نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

ارزیابی عوامل مؤثر بر شکست مصالح دانه‌ای با استفاده از شبیه‌سازی به روش اجزای مجزا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.
چکیده
بر اساس نتایج آزمون های آزمایشگاهی، پارامترهای گوناگونی بر رفتار مصالح دانه‌ای تأثیر دارند. در این مقاله، تأثیر تنش همه جانبه، شکل و حالت شکست دانه‌ها بر گسترش شکست ذرات در مصالح دانه‌ای موردمطالعه قرارگرفته است. برای رسیدن به این منظور، از شبیه‌سازی عددی چندین آزمون دومحوری به کمک روش اجزای مجزا استفاده می‌شود. روش های عددی علاوه بر مزایایی مانند ارزان و سریع بودن، قابلیت تمرکز بر روی یک یا چند پارامتر خاص را نیز دارند. برای هرکدام از پارامترهای موردبررسی، نتایج شبیه‌سازی‌های انجام شده به صورت منحنی‌های درصد شکست ذرات نسبت به تنش همه جانبه ترسیم می‌گردد. آزمایش‌ها برای سه شکل مختلف از ذرات (سه، چهار و شش گوشه‌ای) که دارای دو حالت شکست متفاوت (تقسیم به دو قسمت مساوی یا فرسایش گوشه‌های تیز) هستنداجرا شده‌اند. نتایج نشان می‌دهد که افزایش هر دو پارامتر تیزگوشه‌گی و تنش همه جانبه باعث گسترش شکست ذرات نمونه‌ها می‌شود. علاوه بر این، حالت شکست نیز تأثیر قابل توجهی در میزان شکست ذرات دارد. درنهایت، نتایج به دست آمده از مدل‌سازی‌های عددی با کد اجزای مجزای استفاده شده در این تحقیق با نتایج عددی و تجربی حاصل از کارهای گذشته در یک نمودار مورد مقایسه قرارگرفته است. مقایسه بین نتایج، تطابق قابل قبول بین آن‌ها را نشان می‌دهد. اختلافاتی نیز در نتایج به چشم می خورد که ممکن است ناشی از دوبعدی بودن شبیه‌سازی و همچنین تفاوت در نحوه در تعریف شکست در آزمایش‌های تجربی با عددی باشد؛ بنابراین در مجموع، استفاده از کد موردنظر برای شبیه‌سازی‌های آتی مناسب به نظر می‌رسد.
کلیدواژه‌ها

[1] Marsal, R.J. (1967). Large scale testing of rockfill materials. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division (pp. 27-43) Proceedings of the American Society of Civil Engineers.
[2] Fumagali, E., & Moscini, B. Rossi, P.P. (1970). Laboratory tests on materials and static models for rockfill dams (pp. 531 551), 10th Congress on Large Dams.
[3] Marachi, N.D., & Chan, C.K., & H.B. Bolton. (1972). Evaluation of properties of rockfill materials, J. Soil Mech. Found. Div. 98(1), 95-114.
[4] Bopp, P.A.(1994). Effect of initial relative density on instability and behavior of granular materials at high pressures, Univ. of California.
[5] Yamamuro, J.A., & Bopp, P.A., & Lade, P. V. (1996). One-dimensional compression of sands at high pressures. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE. 122(2), 109 119. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9410(1996)122:2(109)
[6] Varadarajan, A., & Sharma, K.G., & Venkatachalam, K., & Gupta, A.K. (2003). Testing and modeling two rockfill materials. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 129(3), 206 218. DOI: 10.1061/(ASCE)1090-0241(2003)129:3(206)
[7] Lade, P. V., & Yamamuro, J.A., & Bopp, P.A.( 1996). Significance of Particle Crushing in Granular Materials. Journal of Geotech. Engr., ASCE. 122(4), 309 316. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9410(1996)122:4(309)
[8] Lee, K.L., & Farhoomand, I. (1967). Compressibility and crushing of granular soil. Journal of Can. Geotech. 4(1), 68 86. DOI: 10.1139/t67-012
[9] Hagerty, M.M., & Hite, D.R., & Ulrich, C.R., & Hagerty, D.J. (1993). One-dimensional high pressure compression of granular media. Journal of Geotech. Eng. ASCE. 119(1), 1 18. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9410(1993)119:1(1)
[10] Santamarina, J.C., & Cho G.C. (2004). Soil e role of particle shape. 18(1), 114.
