DEM Modelling of Unbound Granular Materials for Transport Infrastructures

On soil fabric and rockfill embankments

Tid: Ti 2020-08-18 kl 13.00

Plats: Videolänk kommer / Video link is forthcoming, Du som saknar dator/datorvana kan kontakta jsilfwer@kth.se / Use the e-mail address if you need technical assistance, Stockholm (English)

Ämnesområde: Transportvetenskap, Transportinfrastruktur

Respondent: Ricardo de Frias Lopez , Jord- och bergmekanik

Opponent: Associate Professor Leena Korkiala-Tanttu, Aalto University, Finland

Handledare: Professor Johan Silfwerbrand, Betongbyggnad

Abstract

Grus i form av krossat bergmaterial används i stor utsträckning som obundna bär- och förstärkningslager inom transportinfrastrukturen och spelar där en viktig roll för drift och underhåll. Områden såsom väg- och järnvägsbyggnad bygger emellertid fortfarande väsentligen på empiriskt baserade modeller till stor del grundlagda på makroskopiska observationer. Denna metod resulterar i begränsad kunskap om de fundamentala mekanismerna på partikelnivå (d.v.s. enskilda gruskorn) som styr det makroskopiska verkningssättet. Mot denna bakgrund utgör den s.k. diskreta elementmetoden (DEM) ett numeriskt alternativ för att studera verkningssätt hos diskreta system där man explicit beaktar mekanismerna på partikelnivå. Dessutom gör DEM det möjligt att få information på partikelnivå på ett sätt som inte kan matchas med traditionella laboratorieförsök. Allt detta kan i sin tur resultera i större mikromekanisk insikt.

Denna avhandling syftar till att bidra till kunskapen om grunderna för grusmaterialets verkningssätt. Obundna grusmaterial studeras med hjälp av DEM-modellering för att belysa verkningssätt under cyklisk belastning. Två huvudämnen beaktas: (1) skelettsstruktur och dess påverkan på verkningssättet för blandningar av fina och grova partiklar (2) DEMmodellering av höga järnvägsbankar. Bland de huvudsakliga forskningsbidragen är upprättande av ett enhetligt klassificeringssystem vad gäller skelettstruktur i grusmaterialet med enbart hänsynstagande till kraftöverföring som dessutom överensstämmer med grusmaterialets verkningssätt. I synnerhet observerades att skelettstrukturer som kännetecknas av en stark interaktion mellan grova och fina fraktioner resulterade i högre styvhet och mindre permanenta deformationer. Dessutom identifierades en typ av skelettstruktur med potential för instabilitet. Vad gäller järnvägsbankar visar DEM-modellering att trafikorsakade sättningar utvecklas främst på det översta lagret och därför inte påverkas av bankhöjden över ett visst värde. En väsentlig påverkan av nedbrytning, även med tanke på dess nästan försumbar storlek, observerades, vilket i hög grad resulterade i större sättningar.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-273323