English
Język Polski
Eksperymentalne badanie dynamicznego zachowania piasku pylastego
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2021.136484Abstrakt
Artykuł obejmuje edometryczne badania eksperymentalne z wykorzystaniem techniki pręta Hopkinsona do określenia zarówno dynamicznego zachowania jak i zmian struktury dla próbek wybranego ośrodka gruntowego o różnej wilgotności poddanych oddziaływaniu dynamicznemu. Do badania wzięto piasek pylasty (siSa) o zawartości frakcji drobnych fi+fπ = 20,46%. W celu zapewnienia wystąpienia jednoosiowego stanu odkształcenia badanej próbki gruntu umieszczono ją w odpowiednio przygotowanej duraluminiowej osłonie pierścieniowej. Dzięki zastosowaniu tensometrów pomiarowych na prętach inicjującym oraz transmitującym, jak również osłonie zarejestrowano różne impulsy, które następnie poddano procesowi filtracji i obróbki danych, tak aby otrzymać obrazy propagacji sprężystych fal w prętach pomiarowych i w osłonie. Wykorzystując odpowiednie równania oraz zależności zmodyfikowanej metody Kolsky'ego dla trójwymiarowego stanu naprężenia w badanej próbce określono eksperymentalne zależności charakteryzujące zachowanie się próbek gruntu o różnej wilgotności: naprężenie ϭ(t), odkształcenie ε(t) oraz prędkość odkształcenia έ(t) w funkcji czasu. Na tej podstawie uzyskano krzywe ściskania dynamicznego dla różnej wilgotności próbek gruntu pylastego z określonymi wartościami początkowego dynamicznego edometrycznego modułu oraz lokalnych maksymalnych naprężeń plastycznych i odpowiadających im odkształceń. Podczas powyższych eksperymentów dynamicznych z próbkami gruntów typu piasku pylastego zaobserwowano, że jego dynamiczne zagęszczenie przy dużej szybkości odkształcania jest inne niż w przypadku testu Proctora. Wynika to z większej energii zagęszczania, która dodatkowo powoduje zmianę uziarnienia poprzez niszczenie ziaren w strukturze. W pracy przedstawiono wyniki analizy zmian uziarnienia dla dwóch różnych rodzajów próbek gruntu - tego typu analizy są unikalne. W związku z tym należy kontynuować eksperymenty dla takich gruntów o różnych granulacjach i różnej wilgotności, stosując technikę prętów pomiarowych Hopkinsona, w celu potwierdzenia opisanego zjawiska w innych gruntach typu piasku pylastego, które często są podłożem gruntowym dla różnych obiektów inżynieryjnych.Bibliografia
[1] Field, J. E., Walley, S.M., Proud, W. G., Goldrein, H. T. and Siviour, C. R. (2004). “Review of experimental techniques for high rate deformation and shock studies”. International Journal of Impact Engineering, 30(7): 725-775.
[2] An, H.M. and Liu, L. (2019). “Numerical study of dynamic behaviors of concrete under various strain rates”. Archives of Civil Engineering, LXV(4): 21-36.
[3] Felice, C.W., Gaffney, E.S., Brown, J.A. and Olsen, J.M. (1987). “Dynamic high stress experiments on soil”. Geotech. Test. J., 10: 192-202.
[4] Charlie, W.A., Ross, C.A. and Pierce, S.J. (1990). “Split-Hopkinson pressure bar testing of unsaturated sand”. Geotech. Test. J., 13: 291-300.
[5] Bragov, A.M., Gandurin, V.P., Grushevskii, G.M. and Lomunov, A.K. (1995). “New potentials of Kolsky's method for studying the dynamic properties of soft soils”. J. Appl. Mech. Tech. Phys., 36: 476-481.
[6] Bragov, A.M., Grushevsky, G.M. and Lomunov, A.K. (1996). “Use of the Kolsky method for confined tests of soft soils”. Experimental Mechanics, 36: 237-242.
[7] Bragov, A.M., Lomunov, A.K., Chmielewski, R. and Kruszka, L. (2002). „Study of dynamic properties of selected soils at high rate of loading (in Polish)”. Biuletyn WAT, LI: 59-72.
[8] Bragov, A.M., Lomunov, A.K., Sergeichev, I.V., Tsembelis, K. and Proud W.G. (2008). “Determination of physicomechanical properties of soft soils from medium to high strain rates”. International Journal of Impact Engineering, 35: 967-976.
[9] Martin, B.E., Chen, W., Song, B. and Akers, S.A. (2009). “Moisture effects on the high strain-rate behavior of sand”. Mech. Mater., 41: 786-798.
