Relation of Particle Breakage, Energy Input and Time Effects in Granular Materials

Hamid Karimpour

In the proceedings of: GeoVancouver 2016: 69th Canadian Geotechnical Conference

Session: FUNDAMENTALS - IV Soil & Rock Mechanics

ABSTRACT: Particle breakage tests were performed on different sizes of glass beads to establish a relation between time-dependent behavior of granular materials and breakage of particles. A fair amount of scatter was observed in determination of the time-to-fracture of the glass beads. Static fatigue phenomenon was used to explain the breakage of glass beads with time at stress levels lower than their short-term loading strength. Additionally, a series of triaxial compression tests were performed under confining pressures ranging from 25 kPa to 14,000 kPa on relatively uniform samples of Virginia Beach relative breakage factor was used to quantify the amount of particle breakage that occurred during increase of confining pressure, application of deviator stress, creep and stress relaxation tests. Relation between particle breakage and energy input during the experiments were presented. The results indicated that stress level and shearing rate/time considerably affect the amount of particle breakage. A mechanistic picture based on time-dependent grain breakage (static fatigue), interparticle friction and grain rearrangement is presented that can explain time-effects in granular materials.

RÉSUMÉ: Des essais de rupture de particule furent complétés sur des billes de verre de différentes dimensions afin de développer une relation entre le comportement des matériaux granulaires en fonction du temps et la rupture des particules. La détermination de la rupture des billes de verre en fonction du temps démontre une certaine dispersion des résultats. Le phénomène de la fatigue statique fut utilisé pour expliquer la rupture des particules dans le temps lorsque celles-ci sont soumises à une contrainte inférieure à leur charge ultime. De plus, des essais de compression triaxiale, avec une pression de confinement entre 25 kPa et 14 000 kPa, furent réalisés sur des échantillons de sable «Virginia Beach» de granulométrie plutôt uniforme. La granulométrie des échantillons de sable fut déterminée à la suite de la tenue des essais de compression t déviatoriques et lors des essais de fluage et de relaxation des contraintes. La nt que le niveau de contrainte, le taux et le temps de cisaillement influencent considérablement le nombre de rupture des particules. Une relation mécanique fondée sur la rupture des particules en fonction du temps (fatigue statique), la friction et le réarrangement entre les particules est présentée. Celle-ci explique les effets du temps sur les matériaux granulaires.

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