Soils are natural granular materials whose mechanical properties differ according to the size and composition of the particles, so soils exhibit an obvious scale effect. Traditional soil mechanics is based on continuum mechanics, which can not reflect the impact of particle size on soil mechanics. On that basis, a matrix-reinforcing-particle cell model is established in which the reinforcing particles are larger-diameter sand particles and the matrix comprises smaller-diameter bentonite particles. Since these two types of particles deform differently under shear stress, a new shear-strength theory under direct shear that considers the stress concentration and bypass phenomena of the matrix is established. In order to verify the rationality of this theory, a series of direct shear tests with different reinforcing particle diameter and volume fraction ratio are carried out. Theoretical analysis and experimental results showed that the interaction among particles of differing size and composition is the basic reason for the size effect of soils. Furthermore, the stress concentration and bypass phenomena of the matrix enhance the shear strength of a soil, and the volume ratio of reinforcing particles has an obvious impact on the shear strength. In addition, the newly proposed shear-strength theory agrees well with experimental values.
The rapid motion of granular material is microscopically observed, and investigated by continuum theory. From the binary collision phenomenon two different times are introduced : flying time and contact time. The former says the non -stationary motion and at a same time the variation of bulk volume. The latter is operative by a delayed time during the contact and describes the elastic properties of granular material. With both times a dynamic constitutive equation is postulated for four state variables : dispersive pressure, viscosity, thermal diffusivity and energy annihilation rate. The balance laws of mass, momentum and energy which are represented through above four variabls, are applied to the model, in which due to the elastic property the relaxation and energy absorption are explained.
The plane wave reflection coefficient is an acoustic property containing all the information concerning the ocean bottom and can be used as an input parameter to various acoustic propagation models. In this paper, we measure the plane wave reflection coefficient, the sound speed, thd the attenuation for saturated granular medium in the water tank. Three kinds of glass beads and natural sand are used as the granular medium. The reflection experiment is performed with the sinusoidal tone bursts of 100 kHz at incident angles from 28 to 53 degrees, and the sound speed and attenuation experiment are performed also with the same signal. From the measured reflection signal, the reflection coefficient is calculated with the self calibration method and the experimental uncertainties are discussed. The sound speed and the attenuation measurements are used for the estimation of the porosity and permeability, the main Biot parameters. The estimated values are compared to the directly measured values and used as input values to the Biot theory in order to calculate the theoretical reflection coefficient. Finally, the reflection coefficient predicted by Biot theory is compared to the measured reflection coefficient and their characteristics are discussed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.4
s.70
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pp.453-458
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2005
This study deals with elasto-plasticity of granular micro-structures which recovers continuum elasto-plasticity in its counterpart. The theory is based on doublet mechanics that assumes particles of finite size and connecting linear springs, and it makes extensions to plasticity. The result shows that the micro model has one to one relationship with the continuum model in the simplest case. Micro-strain and micro-stress of two dimensional plane stress problem were calculated, which shows the behavior of the specimen and verifies the effectiveness of this model.
There are various ways in classification methodologies of data mining such as neural networks but the result should be explicit and understandable and the classification rules be short and clear. Rough set theory is a effective technique in extracting knowledge from incomplete and inconsistent information and makes an offer classification and approximation by various attributes with effect. This paper discusses granularity of knowledge for reasoning of uncertain concepts by using generalized rough set approximations based on hierarchical granulation structure and uses hierarchical classification methodology that is more effective technique for classification by applying core to upper level. The consistency rules with minimal attributes is discovered and applied to classifying real data.
Gravels forming part of the base of flexible pavements experience abrasion and crushing as a result of static and dynamic loads. Abrasion takes place when the sharp corners of the particles of gravel are removed as a result of compressive and shear loads. As a result of abrasion, the particles change in shape. Crushing is caused by the fragmentation of the particles into a mixture of many small particles of varying sizes. In this study, the abrasion and crushing of gravels are evaluated experimentally and analytically. The laboratory component of this study involves gravels that were subjected to abrasion and dynamic compression tests. The evaluation of the abrasion and crushing experienced by the gravel was carried out using fractals. In this study, the fractal dimension concept from fractal theory is used to evaluate: (a) the changes in shape, and (b) the crushing (fragmentation) of the original particles of gravel. It was determined that the fractal dimension of the profile of the particles decreased as a result of abrasion. With respect to crushing, the fragmentation fractal dimension was found to increase with the degree of breakage of the gravel. To understand the influence of crushing on the permeability of the gravels, the hydraulic conductivity of the gravels was measured before and after crushing. The hydraulic conductivity of the gravels was found to decrease with an increase in their level of crushing. Also, changes in the angle of friction of the granular materials as a result of abrasion was calculated using the Krumbein's roundness chart. The angle of friction of the granular materials was found to decrease as a result of abrasion.
