مدل سازی عددی آزمایش نفوذ مخروط (cpt)

آزمایش نفوذ مخروط یکی از کاربردی ترین آزمایشات برجا می باشد که طرفداران زیادی دارد و تحت عنوان اختصاری cpt (cone penetration test) مطرح می شود. گستردگی کاربرد این آزمایش به علت اقتصادی بودن و سرعت عمل عملیات آن در مهندسی ژئوتکنیک در شناسایی لایه های خاک و ویژگی های آن باعث شده که روش های مختلف تحلیلی برای مطالعه این آزمایش بوجود آید و بنابراین بین مشخصات خاک و مقاومت نوک مخروطی روابط قابل قبولی حاصل شده است. در مطالعه حاضر ضمن استفاده از جنبه های گوناگون مطالعات محققین تاریخچه آزمایش نفوذ مخروط و تشریح انواع نفوذسنج ها و اجزاء آنها و روش آزمایش ارائه شده است. در ادامه کاربردهای اصلی آزمایش نفوذ مخروط در شناسایی لایه های خاک و مشخصات آن معرفی شده و سپس روش های تحلیل آزمایش ارائه شده و برخی نتایج آن بیان شده است. بعد از موارد مذکور روش های عددی مختلف در تعریف مسئله مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت بخش اصلی مطالعه آزمایش نفوذ مخروط به روش عددی با استفاده از نرم افزار flac 2d v4.0 بر مبنای تئوری کرنش های بزرگ و به صورت توصیف لاگرانژی اختصاص یافته است. در مطالعه حاضر از خاک رسی به صورت لایه بندی و زهکشی نشده استفاده شده و مدل سازی عددی حاضر در این مطالعه موردی توسط مصالح خاک ارائه شده بوسیله کیوسیز و برگ مورد بررسی قرار گرفت که نتیجه خوبی در بر داشت. بنابراین در این رابطه عواملی همچون مش بهینه، عمق تحت تأثیر نوک مخروط و کاربرد آن، حالت نفوذ ثابت و کاربرد آن، ارزیابی منحنی میزان های تنش ها، کاهش جداشدگی بین نفوذسنج و مصالح خاک، بهبود تغییر شکل زون های مصالح خاک در اطراف نفوذسنج، ارزیابی مقاومت نوک و اصطکاکی مورد توجه قرار گرفتند. نتایج نشان می دهند مدل بهینه مدلی است با 28000 زون که در اطراف نوک باید کوچک و به سمت مرزها بزرگ باشند. در بررسی های مقاومت نوک لازم به ذکر است که نوک مخروطی عمقی را تحت تأثیر قرار می دهد که در محاسبه مقاومت نوک تراز بعدی باید لحاظ شود و اثر آن با اضافه نمودن مقدار 25/0 مگاپاسکال به مقاومت نوک تراز بعدی اعمال می گردد. برای قرائت مقاومت نوک مخروطی سعی شده تا حالت نفوذ ثابت تا قبل از رسیدن نفوذسنج به تراز مورد نظر ایجاد شود به این معنی که 25 میلی متر نفوذ لازم است تا حالت ثابت ایجاد شود. در این مطالعه با ریز نگاه داشتن زون های اطراف نوک مخروطی جداشدگی که در تحقیق کیوسیز 35 میلی متر عنوان شده بود به 20 میلی متر کاهش یافته است. همچنین ارزیابی مقاومت نوک نشان می دهد که نمودار حاصل از مدل سازی عددی در بازه نمودارهای کمینه و بیشینه سایت قرار می گیرد. همچنین مقاومت نوک به همراه مقاومت اصطکاکی به کمک نمودارهای رابرتسون، اسلامی و فلنیوس در زون های مختلف مورد بررسی قرار گرفته و در نتیجه پروفیل خاک حاصل از کار عددی با پروفیل خاک حاصل از آزمایشات صحرایی تقریباً یک نوع پروفیل را نشان می دهد.