Performance of sand granulated rubber mixture for soil stabilization using Discrete Element Method (DEM)

Abstract

The results of a detailed analysis of the capability of numerical approach Discrete Element Method (DEM) to replicate a physical model of a sheet pile foundation in dry soil under static loads are presented in this study. Accordingly, the DEM software Particle Flow Code 2-Dimensional (ITASCA, 2019) is used to model experimental tests. Numerical model of direct shear test on clean sand and sand mixed with 10% granulated rubber has been done to calibrate the micromechanical parameters of the granular materials, such as sand and rubber particles. The particle sizes, density, interparticle friction coefficient, and contact stiffness of the discrete elements were determined and used in DEM simulations of sheet pile foundation. A total of four DEM models of the sheet pile foundation with different sand-rubber mixture backfill area were tested and analyzed in PFC2D. The loading process speed, contact stiffnesses, and porosity of the system had a significant impact on the deformation parameters of the sheet pile and lateral pressure distribution of the sand-rubber mix backfill. In this study two measurement methods were investigated. First, the measuring particles of the sheet pile particles were used, whereas the second, the measuring circles were placed behind the sheet pile foundation. The measurement circles proposed by (ITASCA, 2019) were suitable for the DEM model. Numerical outcomes showed a relative good match with the physical model. Finally, the ability of the PFC2D code as a discrete element approach in modelling of cohesionless granular material and sheet pile foundation is confirmed in this work.

Bu çalışmada, sayısal yaklaşım Ayrık Eleman Yönteminin (DEM) statik yükler altında kuru toprakta bir levha kazık temelinin fiziksel bir modelini çoğaltma kabiliyetinin ayrıntılı bir analizinin sonuçları sunulmuştur. Buna göre, deneysel testleri modellemek için DEM yazılımı Parçacık Akış Kodu 2 Boyutlu (ITASCA, 2019) kullanılır. Kum ve kauçuk parçacıkları gibi granül malzemelerin mikromekanik parametrelerini kalibre etmek için% 10 granül kauçuk ile karıştırılmış temiz kum ve kum üzerinde doğrudan kesme testinin sayısal modeli yapılmıştır. Sac kazık temelinin DEM simülasyonlarında ayrık elemanların partikül boyutları, yoğunluğu, parçacıklar arası sürtünme katsayısı ve temas sertliği belirlenmiş ve kullanılmıştır. PFC2D'DE farklı kum-kauçuk karışımı dolgu alanına sahip sac kazık temelinin toplam dört DEM modeli test edilmiş ve analiz edilmiştir.Sistemin yükleme işlem hızı, temas sertlikleri ve gözenekliliği, sac kazığın deformasyon parametreleri ve kum-kauçuğun yanal basınç dağılımı üzerinde önemli bir etkiye sahipti dolguyu karıştırın. Bu çalışmada iki ölçüm yöntemi araştırılmıştır. İlk olarak, tabaka kazık parçacıklarının ölçüm parçacıkları kullanılmış, ikincisi ise ölçüm çemberleri tabaka kazık temelinin arkasına yerleştirilmiştir. (ITASCA, 2019) tarafından önerilen ölçüm çevreleri DEM modeli için uygundu. Sayısal sonuçlar fiziksel modelle göreceli olarak iyi bir eşleşme gösterdi. Son olarak, PFC2D kodunun, kohezyonsuz granül malzeme ve tabaka kazık temelinin modellenmesinde ayrı bir eleman yaklaşımı olarak kabiliyeti bu çalışmada doğrulanmıştır.