ارزیابی عددی و آزمایشگاهی اثر دانه بندی و شکل ذرات بر رفتار مکانیکی خاک های دانه ای

با توجه به کاربرد فراوان نتایج حاصل از آزمایش سه محوری در درک رفتار مکانیکی انواع خاک ها، نیاز به مدل سازی عددی این آزمایش برای سهولت در پیش بینی رفتار خاک ها و صرفه جویی در زمان و هزینه انجام آزمون های آزمایشگاهی احساس می شود. رفتار خاک های دانه ای متاثر از شکل (هندسه) ذرات است. در این تحقیق، به منظور ارزیابی اثر دانه بندی و شکل ذرات روی ویژگی های میکروسکوپیک و ماکروسکوپیک خاک های دانه ای، شبیه سازی های سه بعدی به روش اجزای منفصل روی نمونه های ماسه ای حاوی ذرات با اشکال نزدیک به واقعیت تحت آزمایش سه محوری انجام شد. ذرات با هندسه نامنظم به کمک رویکرد خوشه در نرم افزار PFC3D شبیه سازی شدند. تعدادی آزمایش سه محوری زهکشی شده روی نمونه های ماسه ای حاوی ذرات گردگوشه و تیزگوشه برای کالیبراسیون شبیه سازی های عددی انجام گرفت. مشاهده شد که نتایج مدل سازی ها تطابق خوبی با نتایج تجربی دارند و روش اجزای منفصل، ابزاری قدرتمند و جدید جهت شبیه سازی رفتار خاک های دانه ای حاوی ذرات با اشکال مختلف بدون تحمیل مدل های رفتاری پیچیده است. نتایج مطالعات عددی نشان می دهد که در مقیاس ماکروسکوپیک، مقاومت برشی، مقاومت پسماند و مدول مماسی اولیه با افزایش زاویه داری و کشیدگی دانه ها، افزایش می یابد. مقاومت حداکثر و پسماند در نمونه های بد دانه بندی شده بیش از نمونه های خوب دانه بندی شده به دست آمده است. در مقیاس میکروسکوپیک نیز نتیجه می شود که ساختار توده مصالح تحت تاثیر شکل ذرات است؛ به طوری که متوسط تعداد تماس ها در نمونه ها با افزایش زاویه داری و کشیدگی در هندسه ذرات، افزایش می یابد.