Efecto de la disolución del grano en terreno inclinado

Sep 08, 2023

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 22203 (2022) Citar este artículo

609 Accesos

Detalles de métricas

La estabilidad estática y dinámica de los taludes naturales o construidos puede verse afectada por la disolución o fenómenos similares a la disolución. Sus mecanismos subyacentes, sin embargo, siguen sin estar claros. Los nuevos resultados experimentales y las simulaciones de elementos discretos brindan información a nivel de partículas y macroescala sobre las consecuencias de la disolución de minerales en el comportamiento de las pendientes. En la microescala, se desarrollan arcos de granos portadores de carga alrededor de las partículas que se disuelven, la porosidad aumenta y las cadenas de fuerza de contacto evolucionan para formar una topología de panal. En la macroescala, mientras que los asentamientos verticales son el patrón de deformación prevaleciente, los movimientos granulares laterales que crean pérdida de masa son prominentes en terrenos inclinados, incluso bajo la pérdida granular cuasiestática. El desplazamiento de grano horizontal es máximo en la superficie y disminuye linealmente con la distancia desde la superficie del talud hasta convertirse en cero en los límites inferiores, de forma muy similar al desplazamiento granular vertical a lo largo de la profundidad. Los sedimentos con ángulos de fricción más pequeños y pendientes más pronunciadas experimentan un mayor desplazamiento, tanto vertical como horizontal. Las pendientes se vuelven más planas después de la disolución, con la reducción del ángulo de la pendiente directamente relacionada con la pérdida de elevación del terreno, ΔH/Ho. Sin embargo, debido a la tela porosa que resulta de la disolución, el acortamiento vertical es menor que el límite superior, estimado a partir de la pérdida en la fracción de masa sólida, ΔH/Ho≈SF. En condiciones de saturación de agua, la estructura posterior a la disolución puede dar lugar a un deslizamiento repentino de corte y pendiente sin drenaje.

La disolución y la reprecipitación son procesos diagenéticos predominantes y persistentes. La escala de tiempo para los procesos químicos suele ser bastante larga y la "suposición de suelos inertes" se aplica a muchas aplicaciones de ingeniería. Sin embargo, la disolución y la precipitación también pueden tener lugar dentro de escalas de tiempo relativamente cortas en regímenes advectivos como la disolución de carbonato inducida por infiltración y cuando los sistemas se alejan del equilibrio en sistemas jóvenes como cimientos de presas, relaves mineros, cenizas volantes, cenizas volcánicas y Inyección de CO21,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13.

Los desechos son particularmente vulnerables a la disolución y degradación porque sus componentes se ven repentinamente expuestos a nuevas condiciones ambientales fuera del equilibrio. Los metales pesados ​​y el drenaje ácido de los relaves mineros y los estanques de cenizas volantes son signos tempranos de procesos de disolución en curso14,15. Asimismo, algunos componentes de las cenizas volantes, incluidos CaO y CaSO4, son altamente solubles16,17. La disolución de los granos de ceniza de carbón contribuye a la inestabilidad y al colapso18; por otro lado, nuevos minerales como la zeolita y la phillipsita pueden precipitar19,20. La disolución y la reprecipitación conducen a sedimentos porosos pero cementados que son quebradizos y contractivos y son vulnerables a la licuefacción una vez perturbados. El potencial de inestabilidad de taludes debido a la pérdida de fase sólida podría afectar la eliminación de desechos (incluidos desechos orgánicos, relaves mineros y cenizas de carbón).

Muchos movimientos naturales del suelo involucran alguna forma de pérdida de fase sólida, aunque no necesariamente disolución mineral. La congelación-descongelación diurna o estacional repetitiva que implica la descongelación de agujas de hielo y hielo segregado provoca un movimiento de trinquete descendente, denominado solifluxión21,22,23,24. La falla de la Presa Carsington ocurrió a lo largo de un plano de corte de solifluxión preexistente dentro de la capa de cimentación25,26. En las últimas décadas, la disminución del permafrost en las altas montañas y las regiones polares ha causado cada vez más deslizamientos de tierra27,28,29,30 y ha contribuido a la desestabilización de las estructuras rocosas31,32.

De manera similar, la disociación de hidratos de gas es una de las principales causas de deslizamientos de tierra submarinos a gran escala33,34,35,36,37, vistos en Storegga Slide38,39 y Trænadjupet Slide40,41. La disociación de hidratos no solo implica la pérdida de masa sólida, sino que también acompaña a la generación y expansión de gas, lo que da como resultado un marcado exceso de generación de presión intersticial y una pérdida de tensión efectiva33,42. La disociación de hidratos de gas puede desencadenarse naturalmente por las fluctuaciones del nivel del mar43 y el aumento de la temperatura del océano44, y es inevitable en las proximidades de los cimientos de la plataforma34,45. Además, la disolución puede ser provocada deliberadamente para la producción de gas46.

Como se describió anteriormente, muchos estudios han atribuido el movimiento de la pendiente en el campo a la disolución o fenómenos similares a la disolución. Sin embargo, hasta la fecha, ningún estudio ha examinado de cerca los efectos de los mecanismos de disolución en el comportamiento de los terrenos en pendiente. Por lo tanto, el propósito de esta investigación es explorar la estabilidad y deformación de terrenos inclinados debido a la pérdida de fase sólida, como la disolución de minerales. En particular, nuestro objetivo es comprender las características de pérdida de masa durante la disolución en condiciones secas y drenadas utilizando información a escala micro y macro recopilada de simulaciones de elementos discretos y cualquier comportamiento emergente cuando la disolución ocurre bajo el agua utilizando una prueba de modelo de laboratorio.

El enfoque de investigación combina un experimento de laboratorio de 1 g de alto calibre y una serie de simulaciones de elementos discretos. Tenga en cuenta que los dos enfoques no están diseñados para coincidir con las condiciones de cada método, sino para complementar y aprovechar sus respectivas ventajas. Por ejemplo, el experimento usa especímenes saturados mientras que el DEM emplea especímenes secos.

Diseñamos y realizamos un experimento de laboratorio de 1 g para explorar las consecuencias de la disolución en pendientes en condiciones de saturación de agua, que es una condición de campo común durante la disolución.

El estudio experimental utilizó un tanque delgado hecho de dos placas acrílicas transparentes paralelas (ancho 18 mm, separadas por un espacio de 13 mm; Fig. 1). Las gruesas paredes acrílicas eran de 914 mm × 610 mm y estaban firmemente fijadas a espaciadores en los cuatro bordes del tanque para minimizar la desviación horizontal de las paredes, que resulta del peso del sedimento. Los puertos de entrada en la parte inferior se cubrieron con un difusor de flujo que corría a lo largo de toda la base debajo del sedimento, lo que permitió un verdadero flujo 1D y promovió una disolución uniforme (Fig. 1).

Tanque bidimensional transparente utilizado para explorar los efectos de la disolución en la estabilidad de taludes.

Los resultados aquí presentados corresponden a un sedimento compuesto por un 90% de arena (granos insolubles: D50 = 0,16 mm, Gs = 2,65, subredondeados, mal graduados, un ángulo de fricción global de 38°) y un 10% de sal (granos solubles: D50 = 0,3 mm, Gs = 2.165, cúbica, mal graduada) en peso, formándose una mezcla con una fracción soluble (FS) del 10%. La arena y la sal se mezclaron en seco y luego se precipitaron en el tanque, formando la pendiente, con un ángulo inicial de 30°. Como las gravedades específicas de los granos insolubles (GU = 2,65) y solubles (GD = 2,165) difieren, usamos su promedio ponderado para calcular la porosidad global inicial:

donde m = fracción de masa de granos solubles; y las densidades ρw y ρdry corresponden al agua y la mezcla seca, respectivamente. La medida de porosidad inicial n0 es 0,412 (suelta media).

El modelo se inundó lentamente con una solución de salmuera saturada de NaCl permeada desde el fondo (duración: 5 h); la salmuera impedía la disolución de la sal mezclada con la arena. La disolución gradual se controló reduciendo progresivamente la concentración de sal en el fluido permeado (duración: 3 días). Estos cambios lentos y progresivos en la concentración de sal durante un largo período aseguraron que todas las partículas solubles disminuyeran de tamaño al mismo tiempo (una "disolución homogénea" como en Cha y Santamarina47). La baja velocidad de reacción (bajo número de Damkohler) garantizó una disolución uniforme y evitó modos de disolución preferenciales como la disolución localizada y la disolución frontal iniciada desde el límite de entrada. Además, se mantuvo un gradiente hidráulico muy bajo (i < 0,1) para la saturación y el flujo, de modo que creó una presión ascendente insignificante sobre las partículas de sedimento. Una cámara registró la deformación de la pendiente mediante imágenes de lapso de tiempo de alta resolución con un intervalo de tiempo de cinco minutos. La configuración experimental se aisló en una mesa pesada y sin vibraciones durante la disolución.

Si bien es imposible simular la escala de tiempo de disolución en el campo, nos aseguramos de que la disolución en el laboratorio fuera muy gradual, como lo demuestra la disolución larga y uniforme. En consecuencia, el sistema se comportó cuasi-estáticamente.

Investigaciones anteriores han utilizado el número de inercia (I) para cuantificar los efectos dinámicos en simulaciones de elementos discretos de partículas48 y análisis experimental49. El número de inercia calculado fue de ~ 10−8 para las partículas en la superficie, lo cual está bien dentro de los criterios cuasiestáticos (I < 10−3).

Las correlaciones de imágenes digitales no pudieron proporcionar campos de desplazamiento adecuados, desde el principio hasta el final, debido a la falta de contraste en el sedimento. En cambio, rastreamos manualmente los desplazamientos de impurezas persistentes y claramente visibles detectables en imágenes de alta resolución. Los resultados en la Fig. 2a muestran los vectores de desplazamiento desde el principio hasta el final de la disolución, lo que demuestra que prevalecen los desplazamientos verticales, la magnitud de los desplazamientos verticales aumenta casi linealmente con la elevación y los desplazamientos horizontales se vuelven cada vez más prominentes hacia la superficie del talud. Un análisis areal de la probeta muestra que el volumen total disminuye en un 7,5%, siendo la fracción disuelta del 12% en volumen sólido (10% en peso), lo que proporciona el cálculo del aumento de porosidad desde la porosidad inicial n0 = 0,412 hasta porosidad final nf = 0,440.

Resultados experimentales. Vectores de desplazamiento en puntos visualmente reconocibles: (a) Desde el principio hasta el final de la disolución. Nota: La línea punteada indica la superficie del talud original; (b) Falla repentina por corte observada durante un foto-intervalo de 5 min. Esta prueba corresponde a una muestra mezclada con una fracción de masa SF = 10% de partículas solubles. Nota: Los vectores de desplazamiento se muestran a la misma escala tanto en (a) como en (b).

En particular, detectamos un desplazamiento repentino cuando todas las imágenes grabadas se reproducían como una secuencia de película. La Figura 2b presenta las dos imágenes consecutivas que resaltan este repentino desplazamiento. La correlación de imágenes digitales capturó el movimiento repentino entre estas imágenes consecutivas; consulte la Fig. S1 en los Datos complementarios. Los vectores de desplazamiento definieron una superficie de falla poco profunda. La duración máxima posible para esta falla local es el intervalo de tiempo entre fotografías Δt = 5 min (aunque el hecho de que la localización esté contenida únicamente dentro de las dos imágenes consecutivas indica que la duración real podría ser arbitrariamente mucho más corta). Dada una longitud de drenaje similar a la profundidad del deslizamiento, d = 10 cm, el coeficiente de consolidación para condiciones drenadas debería ser superior a cv > d2/Δt = 0,3 cm2/s, que corresponde a arenas finas. Estos resultados sugieren que esta falla local tuvo lugar en condiciones sin drenaje.

Un posible mecanismo que conduce al deslizamiento podría involucrar la siguiente secuencia de eventos, como también se ilustra en la Fig. 3. La disolución granular da como resultado una mayor porosidad, como se muestra en este experimento y otros trabajos, y el sedimento se vuelve contractivo47. Al mismo tiempo, los estados de tensión internos se aproximan a la condición de falla de Coulomb, es decir, Ka50. Por lo tanto, la condición de falla activa inició el colapso estructural del esqueleto granular poroso. Este colapso repentino combinado con la tendencia altamente contractiva de los sedimentos posteriores a la disolución47 puede conducir a la generación temporal de un exceso de presión intersticial, como se describe en el párrafo anterior, y una disminución en el esfuerzo efectivo, lo que redujo la resistencia al corte y resultó en la pendiente falla/deslizamiento.

Secuencia de condiciones que conducen al deslizamiento. La relación de tensión K0 y la porosidad son de las simulaciones tridimensionales de elementos discretos en Cha y Santamarina47.

Para las paredes laterales se utilizaron placas acrílicas de baja fricción y libres de rayones. Sin embargo, los límites pueden crear fricción entre las partículas y las paredes laterales y podrían disminuir el movimiento granular en los límites hasta cierto punto. Primero, durante la disolución, la fricción puede reducir el asentamiento y luego, una vez que se inicia la localización del corte, reducirá potencialmente la cantidad de movimiento. De hecho, nuestro deslizamiento de cizalla ocurrió en una distancia corta. El hecho de que la localización se produjo a pesar de la fricción límite puede indicar un deslizamiento más sustancial en un experimento 3D con una gran dimensión lateral.

Las consecuencias de la disolución en terrenos inclinados se estudiaron más a fondo utilizando simulaciones bidimensionales (2D) del método de elementos discretos (DEM) a través del Código de flujo de partículas (PFC) 2D de Itasca. A diferencia de los experimentos, las simulaciones DEM fueron secas o drenadas (sin módulo de fluido). Estas condiciones aún tienen relevancia en la disolución en condiciones no saturadas (p. ej., por infiltraciones repetidas de agua de lluvia)51,52 y solifluxión en suelo parcialmente saturado, o incluso taludes saturados de sedimentos de grano grueso que no experimentan localización durante la disolución. Si bien no emulan las condiciones exactas, las simulaciones y los experimentos recopilan información complementaria.

La Tabla 1 muestra el entorno de simulación básico y las propiedades del material. Las simulaciones 2D utilizaron el modelo de contacto lineal con rigidez normal kn = 108 N/m y rigidez de corte ks = 108 N/m. Como se indicó anteriormente, las condiciones eran secas/drenadas y no hubo fricción lateral contra las paredes delantera o trasera. Además, no existe fricción entre el sedimento y las paredes laterales verticales, lo que permitió el asentamiento 1D de la porción de terreno plano sujeta a disolución uniforme. El coeficiente de fricción entre el sedimento y el límite inferior (material base que no se disuelve) fue de 0,5 (Fig. 4f). Las rigideces del modelo de contacto y la fricción entre partículas fueron seleccionadas con base en la literatura y el manual del software53,54,55,56. El sedimento consistía en discos que se colocaron en ubicaciones aleatorias dentro de la geometría del modelo y se les permitió crecer hasta su tamaño objetivo final (es decir, distribución de tamaño uniforme con Rmin = 0,4 mm y Rmax = 0,6 mm).

Preparación de muestras y cadenas de fuerza de contacto antes de la disolución: todos los casos se muestran en la misma escala de fuerza. Las partículas solubles se muestran en rojo (SF = 25%). Tenga en cuenta que el número de partículas es el mismo para todas las simulaciones (10.567).

La angularidad y el enclavamiento de los granos, que implican resistencia rotacional, pueden implementarse numéricamente imponiendo resistencia a la rodadura57,58,59,60 o mediante la introducción de partículas no esféricas y racimos granulares61,62,63,64. La rotación de partículas obstaculizada es un enfoque computacionalmente eficiente que tiene en cuenta la angularidad del grano65,66. Los resultados numéricos son físicamente inconsistentes cuando todas las partículas han impedido la rotación; en este estudio obstaculizamos la rotación de un porcentaje preseleccionado de partículas ubicadas aleatoriamente, es decir, obstaculizamos la rotación (HR) de 0%, 40% y 80%, para simular diferentes niveles de enclavamiento granular o fricción macroscópica67. Para una discusión y calibración de este enfoque con los resultados experimentales de Shin y Santamarina50, ver Cha y Santamarina47. Aunque este enfoque imitó las tendencias macroscópicas y los parámetros micromecánicos a escala global, creó comportamientos menos naturales que los de técnicas computacionalmente costosas que usan formas de partículas realistas; en particular, observamos una dilatación excesiva y localizada alrededor de las partículas con impedimento rotacional.

Las simulaciones utilizaron tres ángulos de pendiente iniciales: β = 20°, 30° y 40° (Fig. 4). El ángulo de reposo medido numéricamente, Φr, aumentó con el porcentaje de partículas con rotación obstaculizada: Φr = 22° para HR = 0%, Φr = 35° para HR = 40% y Φr = 48° para HR = 80%67 . Por lo tanto, solo la pendiente con βo = 20° fue estable cuando HR = 0%; las pendientes con βo = 20° y 30° se mantuvieron estables para HR = 40%; y las tres pendientes con βo = 20°, 30° y 40° se mantuvieron estables cuando HR = 80%. Las dimensiones de la muestra para los casos β = 20° son una longitud de base de 284 mm y una altura de 72 mm.

