نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

ارائه یک مدل رفتاری یکپارچه ناهمسانگرد برای شبیه‌سازی رفتار سنگ‌های نرم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 تهران- نارمک جنوبی- خیابان رجب بلوکات- بن بست نسیم- پلاک 2- طبقه اول
2 گروه مکانیک سنگ، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس
3 دانشگاه علم و فناوری نروژ
4 دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
در این مقاله از الگوی رفتاری یکپارچه ناهمسانگرد برای شبیه سازی رفتار سنگ‌های نرم استفاده شده است. در الگوی رفتاری یکپارچه ارائه شده از قانون جریان ناهمراه و مفهوم حالت بحرانی استفاده شده است. علاوه بر این، الگوی پیشنهادی براساس مفهوم سطح زیر بارگذاری برای پیش بینی رفتار انتقال نرم از حالت الاستیک به پلاستیک توسعه داده شده است. به منظور پیاده سازی مدل از روش ضمنی اویلر استفاده شده است. برای مدلسازی ناهمسانگردی از یک مدل 13 صفحه‌ای استفاده استفاده شده است که هر کدام از این صفحات دارای رفتار الاستوپلاستیک هستند. رفتار کلی خاک از محاسبه رفتار جداگانه صفحات منفرد متعدد در جهات مختلف در یک نقطه محاسبه می شود. مجموعه ای از معادلات سازنده غیر متعارف در هر صفحه به طور جداگانه استفاده شد. با استفاده از این مدل اثر ناهمسانگردی القایی مدل‌سازی می‌شود. در ادامه، 3 نمونه‌ سنگ نرم تحت بارگذاری یکنواخت در شرایط زه‌کشی شده با مدل رفتاری یکپارچه شبیه‌سازی و با داده‌های آزمایشگاهی سه محوره مقایسه شدند. برای هر کدام از آزمایش‌های انجام شده در فشارهای جانبی مختلف نمودارهای تنش انحرافی- کرنش محوری و کرنش حجمی- کرنش محوری ترسیم شد. با توجه به نتایج بدست آمده از شبیه‌سازی های عددی، رفتار کرنش نرم‌شوندگی، مقدار مقاومت حداکثر و رفتار نمونه های سنگی قبل و بعد از مقاومت حداکثر به طور قابل‌قبولی شبیه‌سازی شد. نشان داده شد که مدل توسعه داده شده را می‌توان به طور مطلوبی برای شبیه‌سازی رفتار سنگ‌های نرم استفاده کرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]    Roscoe, K. H. (1963). Mechanical behaviour of an idealised 'wet clay'. In Proc. 2nd European Conf. Soil Mech., 1963 (pp. 47-54).
[2]    Roscoe, K., & Burland, J. B. (1968). On the generalized stress-strain behaviour of wet clay.
[3]    Yu, H.S. (1998). CASM: A unified state parameter model for clay and sand. Int. J. Numer. Anal. Methods Geomech., 22(8), 621-653.
[4]    Yu, H.S. (2007). Plasticity and geotechnics (Vol. 13). Springer Science & Business Media.
[5]    Yu, H.S., Khong, C., & Wang, J. (2007). A unified plasticity model for cyclic behaviour of clay and sand. Mech. Res. Commun., 34(2), 97-114.
[6]    Yu, H.S., Zhuang, P.Z., & Mo, P.Q. (2019). A unified critical state model for geomaterials with an application to tunnelling. J. Rock Mech. Geotech. Eng., 11(3), 464-480.
[7]    Xiao, Y., Liu, H., Liu, H., & Sun, Y. (2016). Unified plastic modulus in the bounding surface plasticity model. Sci. China Technol. Sci., 59, 932-940.
[8]    Moghadam, S.I., Taheri, E., Ahmadi, M., & Ghoreishian Amiri, S.A. (2022). Unified bounding surface model for monotonic and cyclic behaviour of clay and sand. Acta Geotech., 17(10), 4359-4375.
[9]    روشن امید، طاهری احسان (1400). تاثیر ‌کرنش‌های ‌خمیری ‌بر ‌تغییر ‌شکل‌ مخازن  ‌نفتی،نشریه ی‌ علمی- پژوهشی ‌مکانیک ‌سنگ، دوره ششم، شماره اول، بهار 1401‌‌، صفحه‌‌ 1 تا 11.  
[10] Kumar, K. R., Honorio, H. T., & Hajibeygi, H. (2022). Simulation of the inelastic deformation of porous reservoirs under cyclic loading relevant for underground hydrogen storage. Scientific Reports, 12(1), 21404.
[11] Dejaloud, H., & Rezania, M. (2021). Adaptive anisotropic constitutive modeling of natural clays. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 45(12), 1756-1790.