[11] Cho, G.C., & Dodds, J. J., & Santamarina, C. (2006). Particle Shape Effects on Packing Density , Stiffness , and Strength: Natural and Crushed Sands, Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. ASCE. 132(5), 591 602. DOI: 10.1061/(ASCE)1090-0241(2006)132:5(591)
[12] Cundall P.A.(1971). A computer model for simulating progressive, large-scale movements in blocky rock systems (pp. 129-136). Symp. ISRM, Nancy, France. Proc.
[13] Cundall, P.A. (1978). Ball A computer programto model granular media using distinct element method, Advanced Technology Group, Dams and Moore, London. Technical.
[14] Ting, J., & Khawaja, M., & Meachum, L., & Rowell, J. (1993). An ellipse-based discrete element model for granular materials. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. 17(9), 603 623. DOI: 10.1002/nag.1610170902
[15] Mirghasemi, A.A., & Rothenburg, L., & Matyas, E.L. (1997). Numerical Simulations of Assemblies of Two-Dimensional Polygon-Shaped Particles and Effects of Confining Pressure on Shear Strength, Soils and Foundations, Japanese Geotechnical Society. 37(3), 43 52. DOI: 10.3208/sandf.37.3_43
[16] Hosseininia, E.S., & Mirghasemi, A.A. (2006). Numerical simulation of breakage of two-dimensional polygon-shaped particles using discrete element method, Powder Technology(pp. 100-112). Doi:10.1016/j.powtec.2006.05.006
[17] Aminzadeh, A., & Hosseininia, E.S.(2013). A study on the effect of particle shape and fragmentation on the mechanical behavior of granular materials using discrete element method (pp. 915 918). AIP Conference Proceedings, AIP Publishing, sydney, australia. doi:10.1063/1.4812081.
[18] Hosseininia, E.S., & Mirghasemi, A.A. (2007). Effect of particle breakage on the behavior of simulated angular particle assemblies. Journal of China Particuology. 5, 328 336. Doi:10.1016/j.cpart.2007.06.005
[19] Seyedi Hosseininia, E. (2012). Discrete element modeling of inherently anisotropic granular assemblies with polygonal particles, Particuology. 130(4), 32-43. Doi:10.1016/j.partic.2011.11.015.
[20] Lobo-Guerrero, S., & Vallejo, L.E., & Vesga, L.F. (2006). Visualization of Crushing Evolution in Granular Materials under Compression Using DEM. International Journal of Geomechanics. 6(3), 195-200. DOI: 10.1061/(ASCE)1532-3641(2006)6:3(195)
 [21] Abedi, S. A, & Mirghasemi, A. (2011). Particle shape consideration in numerical simulation of assemblies of irregularly shaped particles. Particuology. 9(4), 387 397. DOI:10.1016/j.partic.2010.11.005.
[22] Al Hattamleh, O. F., & AlShalabi, H., & Al Qablan, T. Al-Rousan, (2010). Effect of grain crushing and bedding plane inclination on Aqaba sand behavior. Journal of Bull. Eng. Geol. Environ. 69, 41 49. DOI 10.1007/s10064-009-0238-6
 [23] Seyedi Hosseininia, E., & Mirghasemi, a. a. (2006). Numerical simulation of breakage of two-dimensional polygon-shaped particles using discrete element method. Powder Technology. 166, 100 112. DOI:10.1016/j.powtec.2006.05.006