Characteristics of Sand-Rubber Mixtures under Different Strain Levels: Experimental Observation

Mixtures of sand and rubber particles ($D_{sand}/D_{rubber}=1$) are investigated to explore their characteristics under different stain level. Mixtures are prepared with different volumetric sand fractions ($sf=V_{sand}/V_{total}$). Experimental data are gathered from a resonant column, an instrumented oedometer, and a direct shear tests. Results show that sand and rubber differently control the behavior of the whole mixture with strain level. Non-linear degradation of small strain stiffness is observed for the mixtures with $sf{\geq}0.4$, while the mixtures with low sand fraction ($sf{\leq}0.2$) show significantly high elastic threshold strain. Vertical stress-deformation increases dramatically when the rubber particle works as a member of force chain. The strength of the mixtures increases as the content of rubber particle decreases, and contractive behavior is observed in the mixtures with $sf{\leq}0.8$. Rubber particle plays different roles with strain level in the mixture: it increases a coordination number and controls a plasticity of the mixture in small strain; it prevents a buckling of force chain in intermediate strain; it leads a contractive behavior in large strain.

변형률에 따른 모래-고무 혼합재의 거동 특성: 실험적 관찰

다양한 모래부피비($sf=V_{sand}/V_{total}$)를 가지는 시료를 조성하여 변형률 크기에 따른 모래-고무 혼합재($D_{sand}/D_{rubber}=1$)의 거동을 분석하였다. 공진주시험, 압밀시험, 그리고 직접전단시험을 실시하였다. 변형률 크기에 따라 모래와 고무는 혼합재 전체 거동을 서로 다르게 제어한다. $sf{\geq}0.4$의 혼합재는 비선형 전단강성의 감소가 관찰되는 반면, $sf{\leq}0.2$의 낮은 모래부피비를 가지는 혼합재는 상당히 높은 탄성한계변형률을 보인다. 고무 입자가 force chain의 역할을 수행할 때 수직변형은 급격한 증가를 보인다. 혼합재 내의 고무부피비가 감소함에 따라 혼합재의 강도는 증가하는 경향을 보이며 $sf{\leq}0.8$의 혼합재는 전단변형에 따라 부피 수축 거동을 보인다. 고무 입자는 변형률 크기에 따라 혼합재 내에서 서로 다른 역할을 수행한다: 미소변형률 영역에서는 혼합재 내의 접촉수 증가 및 소성의 제어; 중간변형률 영역에서는 force chain의 좌굴 방지; 그리고 대변형률 영역에서는 혼합재의 부피수축 거동을 이끈다.