Experimental investigation of dynamic behavior of silty sand

The paper includes experimental research using the Split Hopkinson Pressure Bar to determine dynamic compression curves and strength dynamic parameters to depend on the strain rate and moisture for silty sand soil samples. Those experiments are oedometric type based in a rigid confining cylinder. Samples of silty sand with fine a fraction content were taken for the study. To ensure sufficiently uniaxial strain of the tested material, the soil samples were placed in properly prepared casings made of duralumin for the needs of the tests. Thanks to the use of measuring strain gauges on the initiating and transmitting bars, as well as the casing, the nature of the loading pulse was obtained, which was then subjected to the process of filtration and data processing to obtain the nature of the incident, reflected and transmitted wave. During the above dynamic experiments with the representative of silty sand soils, it was observed that its dynamic compaction at a high strain rate is different than in the case of the Proctor test. This is due to higher compaction energy, which additionally changes the grain size by destroying the grains in the structure. The paper presents the results of particle size distribution analysis for two different types of soil samples - this type of analysis is unique. Hence experiments should be further continued for such soils with different granulations and various moisture using, for example, Hopkinson measuring bar technique to confirm for other silty sand soils that are often subgrade of various engineering objects.

Artykuł obejmuje edometryczne badania eksperymentalne z wykorzystaniem techniki pręta Hopkinsona do określenia zarówno dynamicznego zachowania jak i zmian struktury dla próbek wybranego ośrodka gruntowego o różnej wilgotności poddanych oddziaływaniu dynamicznemu. Do badania wzięto piasek pylasty (siSa) o zawartości frakcji drobnych fi+fπ = 20,46%. W celu zapewnienia wystąpienia jednoosiowego stanu odkształcenia badanej próbki gruntu umieszczono ją w odpowiednio przygotowanej duraluminiowej osłonie pierścieniowej. Dzięki zastosowaniu tensometrów pomiarowych na prętach inicjującym oraz transmitującym, jak również osłonie zarejestrowano różne impulsy, które następnie poddano procesowi filtracji i obróbki danych, tak aby otrzymać obrazy propagacji sprężystych fal w prętach pomiarowych i w osłonie. Wykorzystując odpowiednie równania oraz zależności zmodyfikowanej metody Kolsky'ego dla trójwymiarowego stanu naprężenia w badanej próbce określono eksperymentalne zależności charakteryzujące zachowanie się próbek gruntu o różnej wilgotności: naprężenie ϭ(t), odkształcenie ε(t) oraz prędkość odkształcenia έ(t) w funkcji czasu. Na tej podstawie uzyskano krzywe ściskania dynamicznego dla różnej wilgotności próbek gruntu pylastego z określonymi wartościami początkowego dynamicznego edometrycznego modułu oraz lokalnych maksymalnych naprężeń plastycznych i odpowiadających im odkształceń. Podczas powyższych eksperymentów dynamicznych z próbkami gruntów typu piasku pylastego zaobserwowano, że jego dynamiczne zagęszczenie przy dużej szybkości odkształcania jest inne niż w przypadku testu Proctora. Wynika to z większej energii zagęszczania, która dodatkowo powoduje zmianę uziarnienia poprzez niszczenie ziaren w strukturze. W pracy przedstawiono wyniki analizy zmian uziarnienia dla dwóch różnych rodzajów próbek gruntu - tego typu analizy są unikalne. W związku z tym należy kontynuować eksperymenty dla takich gruntów o różnych granulacjach i różnej wilgotności, stosując technikę prętów pomiarowych Hopkinsona, w celu potwierdzenia opisanego zjawiska w innych gruntach typu piasku pylastego, które często są podłożem gruntowym dla różnych obiektów inżynieryjnych.