The theoretical framework of the interaction fields for multiple scales based on field theory is applied to one-dimensional problem mimicking dislocation substructure sensitive intra-granular inhomogeneity evolution under fatigue of Cu-added steels. Three distinct scale levels corresponding respectively to the orders of (A)dislocation substructures, (B)grain size and (C)grain aggregates are set-up based on FE-RKPM (reproducing kernel particle method) based interpolated strain distribution to obtain the incompatibility term in the interaction field. Comparisons between analytical conditions with and without the interaction, and that among different cell size in the scale A are simulated. The effect of interaction field on the B-scale field evolution is extensively examined. Finer and larger fluctuation is demonstrated to be obtained by taking account of the field interactions. Finer cell size exhibits larger field fluctuation whereas the coarse cell size yields negligible interaction effects.
Anisotropic characteristics of deformation are important to understand the particular behavior in the pre-failure state of soils. Recent experiments show that cross-anisotropic moduli of granular soils can be expressed by functions of normal stresses in the corresponding directions, which is closely linked to micromechanical characteristics of particles. Granular soils are composed of a number of particles so that the force-displacement relationship at each contact point governs the macroscopic stress-strain relationship. Therefore, the micromechanical approach in which the deformation of granular soils is regarded as a mutual interaction between particle contacts is one of the best ways to investigate the anisotropic elastic deformation of soils. In this study, a numerical program based on the theory of micromechanics is developed. Generalized contact model for the irregular contact surface of soil particles is adopted to represent the force-displacement relationship in each contact point far the realistic prediction of anisotropic moduli. To evaluate the model parameters, a set of analytical solutions of anisotropic elastic moduli is derived in the isotropic stress condition. A detailed procedure to determine the model parameters is proposed with emphasis on the practical applicability of micromechanical program to analyze the elastic behavior of the granular soils.
In the companion paper, we provided the novel elastic-plastic constitutive model based on the micromechanics theory. Herein, the elastic and elastic-plastic deformation of granular soils is meticulously analyzed. To guarantee high accuracy of the microscopic parameter, the systematic procedure to evaluate the parameters is provided. The analysis of the elastic response during the isotropic and triaxial compression shows that the stress-level dependency of cross-anisotropic elastic moduli is induced by the power relationship of the contact force in the normal contact stiffness, while the evolution of fabric anisotropy is more pronounced during triaxial compression. The micromechanical analysis indicates that the plastic strains are likely to occur at very small strains. The plastic deformation of tangential contacts has an important role in the reduction of soil stiffness during axial loading.
We observed leveling-off of the resistance in granular In/InO$_x$ thin films in the zero-temperature limit. The temperature T$_b$ at which the leveling-off appears gets larger as the sheet resistance R$_n$ increases. This is consistent with the concept that the leveling-off of the resistance is due to the dissipation of the bosonic phase and that the dissipation is enhanced as the resistance increases. The magnetic field dependence of the saturated resistance R$_b$ at low temperatures fits the modified square-root cusp-like form R$_b$/R$_n$=α exp[-b(B/B$_c$-1)$^{-1/2}$] for the magnetic field in the range B$_c$$_f$ where B$_c$ is the onset magnetic field of the resistance leveling-off. α and b are constants of order 1. For B>B$_f$ tansport properties are described by the theory of the fermi insulator. From the results, we attribute the leveling-off to the dissipative quantum tunneling of vortices, which supports the models predicting the vortex-motion-induced insulating phase related with the concept like"dirty boson" [1]l and "hose metal" [2].
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[게시일 2004년 10월 1일]
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