Effects of intergranular friction and grain size distributions on the initial void ratio of granular sample

Abstract

This paper investigates the influence of intergranular friction and grain size distributions on the initial void ratio of a granular sample subjected to isotropic compression loading. In the field of geomechanics, besides the loading path and evolution of microscopic properties, the initial void ratio is a crucial and key factor that governs the mechanical behavior of geomaterials. By using Discrete Element Model (DEM) performed on an idealized 2D assembly of disks, this study demonstrates that the initial void ratio can be affected by several parameters during isotropic compression stage. By varying a wide range of intergranular coefficients of friction and grain size distributions, our numerical results suggest that increasing the intergranular coefficient of friction during the isotropic compression phase leads to looser samples. Furthermore, when the diversity of grain sizes is rich, smaller grains can move and occupy voids, thereby increasing the density of the granular sample. A power-lawrelationship is then proposed that connects the minimum void ratio and the diversity degree of the sample.

Nghiên cứu ảnh hưởng của bề rộng liên kết đến ứng xử chịu cắt của đất rời rạc mô phỏng bằng phương pháp phần tử rời rạc

“…Các bước chính của phương pháp DEM có thể tóm tắt như sau [11][12][13]: (i) vật liệu được rời rạc hóa thành các phần tử rời rạc; (ii) gán các đặc trưng cơ lý cho phần tử như khối lượng, kích thước, hình dạng. Đồng thời có thể tiến hành các kỹ thuật cần thiết để mẫu đạt độ chặt mong muốn, ví dụ như hiệu chỉnh hệ số ma sát giữa các hạt, như trình bày trong [14]; (iii) gán các điều kiện biên; (iv) tính toán lực tương tác giữa các phần tử dựa trên tương tác giữa chúng và do ảnh hưởng của điều kiện biên. Sau mỗi bước tính toán, vị trí các phần tử cũng như lực tương tác giữa chúng sẽ được cập nhật lại.…”