غیراشباع مقایسه شده است. یک مدل رفتاری در چارچوب پلاستیسته کلاسیک و مدل رفتاری دیگر در چارچوب پلاستیسته تعمیم‌یافته قرار دارند. مدل‌های انتخاب شده تأثیر منحنی نگهداشت آب را بر رفتار خاک غیراشباع در نظر می‌گیرند. ابتدا برای هر مدل رفتاری برنامه‌ای در قالب زبان فرترن نوشته شد. در مرحله بعدی برنامه نوشته شده به‌وسیله داده‌های آزمایشگاهی صحت سنجی شد. در انتها، 8 مسیر تنشی- مکشی متفاوت مدل‌سازی شد تا نقاط ضعف و قوت مدل‌های رفتاری مشخص گردد. نتایج نشان داد که هر دو مدل توانایی مدل‌سازی بارگذاری در مکش ثابت، افزایش تنش تسلیم و کاهش تغییر شکل خاک با افزایش مکش را دارا هستند. در سیکل‌های خشک‌شدگی-ترشدگی، تغییرات تنش تسلیم در مدل Sun et al., 2007 نسبت به مدل EBSZ انطباق کمتری با داده‌های آزمایشگاهی دارد و مدل Sun et al., 2007 توانایی مدل‌کردن بعضی ویژگی‌های مهم خاک غیراشباع را ندارد. مدل EBSZ نمی‌تواند کاهش حجم ناگهانی (گسیختگی) خاک غیراشباع را در زمان کاهش مکش شبیه‌سازی نماید. استفاده از مدل EBSZ در تحلیل‌های تغییر شکل خاک غیراشباع ممکن است در جهت اطمینان نباشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A Comparison of Two Unsaturated Soil Constitutive Models in Static Consolidation to Investigate Change of Saturation and Volume

نویسنده [English]

  • meysam zarinfar
Department of civil engineering, Faculty of Technology and Engineering . Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
چکیده [English]

In this paper, the ability and performance of two unsaturated soil constitutive models are compared. One constitutive model is in the context of classical plasticity, and the other constitutive model is in the context of generalized plasticity. The selected models consider the effect of water retention curve on the unsaturated soil behavior. First, a program in FORTRAN language is written for each constitutive model. In the next step, the written program is validated with the experimental results. Finally, eight different suction-stress paths are modeled to identify the strengths and weaknesses of the constitutive models. The results showed that both models could simulate the loading at constant suction, increasing the yield stress and decreasing the soil deformation with an increase of suction. In drying–wetting cycles, the variation of the yield stress of the Sun et al., 2007 model is less consistent with experimental data than the variation of the yield stress of the EBSZ model, and Sun et al., 2007 Model cannot simulate some important properties of unsaturated soils. The EBSZ model cannot simulate a sudden volume reduction (failure) under decreasing suction in unsaturated soils. Using the EBSZ model in the deformation analysis of unsaturated soil may not be reliable.

کلیدواژه‌ها [English]

  • constitutive model
  • unsaturated soil
  • numerical simulation
  • plasticity

