A micromechanics-based methodology for evaluating the fabric of granular material

Abstract

A micromechanics approach can successfully model the stress–strain–strength relation of a granular material once the microcharacteristics of the material have been obtained. However, it is usually difficulty to determine the fabric of natural granular materials. Using a stress-dependent micromechanics model, the elastic properties can become a function of the geometric and kinetic fabric. Also, the wave velocity can be related to the elastic properties. Consequently, this paper proposes a methodology for evaluating the fabric of a granular assembly from a set of measured wave velocities. The methodology contains three elements: (a) a stress-dependent micromechanics elastic model, (b) an anisotropic elastic wave propagation theory and (c) an optimization procedure. It is verified by calibrating available wave velocity data of a glass assembly and washed mortar sand. The methodology is further applied to study the microstructural evolution of the washed mortar sand under biaxial stresses. Two aspects of fabric change can be observed: (a) concentration of contact normals in the major principal direction and (b) a residual fabric after subsequent loading/unloading. Une approche micromécanique permet de faire une maquette de la relation tension-allongementrésistance ďun matériau granulaire une fois que ses micro caractérisdques ont W obtenues. Cependant, il est habituellement difficie de déterminer la structure des matériaux granulaires naturels. Si ľon utilise une maquette micromécanique tributaire de la tension, les propr!étés élastiques peuvent devenir fonction de la structure géométrique et cinédque. De plus, la vitesse des ondes pent Être apparentée aux propriétés é1astiques. C'est pourquoi, dans cette étude, nous proposons une méthodologie permettant ďévaluer la structure &caorn;un assemblage granulaire à partir &acorn;un lot de vitesses ďondes mesurées. La méthodologie contient trois éléments: (a) une maquette élastique micromécanique tributaire de la tension, (b) une théorie de propagation des ondes élastiques et anisotropes et (c) une procé& dure ďoptimisation. Nous vérifions en les calibrant les données disponibles sur les vitesses ďondes ďun assemblage de boule de verre et ďun sable de morder lavé La méthodologie sert ensuite à étudier ľévolution microstructurale du sable de morder lavé soumis à des tensions biaxiales. On observe alors deux genres de changements de structure: (a) une concentration des perpendiculaires de contact dans la direction majeure principale et (b) une structure résiduelle aprés des charges/décharges consécutives.