Numerical Investigation of Effects of Water Saturation on Blast Wave Propagation in Soil Mass / Wang, Zhongqi in Journal of engineering mechanics, Vol. 130 N°5 (Mai 2004)  

Public ISBD [article]  inJournal of engineering mechanics > Vol. 130 N°5 (Mai 2004) . - 551-561 p. Titre : Numerical Investigation of Effects of Water Saturation on Blast Wave Propagation in Soil Mass Titre original : Recherche numérique sur lesEffets de la Saturation de l'Eau sur la Propagation de Vague de Souffle dans la Masse de Sol Type de document : texte imprimé Auteurs : Wang, Zhongqi, Auteur ; Lu, Yong, Auteur ; Hao, Hong ; Ghanem, Roger G., Éditeur scientifique Année de publication : 2006 Article en page(s) : 551-561 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Soil dynamics structures Saturated soils Unsaturated Numerical models Blast loads Wave propagation Dynamiques de sol Structures Sols saturés Modèles numériques Charges souffle Propagation vague insaturés Index. décimale : 621.34/624 Résumé : The water saturation degree of soils can strongly affect the propagation of blast wave. However, quantitative study of this problem has not been possible due to lacking an appropriate analytical model that is capable of describing the drastically changing behavior of the soil in close-in regions during the blast loading. In this paper, a newly developed three-phase soil model for shock loading is used to study the propagation of blast wave in soils, with particular focus on the influence of the water saturation degree on the stress wave parameters. The multiphase soil model enables the direct inclusion of the energy source in the simulation. Four kinds of fine-grained sand loam with different water saturation degree ranging from 37.5 to 100% are investigated. The numerically predicted camouflet and distribution of damage surrounding the charge show favorable agreement with general experimental observations. The predicted and measured peak wave parameters and their attenuation laws also show a reasonable agreement. The results indicate that a small amount of air in soils could affect significantly the blast wave parameters. For example, with 4% volume of air, the peak pressure in the soil could reduce by 1.2 orders of magnitude as compared to water-saturated soils within a scaled range of 0.5–4.0 (m kg\U-1/3), while the peak particle velocity reduces by 2–6 times. The predicted attenuation relations show a noticeable nonlinear trend for soils with relatively high air content (e.g., 15%), and this phenomenon can be attributed to the high nonlinearity of the soil skeleton. Le degré de saturation de l'eau de sols peut fortement affecter la propagation de la vague de souffle. Cependant, l'étude quantitative de ce problème n'a pas été due possible à manquer d'un modèle analytique approprié qui est capable de décrire le comportement changeant rigoureusement du sol dans la fin dans les régions pendant le chargement de souffle. En cet article, un modèle nouvellement développé de sol de trois phases pour le chargement de choc est employé pour étudier la propagation de la vague de souffle dans les sols, avec le foyer particulier sur l'influence du degré de saturation de l'eau sur les paramètres de vague d'effort. Le modèle multiphasé de sol permet l'inclusion directe de la source d'énergie dans la simulation. Quatre genres de terre grasse granuleuse fine de sable avec le degré différent de saturation de l'eau s'étendant de 37.5 à 100% sont étudiés. Le camouflet et la distribution numériquement prévus des dommages entourant l'accord favorable d'exposition de charge avec des observations expérimentales générales. Les paramètres maximaux prévus et mesurés de vague et leurs lois d'atténuation montrent également un accord raisonnable. Les résultats indiquent qu'un peu d'air dans les sols pourrait affecter de manière significative les paramètres de vague de souffle. Par exemple, avec le volume de 4% d'air, la pression maximale dans le sol pourrait réduire par 1.2 ordre de grandeur par rapport aux sols saturés pareau dans une marge mesurée de 0.5-4.0 (m kg\U-1/3), alors que la vitesse maximale de particules réduit par 2-6 fois. Les relations prévues d'atténuation montrent une tendance non linéaire apparente pour des sols avec le contenu relativement élevé d'air (par exemple, 15%), et ce phénomène peut être