توسعه و واسنجی یک مدل اجزا گسسته آزمون فروسنجی در خاک چسبنده

یکی از روش‌های متداول اندازه‌گیری مقاومت مکانیکی خاک، آزمون فروسنجی است. از این آزمون همچنین می توان به‌عنوان یک روش ساده برای واسنجی پارامترهای خاک در شبیه سازی با روش اجزا گسسته (dem) استفاده نمود. در این مطالعه، یک مدل اجزا گسسته برای برهمکنش فروسنج‌ با خاک لوم رسی توسعه داده شد و ارتباط بین شاخص مخروط و پارامترهای مدل اجزا گسسته با تغییر رطوبت و چگالی ظاهری خاک بررسی گردید. مدل تماسی هیبریدی فنر هیسترتیک – چسبندگی خطی برای شبیه‌سازی خاک استفاده شد. تحلیل حساسیت پارامترهای مدل نشان داد که چسبندگی، ضریب اصطکاک داخلی و استحکام تسلیم ذرات از مهم ترین پارامترهای اثرگذار بر شاخص مخروط هستند. آزمون های آزمایشگاهی با یک مخروط استاندارد با استفاده از دستگاه کشش فشار در خاک قالب گیری شده در دو رطوبت 11 و 16 درصد، هر کدام در دو سطح جرم مخصوص ظاهری 1000 و 1150 کیلوگرم بر متر مکعب انجام شد. با انطباق رابطه شاخص مخروط عمق اندازه‌گیری شده و شبیه سازی شده، مقادیری برای تنش تسلیم ذرات استخراج گردید که همبستگی بسیار قوی (0.97=r2) با بیشینه شاخص مخروط نشان داد. این نتایج با آزمون نشست صفحه‌ای در خاک نیز اعتبارسنجی شد. به‌عنوان یک نتیجه گیری کلی، آزمون فروسنجی را می توان برای واسنجی تنش تسلیم ذرات خاک در مدل اجزا گسسته به کار گرفت.

Development and Calibration of a Discrete Element Model for Penetration Test in Cohesive Soil

Cone penetration test is one of the methods widely used for measuring the soil mechanical strength. It can also be used as a simple method to calibrate soil parameters in the discrete element method (DEM) simulations. In this study, a DEM model for the interaction of a cone penetrometer with a clay loam soil was developed and the possibility of finding relationships between the cone index and the parameters of the model for different levels of moisture and soil density was investigated. A hybrid contact model, hysterical spring linear cohesion was used to simulate the soil. Sensitivity analysis of the model parameters showed cohesion, coefficient of internal friction and particle yield strength are the most important parameters affecting the cone index. Laboratory cone penetration tests using a tensioncompression loading frame were performed in remolded soil at two moisture contents of 11 and 16% each at two bulk densities of 1000 and 1150 kg m3. By fitting the measured and simulated cone index depth profiles, values ​​for particle yield strength were obtained which showed a strong correlation (R2 = 0.97) with the maximum cone index in the tested soils. The results were validated using plate sinkage test. As a general conclusion, the cone penetration test can be used to calibrate the yield strength of soil particles in the discrete element simulations.