مدلسازی رفتار خاک یخ‌زده در چرخه‌های انجماد/ذوب با تاکید بر پارامترهای عمق و نرخ تغییرات دما

مطالعه حاضر به بررسی رفتار مکانیکی خاک‌های یخ‌زده تحت تاثیر چرخه‌های متناوب انجماد/ذوب با استفاده از مدل رفتاری قریشیان امیری (2016) پرداخته است. این تحقیق با به کارگیری روش اجزای محدود در نرم‌افزار پلکسیس، تاثیر پارامترهای کلیدی شامل عمق نمونه و نرخ تغییرات دمایی را بر پاسخ حجمی خاک مورد تحلیل قرار داده است. نتایج نشان می‌دهد که خاک در طول چرخه‌های حرارتی از الگوی رفتاری پیچیده‌ای پیروی می‌کند که شامل فازهای انقباض الاستیک اولیه، تورم ناشی از تفکیک یخ و تحکیم پلاستیک در مرحله ذوب می‌باشد. بررسی‌ها حاکی از آن است که لایه‌های سطحی در مقایسه با عمق میانی، تغییرات کرنشی شدیدتری را تجربه می‌کنند و افزایش زمان چرخه‌های حرارتی منجر به کاهش دامنه بالازدگی و افزایش نشست باقی‌مانده می‌گردد. مدل مورد استفاده که بر اساس تئوری تنش فاز جامد و مکش برودتی توسعه یافته است، توانسته رفتار غیرخطی خاک را تحت شرایط مختلف دمایی به خوبی شبیه‌سازی نماید. یافته‌های این تحقیق می‌تواند مبنای مناسبی برای طراحی‌های ژئوتکنیکی در مناطق سردسیر و همچنین توسعه مدل‌های عددی آینده فراهم آورد. نتایج به دست آمده اهمیت در نظر گرفتن اثرات عمق و نرخ تغییرات دما را در ارزیابی پایداری سازه‌های احداث شده بر روی خاک‌های مستعد انجماد مورد تاکید قرار می‌دهد.

modeling the behavior of frozen soil under freeze/thaw cycles with emphasis on depth and temperature change rate parameters

the present study investigates the mechanical behavior of frozen soils subjected to freeze/thaw cycles using the ghoreishian amiri (2016) constitutive model. employing the finite element method in the plaxis software،this research analyzes the effects of key parameters،including sample depth and temperature change rate،on the volumetric response of the soil. the results indicate that the soil exhibits a complex behavioral pattern during thermal cycles،consisting of initial elastic contraction،frost heave due to ice segregation،and plastic consolidation during the thawing phase. the findings reveal that surface layers experience more severe strain variations compared to intermediate depths،and increasing the duration of thermal cycles leads to a reduction in heave amplitude and an increase in residual settlement. the adopted model،which is based on the theory of solid phase stress and cryogenic suction،successfully simulates the nonlinear behavior of the soil under various thermal conditions. the outcomes of this study can serve as a reliable basis for geotechnical designs in cold regions and the development of future numerical models. the obtained results highlight the importance of considering the effects of depth and temperature change rates in assessing the stability of structures built on frost susceptible soils.