مطالعه‌ی عددی عملکرد شمع‌های حرارتی بااستفاده از مدل‌های رفتاری ترمومکانیکی و مکانیکی

مهندسی عمران فردوسی

مقاله 4، دوره 33، شماره 3 - شماره پیاپی 31، آبان 1399، صفحه 49-68   

نوع مقاله: پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/civil.v33i3.83227

نویسندگان

علی جمالو¹؛ مهدی خداپرست^{* 1}؛ سید علی قریشیان امیری²

¹گروه مهندسی عمران، دانشگاه قم.

²دانشگاه علم و صنعت نروژ

چکیده

در سال‌های اخیر مدل‌های رفتاری متعددی برای پیش‌بینی رفتار خاک تحت اثر بارهای ترمومکانیکی ارائه شده‌است. از سوی دیگر بررسی رفتار شمع‌های حرارتی و خاک مجاور آن تحت بارهای ترمومکانیکی و بااستفاده از مدل‌های رفتاری که در آنها تغییر رفتار خاک در اثر تغییرات دما درنظر گرفته می‌شود، از اهمیت زیادی برخوردار است. در این تحقیق یک مدل رفتاری ترمومکانیکی به نرم‌افزار المان محدود آباکوس اضافه شده‌است تا از آن برای بررسی عملکرد شمع‌های حرارتی، استفاده شود. نتایج به‌دست‌آمده از مدل‌سازی عددی آزمایش سه‌محوری نشان می‌دهد که کد نوشته‌شده برای مدل رفتاری مورد نظر توانایی پیش‌بینی رفتار خاک در شرایط ترمومکانیکی را دارد. هم‌چنین نتایج به‌دست‌آمده از تحلیل شمع حرارتی بااستفاده از مدل‌های رفتاری مکانیکی دراکر-پراگر، کم‌کلی اصلاح شده و ترمومکانیکی تورچی بیانگر آن است که با‌وجود تأثیر قابل‌توجه انتخاب مدل رفتاری بر نتایج در تحلیل شمع حرارتی، تفاوتی میان انتخاب مدل رفتاری مکانیکی و ترمومکانیکی برای خاک کنار آن وجود ندارد.

کلیدواژه‌ها

شمع حرارتی؛ مدل رفتاری خاک؛ ترمومکانیک؛ اثر دما بر خاک؛ آباکوس

سایر فایل های مرتبط با مقاله

4--khodaparst-final.pdf

مراجع

1.    Saggu, R., and Chakraborty, T., "Thermomechanical Response of Geothermal Energy Pile Groups in Sand", International Journal of Geomechanics, Vol. 16(4), Pp. 040151001-13, (2016).      

2.    Xiong, Y. -l., et al., "A Unified Thermal-hardening and Thermal-softening Constitutive Model of Soils", Applied Mathematical Modelling, Vol. 74, Pp. 73-84, (2019).

3.    YAO, Y. P., and ZHOU, A. N., "Non-isothermal Unified Hardening Model: A Thermo-elasto-plastic Model for Clays", Géotechnique, Vol. 63(15), Pp. 1328-1345, (2013).

4.    Cui, Y. J., Sultan, N., and Delage, P., "A Thermomechanical Model for Saturated Clays", Canadian Geotechnical Journal, Vol. 37(3), Pp. 607-620,(2000).

5.    Chiu, S. L., "Behaviour of Normally Consolidated Clay at Elevated Temperature", University of Sydney, Sydney, Australia (1996).ا 

6.    Burghignoli, A., Desideri, A., and Miliziano, S., "Deformability of Clays under Non Isothermal Conditions", RIG, Vol. 4, Pp. 92, (1992).

7.    Cekerevac, C., and Laloui, L., "Experimental Study of Thermal Effects on the Mechanical Behaviour of a Clay", International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol. 28(3), Pp. 209-228,(2004).

8.    Moritz, L., "Geotechnical Properties of Clay at Elevated Temperatures", in SGI Rapport,  Report No. 276, Sweden (1995).  

9.    Krishnan, J. M., et al., "Thermomechanical Framework for the Constitutive Modeling of Asphalt Concrete", International Journal of Geomechanics, Vol. 6(1), Pp. 36-45, (2006).

10.  Towhata, I., et al., "Volume Change of Clays Induced by Heating as Observed in Consolidation Tests", soils and foundations, Vol. 33(4), Pp. 170-183, (1993).

