نویسندگان

1 دانشگاه شهید بهشتی، تهران

2 دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

در بررسی رفتار مهندسی خاک‌ها اگرچه بخش قابل‌توجهی از شرایطی که مهندسی ژئوتکنیک با آن روبرو می‌شود شامل خاک‌های غیراشباع است، با این‌حال تحلیل و طراحی به روش مرسوم با فرض شرایط محدودکننده خاک به‌صورت کاملاً خشک و یا کاملاً اشباع انجام می‌پذیرد. در خاک‌های غیر‌اشباع، پدیده موئینگی موجب ایجاد نیروهای جاذب بین ذرات می‌گردد. روش اجزا منفصل، روشی مناسب برای بررسی اثرات موئینگی است. در روش اجزاء منفصل به‌صورت پی‌در‌پی محاسبات قانون دوم نیوتن برای ذرات و قانون نیرو- جابه‌جایی در نقاط تماس ذرات صورت می‌پذیرد. در این مقاله، رفتار خاک‌های غیراشباع در رژیم پاندولی با استفاده از روش اجزا منفصل شبیه‌سازی شده است. آزمایش سه‌محوری به‌صورت دوبعدی و با درنظر گرفتن اثرات نیروی موئینگی مدل‌سازی گردیده است. نهایتاً، اثرات موئینگی بر پارامترهای ماکرو خاکدانه‌ای مدل‌سازی شده (تنش، کرنش محوری، کرنش حجمی و درصد نشانه خلاء) و پارامترهای معیار گسیختگی کولمب بررسی شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Discrete Element Method for Modeling the Mechanical Behavior of Unsaturated Granular Material

نویسندگان [English]

  • K. Tourani 1
  • . R. Mahboubi 1
  • E. Seyedi Hosseininia 2

چکیده [English]

Although a significant portion of conditions encountered in geotechnical engineering, for investigating engineering behavior of soil, involves unsaturated soils; the traditional analysis and design approach has been to assume the limiting conditions of soils being either completely dry or completely saturated. In unsaturated soils the capillary force produce attractive forces between particles. Discrete Element Method (DEM) is an appropriate tool to consider the capillary effects. The calculations performed in DEM is based on iterative application of Newton’s second law to the particles and force-displacement law at the contacts. In the present study, the behavior of unsaturated soils in pendular regime is simulated utilizing DEM. Triaxial  compression tests were modeled as two-dimensional, considering capillary force effects. Finally, capillary effects on Macro parameters of a simulated granular soil (stress, axial strain, volumetric strain and void ratio) and Mohr Coulomb failure criteria parameters were studied.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Discrete Element Method (DEM)
  • capillary force
  • pendular regime
  • Coulomb shear strength parameters
  • coordination number
1. Cundall, P. A. and Strack, O. D. L., “A Discrete Numerical Model for Granular Assemblies”, Géotechnique, Vol. 29 (1), pp. 47-65, 1979.
2. Cundall, P. A. and Hart, R. D., “Numerical Modelling of Discontinua”, Engineering Computations, Vol. 9 (2), pp. 101-113, 1992.
3. Mogami, T., “A Statistical Approach to the Mechanics of Granular Materials”, Soils and Foundations, Vol. 5 (2), pp. 26-36, 1965.
4. Bocquet, L., Charlaix, E., and Restagno, F., “Physics of Humid Granular Media”, Comptes rendu physique, Vol. 3 (2), pp. 207-215, 2002.
5. Richefeu, V., El-Youssoufi, M., and Radjai, F., “Shear Strength of Unsaturated Soils: Experiments, DEM Simulations, and Micromechanical Analysis”, 2nd International Conference on Mechanics of Unsaturated Soils, Weimar, Germany, 2007.
6. El Shamy, U., and Groger, T., “Micromechanical Aspects of the Shear Strength of Wet Granular Soils”, International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol. 32, pp. 1763-1790, 2008.
7. Hotta, K., Takeda, K., and Iinoya, K., “The Capillary Binding Force of a Liquid Bridge”, Powder Technology,Vol. 10, pp. 231-242, 1974.
8. Adams, M. J., and Perchard, V., “The Cohesive Forces between Particles with Interstitial Liquid”, Institute of Chemical Engineering Symposium, Vol. 91, pp. 147-160, 1985.
9. Zhu, H. P., Zhou, Y. Y., Yang, R. Y., and Yu, A. B., “Discrete Particle Simulation of Particulate Systems: Theoretical Developments”, Chemical Engineering Science,Vol. 62, pp. 3378-3396, 2007.
10. Butt, H. J., “Capillary Forces: Influence of Roughness and Heterogeneity”, Langmuir,Vol .24, pp. 4715-4721, 2008.
11. Israelachvili, J. N., “Intermolecular and Surface Forces”, Academic Press, London, 1992.
12. Scholtès, L., Chareyre, B., Nicot, F., and Darve, F.,“Discrete Modeling of Capillary Mechanisms in Multi-Phase Granular Media”, CMES, Vol. 1, No. 1, pp. 1-22, 2009.
13. Pitois, O., “Assemblée de Grains Lubrifiés: Elaboration D'un Système Modèle Expérimental et Etude de la loi de Contact”, Thèse de doctorat, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, Paris, 1999.
14. Mikami, T., Kamiya, H., and Horio, M., “Numerical Simulation of Cohesive Powder Behavior in a Fluidized Bed”, Chemical Engineering Science,Vol. 53(10), pp. 1927-1940, 1998.
15. Muguruma, Y., Tanaka, T., Kawatake, S., and Tsuji, Y., “Numericalsimulation of Particulate Flow with Liquid Bridge between Particles (Simulation of a Centrifugal Tumbling Granulator)”, Powder Technology, Vol. 109, pp.49-57, 2000.
16. Yang, R. Y., Zou, R. P., and Yu, A. B., “Numerical Study of the Packing of Wet Coarse Uniform Spheres”, American Institute of Chemical Engineers , Vol. 49, pp. 1656-1666, 2003.
17. Willett, C. D., Adams, M. J., Johnson, S. A., and Seville, J. P. K., “Capillary Bridges between two Spherical Bodies”, Langmuir, Vol. 16, pp. 9396-9405, 2000.
18. Lian, G., Thorton, C., and Adams, M. J., “A Theoretical Study of the Liquid Bridge Forces between two Rigid Spherical Bodies”, Journal of Colloid an Interface Science, Vol. 161, pp. 138-147, 1993.
19. Chen, Y., Zhao, Y., Gao, H., and Zheng, J. “Liquid Bridge Force between two Unequal-Sized Spheres or a Sphere and a Plane”, Particuology, Vol. 9, pp. 374-380, 2011.
20. Kraan, M., “Techniques for the Measurement of the Flow Properties of Cohesive Powders”, Ph.D Dissertation Delft University, Delf, 1996.

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی