Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô phỏng số về sự sụp đổ do thấm ướt trong đất hạt rời một phần bão hòa
Tóm tắt
Sự sụp đổ do thấm ướt trong cát được nghiên cứu thông qua các thí nghiệm dưới chụp X-quang và mô phỏng DEM theo quy mô lỗ rỗng. Hai mẫu biến dạng khác nhau được quan sát tùy thuộc vào kích thước hạt trung bình: co lại theo phương thẳng đứng đối với cát thô, co lại đồng nhất đối với cát mịn hơn. Một loạt các thử nghiệm số được thực hiện để làm nổi bật vai trò của một “số cột” không có kích thước trong sự chuyển tiếp từ một chế độ biến dạng sang chế độ khác. Số cột phản ánh cường độ của các hiệu ứng trọng lực so với các hiệu ứng mao dẫn. Kết quả cho thấy sự co lại theo phương thẳng đứng xuất hiện khi số này đủ lớn (lực hấp dẫn chiếm ưu thế). Trong tất cả các trường hợp, mẫu thấm ướt có phần không đồng nhất khi nước xâm nhập vào các lỗ hở hẹp trước tiên. Điều này dẫn đến một quá trình biến dạng rất không đồng nhất ở quy mô trung gian, với sự nén chỗ và sự hình thành các khoang xảy ra đồng thời. Hiện tượng này cho thấy sự đóng góp kép của lực mao dẫn, đồng thời là lực thúc đẩy cho một số quá trình biến dạng bên trong và là lực cản cho các quá trình khác.
Từ khóa
#sụp đổ do thấm ướt #đất hạt rời #mô phỏng DEM #lực mao dẫn #biến dạng quy mô trung gianTài liệu tham khảo
Barden, L., McGown, A., Collins, K.: The collapse mechanism in partly saturated soil. Eng. Geol. 7(1), 49–60 (1973)
Lawton, E.C., Fragaszy, R.J., Hetherington, M.D.: Review of wetting-induced collapse in compacted soil. J. Geotech. Eng. 118(9), 1376–1394 (1992)
Tadepalli, R., Rahardjo, H., Fredlund, D.G.: Measurements of matric suction and volume changes during inundation of collapsible soil. Geotech. Test. J. 15(2), 115–122 (1992)
Phien-Wej, N., Pientong, T., Balasubramaniam, A.: Collapse and strength characteristics of loess in thailand. Eng. Geol. 32(1–2), 59–72 (1992)
Rao, S.M., Sridharan, A., Ramanath, K.P.: Collapse behavior of an artificially cemented clayey silt. Geotech. Test. J. 18(3), 334–341 (1995)
Sun, D., Sheng, D., Xu, Y.: Collapse behaviour of unsaturated compacted soil with different initial densities. Can. Geotech. J. 44(6), 673–686 (2007)
Zorlu, K., Kasapoglu, K.: Determination of geomechanical properties and collapse potential of a caliche by in situ and laboratory tests. Environ. Geol. 56(7), 1449–1459 (2009)
Sadek, S., Iskander, M.G., Liu, J.: Accuracy of digital image correlation for measuring deformations in transparent media. J. Comput. Civ. Eng. 17(2), 88–96 (2003)
Zhang, Y.D., Tan, T.S., Leung, C.F.: Application of particle imaging velocimetry (piv) in centrifuge testing of uniform clay. Int. J. Phys. Model. Geotech. 5(1), 15–26 (2005)
Sevi, A.F., Ge, L., Take, W.A.: A large-scale triaxial apparatus for prototype railroad ballast testing. Geotech. Test. J. 32(4), 297–304 (2009)
Moscariello, M., Cuomo, S., Salager, S.: Capillary collapse of loose pyroclastic unsaturated sands characterized at grain scale. Acta Geotech. 13, 117–133 (2017)
Fredlund, D., Morgenstern, N.: Constitutive relations for volume change in unsaturated soils. Canadian Geotech. J. 13(3), 261–276 (1976)
Alonso, E.E., Gens, A., Josa, A.: A constitutive model for partially saturated soils. Géotechnique 40(3), 405–430 (1990)
Gallipoli, D., Gens, A., Sharma, R., Vaunat, J.: An elasto-plastic model for unsaturated soil incorporating the effects of suction and degree of saturation on mechanical behaviour. Géotechnique 53(1), 123–136 (2003)
Lu, N., Godt, J.W., Wu, D.T.: A closed-form equation for effective stress in unsaturated soil. Water Resour. Res. 46(5), 1–14 (2010)
Liu, S., Sun, D.: Simulating the collapse of unsaturated soil by dem. Int. J. Numer. Anal. Methods Geomech. 26(6), 633–646 (2002)
Kim, B., Park, S., Kato, S.: Dem simulation of collapse behaviours of unsaturated granular materials under general stress states. Comput. Geotech. 42, 52–61 (2012)
Jiang, M., Li, T., Hu, H., Thornton, C.: Dem analyses of one-dimensional compression and collapse behaviour of unsaturated structural loess. Comput. Geotech. 60, 47–60 (2014)
Scholtès, L., Chareyre, B., Nicot, F., Darve, F.: Micromechanics of granular materials with capillary effects. Int. J. Eng. Sci. 47(1), 64–75 (2009). https://doi.org/10.1016/j.ijengsci.2008.07.002
Mani, R., Kadau, D., Herrmann, H.J.: Liquid migration in sheared unsaturated granular media. Granul. Matter 15(4), 447–454 (2013)
Yuan, C., Chareyre, B.: A pore-scale method for hydromechanical coupling in deformable granular media. Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 318, 1066–1079 (2017). https://doi.org/10.1016/j.cma.2017.02.024
Yuan, C., Chareyre, B., Darve, F.: Pore-scale simulations of drainage in granular materials: Finite size effects and the representative elementary volume. Adv. Water Resour. 95, 109–124 (2016). https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2015.11.018
Moscariello, M., Cuomo, S.: Wetting test and X-ray computed tomography of volcanic unsaturated sands. Géotech. Lett. 1–8 (2019). https://doi.org/10.1680/jgele.18.00200
Moscariello, M., Cuomo, S., Salager, S.: Wetting test and X-ray computed tomography of an unsaturated sand. In: Proceedings of the 7th International Conference on Unsaturated Soils, Hong Kong, 3–5 August 2018, vol. 2, pp. 771–776 (2018)
Chareyre, B., Cortis, A., Catalano, E., Barthélemy, E.: Pore-scale modeling of viscous flow and induced forces in dense sphere packings. Transp. Porous Med. 92(2), 473–493 (2012). https://doi.org/10.1007/s11242-011-9915-6
Sweijen, T., Nikooee, E., Hassanizadeh, S.M., Chareyre, B.: The effects of swelling and porosity change on capillarity: Dem coupled with a pore-unit assembly method. Transp. Porous Med. 113(1), 207–226 (2016)
Haines, W. B.: Studies in the physical properties of soil. v. the hysteresis effect in capillary properties, and the modes of moisture distribution associated therewith. J. Agric. Sci. 20 (1930) 97–116. https://doi.org/10.1017/S002185960008864X.
Mackay, A.: To find the largest sphere which can be inscribed between four others. Acta Crystallogr. Sect. A Cryst. Phys. Diffr. Theor. Gen. Crystallogr. 29(3), 308–309 (1973)
Chandler, R., Koplik, J., Lerman, K., Willemsen, J.F.: Capillary displacement and percolation in porous media. J. Fluid Mech. 119, 249–267 (1982). https://doi.org/10.1017/S0022112082001335
Wilkinson, D., Willemsen, J.F.: Invasion percolation: a new form of percolation theory. J. Phys. A Math. Gen. 16(14), 3365 (1983). https://doi.org/10.1088/0305-4470/16/14/028
Scholtès, L., Chareyre, B., Nicot, F., Darve, F.: Discrete modelling of capillary mechanisms in multi-phase granular media. Comput. Model. Eng. Sci. 52(3), 297–318 (2009)
Hager, W.H.: Wilfrid noel bond and the bond number. J. Hydraul. Res. 50(1), 3–9 (2012)
Clift, R., Grace, J.R., Weber, M.E.: Bubbles, Drops, and Particles. Academic Press, Cambridge (1978)
Khamseh, S., Roux, J.-N., Chevoir, F.: Flow of wet granular materials: a numerical study. Phys. Rev. E 92(2), 022201 (2015)
Chareyre, B.: Comment on“flow of wet granular materials: a numerical study”. Phys. Rev. E 96(1), 016901 (2017)