In order to analyze the influence of particle shape on evolution of particle crushing and characteristic of shear behavior of granular soil, direct shear test was simulated by using DEM (Discrete Element Method). Six particle shapes were generated by clump and cluster model built in PFC (Particle Flow Code). The results of direct shear test for six particle shapes were compared and analyzed with those for circular particle shape. The results of numerical tests showed a good agreement with those of experimental tests, thus the appropriateness of numerical modelling set in this study was proved. As for particle shape, more angular and rougher particle induced larger internal friction angle and more particle crushing than relatively round and smooth particle. When particles were crushed, crushing was concentrated on the shear band adjacent to the shear plane. Finally, it can be concluded that the numerical models suggested in this study can be used extensively for other studies concerning the shear behavior of granular soil including soil crushing.
In this study, a particle method without using grid was applied for analysing large deformation problems in soil flows instead of using ordinary finite element or finite difference methods. In the particle method, a continuum equation was discretized by various particle interaction models corresponding to differential operators such as gradient, divergence, and Laplacian. Soil behavior changes from solid to liquid state with increasing water content or external load. The Mohr-Coulomb failure criterion was incorporated into the particle method to analyze such three-dimensional soil behavior. The yielding and hardening behavior of soil before failure was analyzed by treating soil as a viscous liquid. First of all, a sand column test without confining pressure and strength was carried out and then a self-standing clay column test with cohesion was carried out. Large deformation from such column tests due to soil yielding or failure was used for verifying the developed particle method. The developed particle method was able to simulate the three-dimensional plastic deformation of soils due to yielding before failure and calculate the variation of normal and shear stresses both in sand and clay columns.
Niroumand, Hamed;Mehrizi, Mohammad Emad Mahmoudi;Saaly, Maryam
Geomechanics and Engineering
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v.11
no.1
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pp.1-39
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2016
The finite element method (FEM), discrete element method (DEM), and Discontinuous deformation analysis (DDA) are among the standard numerical techniques applied in computational geo-mechanics. However, in some cases there no possibility for modelling by traditional finite analytical techniques or other mesh-based techniques. The solution presented in the current study as a completely Lagrangian and mesh-free technique is smoothed particle hydrodynamics (SPH). This method was basically applied for simulation of fluid flow by dividing the fluid into several particles. However, several researchers attempted to simulate soil-water interaction, landslides, and failure of soil by SPH method. In fact, this method is able to deal with behavior and interaction of different states of materials (liquid and solid) and multiphase soil models and their large deformations. Soil indicates different behaviors when interacting with water, structure, instrumentations, or different layers. Thus, study into these interactions using the mesh based grids has been facilitated by mesh-less SPH technique in this work. It has been revealed that the fast development, computational sophistication, and emerge of mesh-less particle modeling techniques offer solutions for problems which are not modeled by the traditional mesh-based techniques. Also it has been found that the smoothed particle hydrodynamic provides advanced techniques for simulation of soil materials as compared to the current traditional numerical methods. Besides, findings indicate that the advantages of applying this method are its high power, simplicity of concept, relative simplicity in combination of modern physics, and particularly its potential in study of large deformations and failures.
Pb-contaminated soil at a clay shooting range was analyzed by the sequential extraction method to identify metal binding properties in terms of detrital and non-detrital forms of the soil. Most of the metals in the soils existed as non-detrital forms, exchangeable and carbonate-bound forms, which could be easily released from the soil by a washing method. Therefore, the characteristics of Pb desorption for remediation of the Pb-contaminated soil were evaluated using hydrochloric acid (HCl) by a washing method. Batch experiments were performed to identify the factors influencing extraction efficiency. The effects of the solid to liquid (S/L) ratio (1:2, 1:3, and 1:4), soil particle size, and extraction time on the removal capacity of Pb by HCl were evaluated. Soil samples were collected from two different areas: a slope area (SA) and a land area (LA) at the field. As results, the optimal conditions at 2.8 to 0.075 mm of particle size were 1:3 of the S/L ratio and 10 min of extraction time for SA, and 1:4 of the S/L ratio and 5 min of extraction time for LA. The characteristics of Pb desorption were adequately described by two-reaction kinetic models.
