Дилатансия (гранулированный материал) - Dilatancy (granular material)

Не путать с Дилатант.
Типичные кривые стресс -различие как функция напряжение в плотных песках.

Дилатансия изменение объема наблюдается в сыпучие материалы когда они подвергаются деформации сдвига.[1][2] Этот эффект был впервые описан с научной точки зрения Осборн Рейнольдс в 1885/1886 г. [3][4] и также известен как Дилатансия Рейнольдса.

В отличие от большинства других твердых материалов, тенденция к уплотнению плотной гранулированный материал должен расширять (увеличиваются в объеме) по мере стрижки. Это происходит потому, что зерна в уплотненном состоянии сцепляются друг с другом и, следовательно, не могут свободно перемещаться друг вокруг друга. При стрессе рычаг Между соседними зернами происходит движение, которое вызывает объемное расширение материала. С другой стороны, когда гранулированный материал начинается в очень рыхлом состоянии, он может непрерывно компактный вместо того, чтобы расширяться под действием сдвига. Образец материала называется расширяющий если его объем увеличивается с увеличением сдвига и сжимающий если объем уменьшается с увеличением сдвига.[5][6]

Дилатансия - общая черта почвы и пески. Его эффект можно увидеть, когда мокрый песок вокруг ступни человека, идущего по пляжу, кажется, высыхает. Деформация, вызванная ступней, расширяет песок под ней, и вода в песке перемещается, заполняя новое пространство между зернами.

Концепция дилатансии Рейнольдса была внедрена в область инженеры-геотехники к Питер Уолтер Роу,[7] и является частью более широкой темы механика грунта.

Феномен

Расширение образца плотного песка при простом сдвиге.

Явление дилатансии можно наблюдать в дренированном простой сдвиг испытание на образце плотного песка. В начальной стадии деформации объемная деформация уменьшается по мере того, как деформация сдвига увеличивается. Но когда напряжение приближается к своему пиковому значению, объемная деформация начинает увеличиваться. После некоторого дополнительного сдвига образец грунта имеет больший объем, чем в начале испытания.

Степень расширения сильно зависит от начальной плотности почвы. Как правило, чем плотнее грунт, тем больше объемное расширение при сдвиге. Также было замечено, что угол внутреннего трения уменьшается по мере того, как эффективный нормальный стресс уменьшается.[8]

Взаимосвязь между расширением и внутренним трением обычно иллюстрируется пилообразная модель дилатансии, где угол расширения аналогичен углу между зубьями к горизонтали. Такую модель можно использовать для вывода, что наблюдаемый угол трения равен углу расширения плюс угол трения для нулевого расширения.

Почему дилатансия важна?

Из-за дилатансии угол трения увеличивается по мере увеличения удержания, пока не достигнет пикового значения. После достижения максимальной прочности почвы угол трения резко уменьшается. В результате геотехническое проектирование откосов, оснований, туннелей и свай в таких грунтах должно учитывать возможное снижение прочности после того, как прочность грунта достигнет этого максимального значения.

Плохо / равномерно рассортированный ил от песчаного до песчаного, не являющегося пластичным, может быть связан с проблемами во время строительства, даже если он твердый. Эти материалы часто кажутся гранулированными, потому что ил настолько крупный и, следовательно, может быть описан как плотный или очень плотный. Вертикальные выемки ниже уровня грунтовых вод в этих типах почв демонстрируют краткосрочную стабильность, аналогичную многим плотным песчаным отложениям почвы, отчасти из-за Однако по мере того, как в активном клине происходит сдвиг почвы под действием сил тяжести, сила теряется, и скорость разрушения увеличивается. Это может усугубляться гидростатическими силами, развивающимися в том месте (ах), где вода (стекает и) собирается в трещинах растяжения в задней части активного клина или рядом с ней. Обычно проявляется регрессивное растрескивание, часто сопровождающееся эрозией трубопроводов / внутренней эрозией. Использование соответствующих фильтров имеет решающее значение для обращения с этими материалами; предпочтительным фильтром может быть прозрачный гравий / крупнозернистый песок размера №4 в качестве коммерческого заполнителя, который обычно легко доступен. Также подходят некоторые нетканые фильтрующие ткани. Как и для всех фильтров, необходимо проверить критерии совместимости D15 и D50.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Неддерман, Р. (2005). Статика и кинематика сыпучих материалов (В цифровой печати 1-я версия для печатных изданий. Ред.). Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN  0-521-01907-9.
  2. ^ Пуликен, Бруно Андреотти, Йоэль Фортер, Оливье (2013). Гранулированная среда: между жидкостью и твердым телом. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN  9781107034792.
  3. ^ Рейнольдс, Осборн (декабрь 1885 г.). "LVII. О дилатансии сред, состоящих из соприкасающихся твердых частиц, с экспериментальными иллюстрациями". Философский журнал. Серия 5. 20 (127): 469–481. Дои:10.1080/14786448508627791.
  4. ^ Рейнольдс, О., «Эксперименты, показывающие дилатансию, свойство зернистого материала, возможно, связанное с гравитацией», Proc. Королевский институт Великобритании, Рид, 12 февраля 1886 г.
  5. ^ Casagrande, A., Hirschfeld, R.C., & Poulos, S.J. (1964). Четвертый отчет: Исследование напряженно-деформационных и прочностных характеристик уплотненных глин. HARVARD UNIV CAMBRIDGE MA SOIL MECHANICS LAB.
  6. ^ Поулос, С. Дж. (1971). Кривые растяжения грунтов. Geotechnical Engineers Incorporated. Чикаго.
  7. ^ Роу, П. У., "Соотношение напряжение-дилатансия для статического равновесия совокупности контактирующих частиц", Труды Королевского общества A, 1962.
  8. ^ Хоулсби, Г. Т. Как дилатансия почв влияет на их поведение. Оксфордский университет, факультет инженерных наук, 1991 г.http://www.eng.ox.ac.uk/civil/publications/reports-1/ouel_1888_91.pdf