مراجع

Alonso, E. E. (1987). Special probrem soils, General Report. In: Proceedings of 9th European Conference on SMFE, Dublin, Iireland. pp. 1087-1146.
Alonso, E. E., Gens, A., & Josa, A. (1990). A constitutive model for partially saturated soils. Géotechnique, 40(3), 405-430.
Alonso, E. E., Lloret, A., Gens, A., & Yang, D. Q. (1995). Experimental behaviour of highly expansive double-structure clay. In: Proceedings of The First International Conference on Unsaturated Soils, 6-8 Sep, Paris, France. pp. 11-16.
Brooks, R. H., & Corey, A. T. (1964). Hydraulic properties of porous media and their relation to drainage design. Transactions of the ASAE, 7(1), 26-0028.
Bolzon, G., Schrefler, B. A., & Zienkiewicz, O. C. (1996). Elastoplastic soil constitutive laws generalized to partially saturated states. Géotechnique, 46(2), 279-289.
Colmenares Montanez, J. E. (2002). Suction and volume changes of compacted sand-bentonite mixtures. Ph.D. dissertation, University of London, Imperial College.
Delage, P., Vicol, T., & Suraj de Silva, G. P. R. (1992). Suction controlled testing of non-saturated soils with an osmotic consolidometer. In: Proceedings of International conference on expansive soils. Dallas, Texas. pp. 206-211.
Dineen, K. (1997). The influence of soil suction on compressibility and swelling. Ph.D. dissertation, University of London, Imperial College.
D'Onza, F., Gallipoli, D., Wheeler, S., Casini, F., Vaunat, J., Khalili, N., & Vassallo, R. (2011). Benchmark of constitutive models for unsaturated soils. Géotechnique, 61(4), 283-302.
Gallipoli, D., Wheeler, S. J., & Karstunen, M. (2003). Modelling the variation of degree of saturation in a deformable unsaturated soil. Géotechnique, 53(1), 105-112.
Gehling, W. Y. Y., Alonso, E. E., & Gens, A. (1995). Stress-path testing of expansive compacted soils. In: Proceedings of The First International Conference on Unsaturated Soils, 6-8 Sep, Paris, France. pp. 77-82.
Gens, A., Sánchez, M., & Sheng, D. (2006). On constitutive modelling of unsaturated soils. Acta Geotechnica, 1(3), 137-147.
Huang, M., & Zienkiewicz, O. C. (1998). New unconditionally stable staggered solution procedures for coupled soil‐pore fluid dynamic problems. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 43(6), 1029-1052.
Lewis, R.W., Schrefler, B.A., (1998) The Finite Element Method in the Static and Dynamic Deformation and Consolidation of Porous Media, John Wiley & Sons, 2nd edition,
Ng, C. W. W., Zhou, C., & Chiu, C. F. (2020). Constitutive modelling of state-dependent behaviour of unsaturated soils: an overview. Acta Geotechnica, 15(10), 2705-2725.
Pastor, M., Zienkiewicz, O. C., & Chan, A. (1990). Generalized plasticity and the modelling of soil behaviour. International Journal for numerical and analytical methods in geomechanics, 14(3), 151-190.
Sheng, D. (2011). Review of fundamental principles in modelling unsaturated soil behaviour. Computers and Geotechnics, 38(6), 757-776.
Sheng, D., Gens, A., Fredlund, D. G., & Sloan, S. W. (2008). Unsaturated soils: from constitutive modelling to numerical algorithms. Computers and Geotechnics, 35(6), 810-824.
Sheng, D., Sloan, S. W., & Gens, A. (2004). A constitutive model for unsaturated soils: thermomechanical and computational aspects. Computational Mechanics, 33(6), 453-465.
Santagiuliana, R., & Schrefler, B. A. (2006). Enhancing the Bolzon–Schrefler–Zienkiewicz constitutive model for partially saturated soil. Transport in porous media, 65(1), 1-30.
Sun, D. A., Sheng, D., & Sloan, S. W. (2007). Elastoplastic modelling of hydraulic and stress–strain behaviour of unsaturated soils. Mechanics of Materials, 39(3), 212-221.
Van Genuchten, M. T. (1980). A closed‐form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil science society of America journal, 44(5), 892-898.
Wheeler, S. J., Sharma, R. S., & Buisson, M. S. R. (2003). Coupling of hydraulic hysteresis and stress–strain behaviour in unsaturated soils. Géotechnique, 53(1), 41-54.
Sivakumar, V. (1993). A critical state framework for unsaturated soil. Ph.D. dissertation, University of Sheffield.
Zakaria, I. (1994). Yielding of unsaturated soil. Ph.D. dissertation, University of Sheffield.
تحقیقات آب و خاک ایران
دوره 53، شماره 8
آبان 1401
صفحه 1785-1812

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار