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DOI: https://doi.org/10.7451/CBE.2017.59.2.1
Description:

The knowledge and understanding of soil mechanical properties is essential for designing agricultural machines. However, little information is available regarding shear properties of agricultural soil. In this study, triaxial compression tests were performed to measure shear properties of a sandy loam soil at three moisture levels: low (10.5±0.5%), medium (19±1.0%), and high (28±1.0%), and three confining pressures of 50, 100, and 150 kPa. A discrete element model was developed to simulate the triaxial compression tests. The test results showed a linear increase in soil shear strength at a decreased soil moisture level and an increased confining pressure. The effect of moisture level on the modulus of elasticity changed with the confining pressure. The highest modulus of elasticity was observed for the low moisture level with 150 kPa confining pressure. The model results showed that the particle friction coefficient was the most influential model micro-parameter to the simulated soil shear strength. This model micro-parameter was calibrated with the triaxial test data. The calibrated particle friction coefficients varied from 0.2 to 1.0, depending on the soil moisture content and confining pressure. As compared to the test data, the simulated soil shear strengths had relative errors ranging from 0 to 6%.

Keywords: Calibration, confining pressure, moisture, PFC3D, shear, soil, strength, triaxial test.
Résumé:

Connaître et comprendre les propriétés mécaniques du sol est essentiel pour la conception de machines agricoles. Cependant, peu d’information est disponible en ce qui a trait aux propriétés de cisaillement des sols agricoles. Dans cette étude, des tests de compression triaxiale ont été faits pour mesurer les propriétés de cisaillement d’un sol limoneux-sableux à trois teneurs en eau : faible (10,5±0,5 %), moyenne (19±1,0 %), et élevée (28±1,0 %), ainsi qu’à trois pressions de confinement, soit 50, 100 et 150 kPa. Un modèle numérique à éléments discrets a été développé pour simuler les tests de compression triaxiale. Les résultats des tests ont montré une augmentation linéaire de la force de cisaillement du sol avec une diminution de la teneur en eau et une augmentation de la pression de confinement. L’effet de la teneur en eau sur le module d’élasticité changeait avec la pression de confinement. Un module d’élasticité plus élevé a été observé à la teneur en eau faible et une pression de confinement de 150 kPa. Les résultats du modèle montrent que le coefficient de frottement des particules était le microparamètre le plus sensible pour la simulation de la force de cisaillement du sol. Ce microparamètre avait été calibré avec des données d’essais triaxiaux. La valeur calibrée du coefficient de frottement des particules a varié entre 0,2 et 1,0 selon la teneur en eau du sol et la pression de confinement. Les valeurs simulées de la force de cisaillement du sol ont présenté des erreurs relatives variant de 0 à 6 % par rapport aux résultats expérimentaux.

Mots-clés:

calibration, pression de confinement, teneur en eau, PFC3D, cisaillement, sol, force, essai triaxial.

Citation: Nandanwar, M. and Y. Chen. 2017. Modeling and measurements of triaxial tests for a sandy loam soil. Canadian Biosystems Engineering 59: 2.1 -2.8.
Volume: 59
Issue: 1
Pages 2.1 - 2.8
Contributor: R. Sri Ranjan
Date: May 15, 2017
Technical field: Machinery Systems Engineering
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Other information:
Type: Text.Article
Format: PDF
Publication type: Journal
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Language 1: en
Language 2: fr
Rights: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
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