[10] Song, B., Chen, W. and Luk, V. (2009). “Impact compressive response of dry sand”. Mech. Mater, 41: 777-785.
[11] Huang, S., Chen, R. and Xia, K.W. (2010). “Quantification of dynamic tensile parameters of rocks using a modified Kolsky tension bar apparatus”. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2(2): 162-168.
[12] Luo, H., Lu, H., Cooper, W.L. and Komanduri, R. (2011). “Effect of mass density on the compressive behavior of dry sand under confinement at high strain rates”. Experimental Mechanics, 51: 1499-1510.
[13] Omidvar, M., Iskander, M. and Bless, S. (2012). “Stress-strain behavior of sand at high strain rates”. International Journal of Impact Engineering, 49: 192-213.
[14] Xia, K. and Yao, W. (2015). “Dynamic rock tests using split Hopkinson (Kolsky) bar system - A review”. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 7(1): 27-59.
[15] Li, M., Mao, X., Cao, L. and Pu, H. (2017). “Influence of Heating Rate on the Dynamic Mechanical Performance of Coal Measure Rocks”. International Journal of Geomechanics, 17(8).
[16] Lv, Y., Liu, J. and Xiong, Z. (2019). “One-dimensional dynamic compressive behavior of dry calcareous sand at high strain rates”. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 11(1): 192-201.
[17] Wen, S., Zhang, C., Chang, Y. and Hu, P. (2019). “Dynamic compression characteristics of layered rock mass of significant strength changes in adjacent layers”. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 12(2): 353-365.
[18] Xu, J., Kang, Y., Wang, Z. and Wang, X. (2020). “Dynamic Mechanical Behavior of Granite under the Effects of Strain Rate and Temperature”. International Journal of Geomechanics, 20(2).
[19] Wang, Z. and Lu, Y. (2003). “Numerical analysis on dynamic deformation mechanism of soils under blast loading”. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 23: 705-714.
[20] An, J. (2010). “Soil behavior under blast loading”. Ph.D. dissertation, University of Nebraska.
[21] An, J., Yuan, C. Y., Cheeseman, B. A. and Gazonas, G. A. (2011). “Simulation of Soil Behavior under Blast Loading”. International Journal of Geomechanics, 11(4).
[22] Anderson, C.E., Behner, T., Weiss, C.E., Chocron, S. and Bigger R.P. (2010). “Mine blast loading: experiments and simulations”, Southwest Research Institute, Report 18.12544/011.
[23] Windisch, E.J. and Yong, R.N. (1970). “The Determination of soil strain-rate behavior beneath a moving wheel”. Journal of Terramechanics, 7(1): 55-67.
[24] Gu, Q. and Lee, F.H. (2002). “Ground response to dynamic compaction of dry sand”. Geo-technique, 52(7): 481-493.
[25] Holscher, P. and van Tol, F. (2009). “Rapid load testing on piles”. Balkema: CRC Press, Taylor and Francis Group.
[26] Hopkinson, J. (1872). “On the rupture of iron wire by a blow”. Proc. Manchester Literary Philosophical Society, 11: 40-45.
[27] Hopkinson, J. (1872). “Further experiments on the rupture of iron wire”. Proc. Manchester Literary Philosophical Society, 11: 119-121.
[28] Hopkinson, B. (1914). “A method of measuring the pressure produced in the detonation of high explosives or by the impact of bullets”. Phil. Trans. R. Soc. Lond., A213: 437-456.
[29] Kolsky, T.E. (1949). “An investigation of the mechanical properties of materials at very high rates of loading”. Proc. Phys. Soc., B62: 676.
[30] Guo, X., Sow, C-T., Khalil, C., Heuzé, T. and Racineux, G. (2019). “Material constitutive behavior identification at high strain rates using a direct-impact Hopkinson device.” 7th International Conference on High Speed Forming (ICHSF) Germany 2016.
[31] Couque, H. (2014). “The use of the direct impact Hopkinson pressure bar technique to describe thermally activated and viscous regimes of metallic materials.” Philosophical transactions of the Royal Society A,. 372, 2023.
[32] Semblat, J-F., Luong, P.M. and Gary, G. (1999). “3D-Hopkinson Bar: New Experiments for Dynamic Testing on Soils.” Soils and Foundations, 39: 1-10.
[33] Bragov, A.M., Lomunov, A.K., Konstantinov, A.Yu., Lamzin, D.A., Balandin, Vl.Vl. (2016). “Estimation of radial strain of specimen on the basis of the theoretical and experimental analysis of a technique dynamic tests of materials in a rigid ferrule (in Russian).” Problems of Strain and Plasticity Journal, 78 (4): 378-387.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
