Investigation of the sand porosity via oedometric testing

Abstract

Investigation of the porosity of Klaipeda sand by oedometric test is presented. The Klaipeda sand is typical Baltic see-shore sand consisting of grains the average diameter of which varies from 1.18 mm to 0.3 mm. Variation of the porosity during oedometric compression of the whole mixture of the sand and of three separate fractions were investigated experimentally. Porosity was characterised by the maximal (initial) and minimal (after compression) values of the void ratio. It was proved experimentally that porosity of the sand mixture is practically predicted by the coarse-grained fraction with grain diameters ranging between 1.18 mm and 0.6 mm. The role of microstucture in the densification mechanism is explained by employing the discrete element method simulations. The spherical particles and commercial EDEM code were used for modelling purposes. Discrete element method simulations confirmed generally the macroscopic experimental results and yielded additional data on microscopic behaviour. The non-smooth deformation behaviour was observed during detailed numerical time-history analysis. The detected instabilities are explained by rearrangement of the sand grains.

Klaipėdos smėlio poringumo tyrimai odometru. Klaipėdos smėlis yra tipiškas Lietuvos pajūrio smėlis, kurio dalelių skersmuo yra nuo 1,18 mm ir 0,3 mm. Odometriniu testu eksperimentiškai tirtas smėlio ir atskirtųjų trijų jo frakcijų poringumo kitimas. Poringumo pokyčius apibūdina pradinis ir galutinis (suspaudus) poringumo koeficientai. Eksperimentiškai nustatyta, kad smėlio poringumą praktiškai lemia didžiausia jo frakcija, kurios dalelių skersmuo kinta tarp 1,18 mm ir 0,6 mm. Mikrostruktūrinis smėlio tankėjimo mechanizmas nagrinėtas panaudojant modeliavimą diskrečiųjų elementų metodu (DEM). Modeliavimui pasirinktos sferinės formos dalelės, o skaičiavimai atlikti komerciniu paketu EDEM. Modeliavimas diskrečiųjų elementų metodu patvirtino eksperimentinius rezultatus ir suteikė papildomos informacijos apie smėlio elgseną mikrolygmeniu. Skaitiniai rezultatai atskleidė netolydųjį deformavimo pobūdį, o nustatytus elgsenos nestabilumus lėmė smėlio dalelių erdvinė pertvarka.