attribué à la non-linéarité élevée du squelette de sol. En ligne : czowang@ntu.edu.sg, cylu@ntu.edu.sg, hao@civil.uwa.edu.au [article] Numerical Investigation of Effects of Water Saturation on Blast Wave Propagation in Soil Mass = Recherche numérique sur lesEffets de la Saturation de l'Eau sur la Propagation de Vague de Souffle dans la Masse de Sol [texte imprimé] / Wang, Zhongqi, Auteur ; Lu, Yong, Auteur ; Hao, Hong ; Ghanem, Roger G., Éditeur scientifique . - 2006 . - 551-561 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 130 N°5 (Mai 2004) . - 551-561 p. Mots-clés : Soil dynamics structures Saturated soils Unsaturated Numerical models Blast loads Wave propagation Dynamiques de sol Structures Sols saturés Modèles numériques Charges souffle Propagation vague insaturés Index. décimale : 621.34/624 Résumé : The water saturation degree of soils can strongly affect the propagation of blast wave. However, quantitative study of this problem has not been possible due to lacking an appropriate analytical model that is capable of describing the drastically changing behavior of the soil in close-in regions during the blast loading. In this paper, a newly developed three-phase soil model for shock loading is used to study the propagation of blast wave in soils, with particular focus on the influence of the water saturation degree on the stress wave parameters. The multiphase soil model enables the direct inclusion of the energy source in the simulation. Four kinds of fine-grained sand loam with different water saturation degree ranging from 37.5 to 100% are investigated. The numerically predicted camouflet and distribution of damage surrounding the charge show favorable agreement with general experimental observations. The predicted and measured peak wave parameters and their attenuation laws also show a reasonable agreement. The results indicate that a small amount of air in soils could affect significantly the blast wave parameters. For example, with 4% volume of air, the peak pressure in the soil could reduce by 1.2 orders of magnitude as compared to water-saturated soils within a scaled range of 0.5–4.0 (m kg\U-1/3), while the peak particle velocity reduces by 2–6 times. The predicted attenuation relations show a noticeable nonlinear trend for soils with relatively high air content (e.g., 15%), and this phenomenon can be attributed to the high nonlinearity of the soil skeleton. Le degré de saturation de l'eau de sols peut fortement affecter la propagation de la vague de souffle. Cependant, l'étude quantitative de ce problème n'a pas été due possible à manquer d'un modèle analytique approprié qui est capable de décrire le comportement changeant rigoureusement du sol dans la fin dans les régions pendant le chargement de souffle. En cet article, un modèle nouvellement développé de sol de trois phases pour le chargement de choc est employé pour étudier la propagation de la vague de souffle dans les sols, avec le foyer particulier sur l'influence du degré de saturation de l'eau sur les paramètres de vague d'effort. Le modèle multiphasé de sol permet l'inclusion directe de la source d'énergie dans la simulation. Quatre genres de terre grasse granuleuse fine de sable avec le degré différent de saturation de l'eau s'étendant de 37.5 à 100% sont étudiés. Le camouflet et la distribution numériquement prévus des dommages entourant l'accord favorable d'exposition de charge avec des observations expérimentales générales. Les paramètres maximaux prévus et mesurés de vague et leurs lois d'atténuation montrent également un accord raisonnable. Les résultats indiquent qu'un peu d'air dans les sols pourrait affecter de manière significative les paramètres de vague de souffle. Par exemple, avec le volume de 4% d'air, la pression maximale dans le sol pourrait réduire par 1.2 ordre de grandeur par rapport aux sols saturés pareau dans une marge mesurée de 0.5-4.0 (m kg\U-1/3), alors que la vitesse maximale de particules réduit par 2-6 fois. Les relations prévues d'atténuation montrent une tendance non linéaire apparente pour des sols avec le contenu relativement élevé d'air (par exemple, 15%), et ce phénomène peut être attribué à la non-linéarité élevée du squelette de sol. En ligne : czowang@ntu.edu.sg, cylu@ntu.edu.sg, hao@civil.uwa.edu.au

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