بررسی تاثیر شکست ذرات، تنش همه جانبه و شکل ذرات بر رفتار مکانیکی مصالح دانه ای

عامل های مختلفی می تواند منجر به تغییراتی در خصوصیات مکانیکی محیط های دانه ای شود. در پژوهش حاضر، شکست ذرات و حالت های مختلف آن، شکل ذرات و تنش محصورکننده ی وارد شده به نمونه ذرات به عنوان سه عامل تاثیرگذار بر رفتار مصالح دانه ای مورد بررسی قرار گرفته اند. این عامل ها ابتدا از طریق نتایج داده های تجربی و سپس، با کمک روش اجزای مجزا (dem) مطالعه شده اند. به این منظور، مدلی جهت شبیه سازی دوبعدی شکست ذرات برای سه شکل مختلف از ذرات (مثلثی، مربعی و شش ضلعی) ساخته شده است. در شبیه سازی ها، هر ذره شامل دو یا چند ریزذره است که توسط فنر به هم متصل اند. پارامترها برای شبیه سازی ذرات کوارتز در نظر گرفته شده اند. شکست ذرات در روند مدلسازی عددی زمانی به وقوع می پیوندد که اتصال بین دو ریزذره بشکند. این مدل، مطالعه بر روی تاثیر شکست ذرات بر رفتار مکانیکی مصالح دانه ای را برای سه شکل مختلف از ذرات که شعاع معادل مساوی با یکدیگر دارند، امکان پذیر می کند. برای هر کدام از این شکل ها، دو دسته آزمون برای نمونه ی ذرات دارای احتمال شکست و بدون احتمال شکست شبیه سازی شده و نتایج حاصل بر حسب تنش انحرافی و تراکم پذیری نسبت به کرنش محوری برای تنش های محصورکننده ی 5/0، یک، دو و چهار مگاپاسکال مقایسه می شوند. سپس، تاثیر پدیده ی شکست بر رفتار مکانیکی نمونه ذراتی با شکل های مختلف بررسی می گردد. بر طبق بررسی نتایج شبیه سازی ها مشاهده می شود که شکست ذرات اثر قابل توجهی بر رفتار مصالح دانه ای دارد. از جمله این که شکست ذرات باعث کاهش تنش های انحرافی نمونه ذرات دانه ای می شود. علاوه بر این، شکست ذرات منجر به افزایش تراکم پذیری نمونه می شود. از طرفی، شکل ذرات تاثیر مهمی بر رفتار محیط های دانه ای دارد. برای مثال با کاهش تعداد گوشه های ذرات تشکیل-دهنده ی مجموعه ذرات، مقاومت برشی مجموعه بیشتر و رفتار اتساعی ذرات کمتر می شود. همچنین، تنش همه جانبه ی بزرگتر منجر به افزایش تنش انحرافی و کاهش اتساع مجموعه های شامل ذرات با شکست و بدون شکست می گردد. در تنش های همه جانبه بالاتر، درصد شکست ذرات بیشتر می شود. در صورتی که ذرات تشکیل دهنده ی نمونه ها امکان شکسته شدن به ریزذره های بیشتری را داشته باشند، درصد شکست ذرات و تراکم پذیری نمونه بیشتر می شود و تنش-های انحرافی کاهش می یابد. شایان ذکر است که بیشترین سهم از مقدار کل شکست ذرات در مجموع مراحل شبیه-سازی عددی (تراکم همه جانبه و آزمون دومحوری) مربوط به شکست از نوع برشی و کمترین سهم مربوط به شکست از نوع فشاری می باشد. با وجود سازگاری میان نتایج تجربی و عددی، اختلاف هایی مشاهده می شود که می توان قسمتی از آن را به علت دوبعدی بودن مدلسازی های عددی دانست. علاوه بر این، تعریف ارائه شده برای شکست در مطالعات تجربی با شبیه سازی های عددی تفاوت دارد که می تواند منجر به بروز تفاوت میان نتایج گردد.