Tác động của hình dạng hạt đến quá trình sạt trượt của khối vật liệu trên mặt phẳng nằm ngang

Hình dạng mẫu vật liệu ảnh hưởng đáng kể đến quá trình sạt trượt của khối cột vật liệu, các phần tử đa giác có xu hướng gắn chặt vào nhau về mặt hình học, gây ra sự hạn chế chuyển động tương đối giữa chúng. Nghiên cứu này sử dụng mô phỏng cơ học rời rạc DEM thông qua bộ mã nguồn mở GDMTK-2D để phân tích tác động của hình dạng hạt vật liệu đến sạt trượt khối vật liệu, so sánh giữa hai dạng hạt (tròn và ngũ giác), với các hệ số ma sát khác nhau. Phân tích kết quả thấy được rằng, hạt ngũ giác tác động mạnh hơn hạt tròn nhờ khả năng liên kết bề mặt vượt trội hơn; hệ số ma sát cao kết hợp với hình dạng vật liệu góc cạnh làm tăng kháng cắt vật liệu; hiệu ứng gắn chặt vào nhau này làm giảm đáng kể chiều dài sạt trượt, giảm năng lượng và duy trì kết cấu ổn định trong suốt quá trình. Nghiên cứu đã cung cấp sự hiểu biết hơn về sự tác động của hình dạng các phần tử trong mô hình cơ học rời rạc đến quá trình sạt trượt khối vật liệu.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG NGHIÊN CỨU

3. KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH

4. KẾT QUẢ

4.1. Ảnh hưởng của hệ số ma sát đến hình thái khối trượt

4.2. Ảnh hưởng của hình dạng hạt vật liệu

4.3. Năng lượng khối sạt trượt

4.4. Mức độ liên kết trong hệ thống

5. KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Taboada A, Estrada N. Rock-and-soil avalanches: Theory and simulation. J Geophys Res Solid Earth 2009;114. https://doi.org/10.1029/2008JF001072.

[2] Nguyen TH, Vo TT. Effect of inter-particle friction on the behavior stability of rock-fill dams. Khoa Học Kỹ Thuật Thủy Lợi và Môi Trường 2023;86:3–10.

[3] Vo TT, Tran DM, Nguyen CT, Nguyen TK. Discrete element investigation of the mobility of granular mass flows. Solid State Commun 2023;369. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2023.115190.

[4] Lajeunesse E, Monnier JB, Homsy GM. Granular slumping on a horizontal surface. Physics of Fluids 2005;17. https://doi.org/10.1063/1.2087687.

[5] Lube G, Huppert HE, Sparks RSJ, Freundt A. Collapses of two-dimensional granular columns. Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys 2005;72. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.72.041301.

[6] Balmforth NJ, Kerswell RR. Granular collapse in two dimensions. J Fluid Mech 2005;538:399–428. https://doi.org/10.1017/S0022112005005537.

[7] Man T, Huppert HE, Li L, Galindo-Torres SA. Deposition morphology of granular column collapses. Granul Matter 2021;23. https://doi.org/10.1007/s10035-021-01112-7.

[8] Man T, Zhang Z, Huppert HE, Galindo-Torres SA. Axisymmetric column collapses of bi-frictional granular mixtures. J Fluid Mech 2023;963. https://doi.org/10.1017/jfm.2023.217.

[9] Gong J, Cheng L, Liu M, Jiang J, Ou X. The effect of particle shape on the collapse characteristics of granular columns via the DEM. Advanced Powder Technology 2024;35. https://doi.org/10.1016/j.apt.2023.104283.

[10] Saint-Cyr B, Delenne JY, Voivret C, Radjai F, Sornay P. Rheology of granular materials composed of nonconvex particles. Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys 2011;84:1–14. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.84.041302.

[11] Binaree T, Azéma E, Estrada N, Renouf M, Preechawuttipong I. Combined effects of contact friction and particle shape on strength properties and microstructure of sheared granular media. Phys Rev E 2020;102. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.102.022901.

[12] Guo P, Su X. Shear strength, interparticle locking, and dilatancy of granular materials. Canadian Geotechnical Journal 2007;44:579–91. https://doi.org/10.1139/T07-010.

[13] Lu R, Luo Q, Wang T, Connolly DP, Xie T. A combined experimental and DEM investigation of grain interlocking in sheared granular assemblies. Particuology 2024;90:436–51. https://doi.org/10.1016/j.partic.2024.01.015.

[14] Tran TD, Nezamabadi S, Bayle JP, Amarsid L, Radjai F. Effect of interlocking on the compressive strength of agglomerates composed of cohesive nonconvex particles. Advanced Powder Technology 2025;36. https://doi.org/10.1016/j.apt.2025.104780.

[15] Vo TT, Nguyen TK. Collapse dynamics and deposition morphology of low-viscocohesive granular columns on a rough horizontal surface. Phys Rev E 2024;109. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.109.014904.

[16] Lai Z, Jiang E, Zhao L, Wang Z, Wang Y, Li J. Granular column collapse: Analysis of inter-particle friction effects. Powder Technol 2023;415. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2022.118171.

[17] Jean M, Moreau JJ. Unilaterality and dry friction in the dynamics of rigid body collections. Proceedings of Contact Mechanics International Symposium, Lausanne, Switzerland: Presses Polytechniques et Universitaires Romandes; 1992, p. 31–48.

[18] Moreau JJ. An introduction to unilateral dynamics. In: Frémond M, Maceri F, editors. Novel approaches in civil engineering, Springer-Verlag; 2004, p. 1–46.

[19] Radjai F, Dubois F. Discrete-element modeling of granular materials. Wiley-Iste; 2011.

[20] Azéma É, Radjaï F, Roux JN. Internal friction and absence of dilatancy of packings of frictionless polygons. Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys 2015;91:1–5. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.91.010202.

[21] Nezamabadi S, Nguyen TH, Delenne JY, Radjai F. Modeling soft granular materials. Granul Matter 2017;19:1–12. https://doi.org/10.1007/s10035-016-0689-y.

[22] Nguyen TH, Nezamabadi S, Delenne JY, Radjai F. Compaction of granular materials composed of deformable particles. EPJ Web Conf 2017;140:4–7. https://doi.org/10.1051/epjconf/201714005013.

[23] Nguyễn TH, Ngô TV. Nghiên cứu hình thái biến dạng và tương tác giữa các hạt vật liệu của khối đá đắp đập. Tạp Chí Khoa Học Công Nghê Xây Dựng 2024;3:56–63. https://doi.org/10.59382/j-ibst.2024.vi.vol3-8.

[24] Nguyen T-H, Ngo T-V, Vo T-T. Combined Inter-Particle and Wall-Particle Friction Coefficient Effects on Collapse Mobility and Deposition Morphology of a Granular Column Composed of Pentagonal Grains. Mechanics of Solids 2025.
https://doi.org/10.1134/S0025654425600618.

[25] Cabrera M, Estrada N. Granular column collapse: Analysis of grain-size effects. Phys Rev E 2019;99. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.99.012905.

______________________________________________________________________

Chi tiết bài báo xem tại đây: Tác động của hình dạng hạt đến quá trình sạt trượt của khối vật liệu trên mặt phẳng nằm ngang

Nguyễn Thanh Hải
Khoa xây dựng Công trình thủy, Trường Đại học Bách khoa,
Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, Việt Nam
Võ Thành Trung
Khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng, Đà Nẵng, Việt Nam

TẠP CHÍ KH&CN THỦY LỢI