Quan sát và đánh giá sự thay đổi về tính dị hướng của vật liệu dạng hạt dưới tải trọng cắt thông qua phương pháp phần tử rời rạc

Trong bài viết "Quan sát và đánh giá sự thay đổi về tính dị hướng của vật liệu dạng hạt dưới tải trọng cắt thông qua phương pháp phần tử rời rạc" các mô phỏng cắt mẫu vật liệu dạng hạt ở trạng thái rời được thực hiện thông qua phương pháp phần tử rời rạc (DEM) nhằm đánh giá ứng xử của các chúng về sức kháng cắt và sự thay đổi về cấu trúc liên kết của các phần tử bên trong mẫu vật liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Quan sát và đánh giá sự thay đổi về tính dị hướng của vật liệu dạng hạt dưới tải trọng cắt thông qua phương pháp phần tử rời rạc Hội nghị Khoa học trẻ lần 4 năm 2022 (YSC2022) – IUH Ngày 14/10/2022 ISBN: 978-604-920-156-1 YSC4F.303 QUAN SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ SỰ THAY ĐỔI VỀ TÍNH DỊ HƯỚNG CỦA VẬT LIỆU DẠNG HẠT DƯỚI TẢI TRỌNG CẮT THÔNG QUA PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ RỜI RẠC TRUNG-TRI LE*, BA-PHU NGUYEN, NHAT-PHI DOAN, VAN-NAM NGUYEN Department of Civil Engineering, Industrial University of Ho Chi Minh City * letrungtri@iuh.edu.vn Abstract. Trong bài bào này, các mô phỏng cắt mẫu vật liệu dạng hạt ở trạng thái rời được thực hiện thông qua phương pháp phần tử rời rạc (DEM) nhằm đánh giá ứng xử của các chúng về sức kháng cắt và sự thay đổi về cấu trúc liên kết của các phần tử bên trong mẫu vật liệu. Trước tiên, các mẫu được nén cố kết đẳng hướng, sau đó biến dạng cưỡng bức được áp dụng ở phương 1-3 nhằm mô phỏng điều kiện cắt không thoát nước (bảo toàn thể tích). Các kết quả chỉ ra rằng có sự tương quan chặt chẽ giữa sức kháng cắt, sự thay đổi trong tính dị hướng của cấu trúc mẫu và số lượng các liên kết trung bình của phần tử hạt trong tập hợp khi chịu tải trọng. Sau khi chạm tới trạng thái mất ổn định, sức kháng cắt giảm dần khi tiếp tục xảy ra biến dạng thì số liên kết trung bình không có sự thay đổi đáng kể. Ngoài ra, các thành phần ứng suất cố kết là một trong những nhân tố chính ảnh hưởng tới sức kháng cắt và tính dị hướng của mẫu vật liệu trong quá trình chịu tải trọng cắt. Keywords. Sức kháng cắt, tính dị hướng, phương pháp phần tử rời rạc. INVESTIGATION ON FABRIC EVOLUTION OF GRANULAR MATERIAL UNDER DIRECT SIMPLE SHEAR LOADING USING DISCRETE ELEMENT METHOD Abstract. In this study, a numerical direct simple shear test was performed using the discrete element method (DEM) to investigate the particle behaviors in terms of monotonic shear strength and the evolution of fabric of sample under shear loading. The granular samples were subjected to an isotropic compression phase at various confining stress values and then a shearing phase under constant volume conditions. The results indicated that there was a close correlation between shear strength, the change in fabric anisotropy, and coordination number during the shearing phase. After reaching an instability point, while shear strength gradually decreased, the coordination number remained relatively constant when the shear deformation increased continually. Additionally, confining pressure was the predominant effect on the shear strength and fabric anisotropy characteristics during the shearing phase. Keywords. Shear strength, fabric anisotropy, discrete element method. 1. INTRODUCTION In soil mechanics, various laboratory tests which aims to mimic the in-situ conditions of sample in laboratory have been performed to study the characteristics and behaviors of soil in terms of stress and strain observation. These include oedometric compression, uniaxial compression, monotonic/cyclic shear test, and monotonic/cyclic triaxial tests [1] - [3]. However, these ordinary stress-train test devices make it impossible to investigate the micro parameters including fabric anisotropy, rearrangement of particles and effects of shape and state of particle assemblies in terms of microstructure observation. Recently, discrete element method has been used extensively as a numerical technique to solve aforementioned difficulties and has been shown to be a strong technique used in studies to connect macro results from laboratory tests 32  2022 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Hội nghị Khoa học trẻ lần 4 năm 2022 (YSC2022) – IUH Ngày 14/10/2022 ISBN: 978-604-920-156-1 with micro characteristics of granular materials. Therefore, in this study, discrete the element method was used to get a deeper understanding of the behavior of the sample under undrained simple shear loading and the effects of evolution of fabric anisotropy on shear strength of granular materials. 2. DISCRETE ELEMENT MODELING In this study, open-source DEM Yade [4] was used to investigate the behavior and the change in microstructure of granular material under simple shear test (undrained conditions). Cubical assemblies of spheres were generated within a periodic boundary (10cm ×10 cm×10 cm) and then subjected to isotropic consolidation at 50 kPa or 100 kPa to obtain the fabric isotropy before shearing. After isotropic compression, the sample was subjected to a shearing phase to shearing velocity of 0.1 applied on the 3-1 plane. Under undrained simple shear condition, the volume of the sample was kept constant and the shear stress in 3-1 direction equals to the 31 (refers to Fig. 1 and Fig. 2). All particles were assigned a normal contact stiffness of 1e9 (N/m2), a ratio of shear (tangential) to normal stiffness of 0.25, a frictional angle of 29 degrees and the density of 1000 (kg/m3). Figure 1: Stress condition of sample under isotropic consolation (left) and simple shear (undrained) condition (right). Figure 2: Shape of granular assemblies under isotropic consolidation (left) and simple shear condition (right) by DEM modeling. 3. RESULTS AND DISCUSSIONS The typical behavior of granular samples under undrained simple shear loading is illustrated in Fig 3. After being isotropically consolidated to a target confining pressure, shear stress of all samples increased to a  2022 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 33 Hội nghị Kh ...