[12] Wang, R., Cao, W., Xue, L., & Zhang, J. M. (2021). An anisotropic plasticity model incorporating fabric evolution for monotonic and cyclic behavior of sand. Acta Geotechnica, 16(1), 43–65.
[13] Rezania, M., & Dejaloud, H. (2021). BS-CLAY1: Anisotropic bounding surface constitutive model for natural clays. Computers and Geotechnics, 135, 104099.
[14] Rezania, M., & Dejaloud, H. (2022). A bounding surface constitutive model with a moving projection centre for highly overconsolidated clays. Journal Name, Volume(Issue), Page Range.
[15] Yamakawa, Y., Hashiguchi, K., Sasaki, T., Higuchi, M., Sato, K., Kawai, T., & Iguchi, T. (2021). Anisotropic subloading surface Cam‐clay plasticity model with rotational hardening: Deformation gradient‐based formulation for finite strain. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 45(16), 2321-2370.
[16] Dafalias, Y. F., & Manzari, M. T. (2004). Simple plasticity sand model accounting for fabric change effects. Journal of Engineering Mechanics, 130(6), 622-634.
[17] Gao, Z., Zhao, J., Li, X. S., & Dafalias, Y. F. (2014). A critical state sand plasticity model accounting for fabric evolution. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 38(4), 370-390.
[18] Dafalias, Y. F., & Taiebat, M. (2016). SANISAND-Z: zero elastic range sand plasticity model. Géotechnique, 66(12), 999-1013.
[19] François, B., Collin, F., Dizier, A., & Charlier, R. (2011). An extended Drucker-Prager hardening model for cross-anisotropy of soft rocks. In Proceedings of the 15th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (pp. 537-540). IOS Press.
[20] Bennett, K. C., Regueiro, R. A., & Luscher, D. J. (2019). Anisotropic finite hyper-elastoplasticity of geomaterials with Drucker–Prager/Cap type constitutive model formulation. International Journal of Plasticity, 123, 224-250.
[21] Fu, Y., Iwata, M., Ding, W., Zhang, F., & Yashima, A. (2012). An elastoplastic model for soft sedimentary rock considering inherent anisotropy and confining-stress dependency. Soils and Foundations, 52(4), 575-589.
[22] Cui, K., Hu, B., Cui, A., Li, J., Wei, E., & Zhang, Z. (2021). An extended super/subloading surface model for soft rock considering structure degradation. PLOS One, 16(10), e0258813.
[23] He, Z., Zhang, S., Teng, J., & Xiong, Y. (2017). A thermo-elastoplastic model for soft rocks considering structure. Comptes Rendus Mécanique, 345(11), 752-763.
[24] Zhang, S., Leng, W., Zhang, F., & Xiong, Y. (2012). A simple thermo-elastoplastic model for geomaterials. International Journal of Plasticity, 34, 93-113.
[25] Kang, X., Liao, H., & Leng, X. (2020). An enhanced bounding surface plasticity model for soft rock subjected to drained and undrained condition. Computers and Geotechnics, 127, 103742.
[26] Dafalias, Y. F., & Popov, E. P. (1975). A model of nonlinearly hardening materials for complex loading. Acta Mechanica, 21(3), 173-192.
[27] Hashiguchi, K. (1989). Subloading surface model in unconventional plasticity. International Journal of Solids and Structures, 25(8), 917-945.
[28] Li, X. S., & Dafalias, Y. F. (2000). Dilatancy for cohesionless soils. Géotechnique, 50(4), 449-460.
[29] Gao, Z., Zhao, J., & Yin, Z. Y. (2017). Dilatancy relation for overconsolidated clay. International Journal of Geomechanics, 17(5), 06016035.
[30] Peyman, F., & Sadrnejad, S. A. (2018). Numerical Analysis of Sand Behavior based on Modified Multi-laminate Model. International Journal of New Technology and Research, 2(8), 263445.
[31] Sadrnezhad, S., & Ghoreyshian, A. S. (2010). A simple unconventional plasticity model within the multilaminate framework.
[32] Ghoreishian Amiri, S. A. (2014). Application of the multi-laminate sub-loading surface model in the simulation of a pipe-jacking operation. Numerical Methods in Civil Engineering, 1(2), 41-47.
[33] Zeng, L., Yu, H. C., Gao, Q. F., & Bian, H. B. (2020). Mechanical behavior and microstructural mechanism of improved disintegrated carbonaceous mudstone. Journal of Central South University, 27(7), 1992-2002.
[34] Mohamadi, M., Wan, R., & Shen, Z. (2018). An elastoplastic description of frictional destructuration in natural clays and shales. Acta Geotechnica, 13, 911-924.
[35] Mohamadi, M., & Wan, R. G. (2016). Strength and post-peak response of Colorado shale at high pressure and temperature. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 84, 34-46.