11.  Robinet, J. C., et al., "A Constitutive Thermomechanical Model for Saturated Clays", Engineering Geology, Vol. 41(1), Pp. 145-169, (1996).

12.  Wang, L. Z., Wang, K. J., and Hong, Y., "Modeling Temperature-Dependent Behavior of Soft Clay", Journal of Engineering Mechanics, Vol. 142(8), Pp. 040160541-13, (2016). 

13.  Graham, J., et al., "Modified Cam-Clay Modelling of Temperature Effects in Clays", Canadian Geotechnical Journal, Vol. 38(3), Pp. 608-621, (2001).

14.  Abuel-Naga, H. M., Bergado, D. T., and Bouazza, A., "Thermally Induced Volume Change and Excess Pore Water Pressure of Soft Bangkok Clay", Engineering Geology, Vol. 89(1), Pp. 144-154, (2007).

15.  Hamidi, A., and Khazaei, C., "A Thermo-mechanical Constitutive Model for Saturated Clays", International Journal of Geotechnical Engineering, Vol. 4(4), Pp. 445-459, (2010).

16.  Hong, P. Y., et al., "On Some Advanced Thermo-mechanical Models for Saturated Clays", International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol. 37(17), Pp. 2952-2971, (2013).

17.  Hong, P. Y., et al., "A Two-surface Thermomechanical Model for Saturated Clays", International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol. 40(7), Pp. 1059-1080, (2016).

18.  Laloui, L., Nuth, M., and Vulliet, L., "Experimental and Numerical Investigations of the Behaviour of a Heat Exchanger Pile", International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol. 30(8), Pp. 763-781, (2006).

19.  Tri, N. V., et al., "Long-term Thermo-mechanical Behaviour of Energy Piles in Clay", Environmental Geotechnics, Vol. 0(0), Pp. 1-12, (2020). 

20.  Khodaparast, M., Kiani, M., and Bayesteh, H., "Numerical Study of Bearing Capacity and Consolidation Settlement of Energy Piles in Fine-grained Soils", in Energy Geotechnics, Proceedings of the 1st International Conference on Energy Geotechnics,  Pp.57, ICEGT, (2016). 

21.  Saggu, R., and Chakraborty, T., "Thermomechanical Analysis and Parametric Study of Geothermal Energy Piles in Sand", International Journal of Geomechanics, Vol. 17(9), Pp. 04017076, (2017).

22.  Ma, Q., et al.,"An Approach for Modelling Volume Change of Fine-grained Soil Subjected to Thermal Cycles", Canadian Geotechnical Journal, Vol. 54(6), Pp. 896-901, (2017).

23.  Tsetoulidis, C., Naskos, A., and Georgiadis, K., "Numerical Investigation of the Mechanical Behaviour of Single Energy Piles and Energy Pile Groups", in Energy Geotechnics, CRC Press Boca Raton, FL, USA.  Pp. 569-575,(2016).                 

24.  Di Donna, A., Rotta Loria, A. F., and Laloui, L., "Numerical Study of the Response of a Group of Energy Piles under Different Combinations of Thermo-mechanical Loads", Computers and Geotechnics, Vol. 72, Pp. 126-142, (2016).

25.  AMATYA, B. L., et al., "Thermo-mechanical Behaviour of Energy Piles", Géotechnique, Vol. 62(6), Pp. 503-519, (2012).

26.  Akrouch, G. A., Sánchez, M., and Briaud, J. -L., "Thermo-mechanical Behavior of Energy Piles in High Plasticity Clays", Acta Geotechnica, Vol. 9(3), Pp. 399-412, (2014).

27.  Nguyen, V. T., Tang, A. M., and Pereira, J.-M., "Long-term Thermo-mechanical Behavior of Energy Pile in Dry Sand", Acta Geotechnica, Vol. 12(4), Pp. 729-737, (2017).

.28  تورچی، سعید،"ارائه یک مدل رفتاری ترمومکانیکی برای خاکهای رسی غیر اشباع" پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده‌ی فنی و مهندسی ، دانشگاه خوارزمی تهران، (1392)        

29.  Sadrnejad, s. a., "Soil Plasticity and Modeling". دوم ed. tehran: k.n. toosi university of technology, pp. 285-307 (1394).