Park, Sang-Min;Lee, Jeshin;Kim, Young-Hun;Lee, Jeung-Sun;Baek, Kitae
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.22
no.1
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pp.27-32
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2017
Cesium (Cs) generated by nuclear accidents is one of the most hazardous radionuclides because of its gamma radiation and long half-life. Especially, when Cs is exposed on the soil environments, Cs is mainly adsorbed on the topsoil and is strongly combined with tiny soil particle including clay minerals. The adsorption of Cs onto soil can vary depending on various physicochemical properties of soil. In this study, the adsorption characteristics between soil and Cs were investigated according to various physicochemical properties of soil including organic matter contents, cation exchange capacity (CEC), soil particle size, and the types of clay minerals. Soil organic matter inhibited the adsorption of Cs onto the soil because organic matter was blocking the soil surface. In addition, it was estimated that the CEC of the soil influenced the adsorption of Cs onto the soil. Moreover, more Cs was adsorbed as the soil particles size decreased. It was estimated that Cs was mostly adsorbed onto the topsoil, this is related to the clay mineral. Therefore, soil organic matter, CEC, soil particle size, and clay minerals are considered the key factors that can influence the adsorption characteristics between soil and Cs.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2005.03a
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pp.1126-1133
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2005
The effects of mean particle size and uniformity coefficient of dredged soils to the liquefaction resistance strength and dynamic characteristics are experimentally studied in this paper. Representative 4 mean particle sizes and 3 uniformity coefficients were selected and 12 representative particle size distribution curves which have different mean particle sizes and uniformity coefficients, were artificially manufactured using the real dredged river soil. Cyclic triaxial tests and torsional shear tests were carried out to analyze the effect of mean particle size and uniformity coefficient to the liquefaction resistance strength and dynamic characteristics of soils.
To estimate dispersion stability of particles, suspending power and particle size were examined as functions of pHs, surfactants, electrolytes and ionic strengths using ${\alpha}-Fe_2O_3$ particle as the model of particulate soil. Suspending power and particle size were determined by UV-Vis spectrumeter and by light scattering using the polarization ratio method, respectively. The suspending power was relatively high with polyanion electrolytes and was low with neutral salts. The suspending power was biphasis, minimum pH 6~7, and the effect of surfactant on the suspending power was insignificant. Generally suspending power increased with decreasing the particle size governed aggregation of dispersed particles regardless of solution conditions. Hence the suspending power was inversely related to the particle size.
Yellow Sand Phenomena was observed from April 8 th to 10 th in 1990. During this period particle was collected to investigate the chacteristics of chemical composition of particulate by High Volume Air Sampler and Andersen Air Sa~npler in Seoul. During this period the particle concentration was 350 yg/$m^3$ and the anions, cations, and metal concentrations were increased and the orders of these were $S0_4\;^{-2}>N0_3\;^->Cl^->F^-, Na^+>Ca^{+2}>NH_4\;^+>Mg^{2+}>K^+$, and Fe>Al>Si>Zn>Pb respectively. The principal source of Yellow Sand were identified soil and sea salt. Mn used by the trace element of soil, the persentage of contribution from soil was calculated to be about 81.3% for the particle increased by Yellow Sand Phenomena. Also the principal chemical compounds of particle were estimate metals(Fe, Al, Si, Zn) oxides, $CaSO_4, NaSO_4, MgSO_4, NaC1, MgCl_2$ and $(NH_4)_2SO_4$.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2000.11a
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pp.185-192
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2000
Recently, the hydraulic fill method is commonly used in many reclamation projects due to lack of fill materials. The method of hydraulic fill in reclamation is executed by transporting the mixture of water-soil particles into a reclaimed land through dredging pipes, then the dredged soil particles settle down in the water or flow over an out flow weir with the water. In the present study, practice each three method in order to suggest method of determining the loss rate of the dredged fills. The first sieve and hydrometer analysis were performed with the soil samples obtained before and after dredging and then apply theory of particle breakage, the second compare with the volume of dredged soil between at the dredging area and the target pond and the last compare with weight of dredged soil between before and after dredging at the dredging area and in the target pond for estimating the amount of soil particles residual at the reclaimed area and the loss of soil particles passed through the weir. In addition to compare with the loss ratio between as using Marsal's modified theory of particle breakage and measured weight and volume in the field.
In order to treat soil contaminated with high percentages of water and petroleum, the combined microwave and thermal desorption process was studied, which was composed of the consecutive connection of two pre-treatment processes. For the thickness of the contaminated soil layer on the transfer conveyor belt, the optimal total petroleum hydrocarbon (TPH) removal rate was studied with respect to the duration of microwave exposure in the consecutive process combined with thermal desorption. The TPH removal rate when the contaminated soil layer thickness was 1 cm at 6 kW of microwave power was 80%. The removals rates for 2 and 3 cm soil layer thicknesses were both 70%. Under identical experimental conditions, the TPH removal rate for the microwave pre-treatment, when considering the soil particle size, was over 70%. The lowest TPH removal rate was achieved with a particle diameter of 2.35 mm. For contaminated soil with 30% water content, 6 kW and a thermal desorption temperature of $600^{\circ}C$ were the optimal operational conditions for the removal of THP. However, considering the fuel consumption cost, 4 kW and a thermal desorption temperature of $300^{\circ}C$ would be the most economic conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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