Las partículas solubles se seleccionaron al azar y, por lo tanto, se distribuyeron homogéneamente en el empaque granular preformado (las partículas solubles se muestran en rojo; Fig. 4). La fracción de masa de partículas solubles (SF) representó SF = 25% de todas las partículas. Tenga en cuenta que las fracciones solubles en un sedimento dado que contiene minerales solubles en agua como el carbonato y la evaporita pueden variar mucho68,69.

La reducción de tamaño suave y gradual evitó la inestabilidad numérica y los efectos dinámicos. La disolución de las partículas solubles se realizó reduciendo gradual y simultáneamente el radio de todas las partículas solubles a la misma velocidad70. En particular, la reducción de tamaño gradual involucró numerosos pasos de reducción de tamaño diminuta (específicamente, una reducción de radio de 1/50 000 veces el radio inicial en cada paso), con cada paso seguido por una etapa de equilibrio total47,71. Además, la relación entre la fuerza desequilibrada media y la fuerza de contacto media siempre fue inferior a 0,001, lo que aseguró condiciones estables durante todo el proceso de disolución.

El número de inercia I es la relación entre el tiempo para un desplazamiento dado cuando es acelerado por las fuerzas esqueléticas dependientes del estrés σ'd2 y el tiempo para el mismo desplazamiento dada una tasa de deformación impuesta \(\dot{\upgamma }\)48, 72:

Para partículas de diámetro d = 1 mm, densidad de grano ρ = 2650 kg/m3, tensión efectiva promedio σ' = 0.02 kPa de partículas superficiales (el caso más crítico) y tasa de contracción de partículas \(\dot{\upgamma }\) = 0.017/s, el número de inercia calculado I≈2 × 10−4 está dentro del criterio cuasiestático I < 10−3 para resistencia friccional independiente de la velocidad de deformación. Para el movimiento global, aplicando una tasa de movimiento de pendiente \(\dot{\upgamma }\) = 0.004/s y un esfuerzo efectivo de 0.6 kPa (a media profundidad), el I calculado es 8 × 10−6.

Los parámetros de macroescala se estabilizaron cuando los tamaños de las partículas solubles se redujeron al 10% de los tamaños iniciales. Terminamos nuestras simulaciones cuando los tamaños de las partículas se redujeron al 1% de sus tamaños iniciales. El paso de tiempo se estableció en \(\Delta \mathrm{t}=0.6\sqrt{\mathrm{m}/\mathrm{K}}\) , donde m es la masa de la partícula y K la rigidez de la partícula; el paso de tiempo cambió a medida que la masa de grano m disminuyó durante las simulaciones. El tiempo físico para las simulaciones de disolución fue de aproximadamente 2 minutos, mientras que el tiempo de cálculo superó varias semanas. A continuación se presentan las observaciones de los resultados de la simulación.

Las fuerzas de contacto forman "cadenas" características en materiales granulares. Las cadenas de fuerza se distribuyen uniformemente antes de la disolución en nuestras simulaciones y tienen una orientación preferentemente vertical de acuerdo con la relación de tensión típica K0 ≈ 0.45 bajo compactación normal, sin embargo, la dirección principal de las cadenas de fuerza se desvía de la vertical cerca de la pendiente (Fig. 4). La Figura 5 muestra que existe una mayor anisotropía de tensión en el terreno inclinado (desde la superficie hasta la base) en su condición inicial. El ángulo de pendiente más grande crea valores más altos de esfuerzos cortantes máximos divididos por los esfuerzos normales medios.

La distribución del esfuerzo cortante máximo dividido por el esfuerzo normal medio en los taludes medios, extremos de taludes y cerca de las paredes verticales. Tenga en cuenta que cada punto de datos es el valor promedio dentro de los círculos de medición ubicados como se muestra.

La redistribución de la fuerza comienza después de que las partículas solubles comienzan a contraerse; las fuerzas inicialmente transportadas por los granos solubles se transfieren a los granos vecinos durante la disolución (vea el video: Datos complementarios). Las cadenas de fuerza preponderantes entre partículas forman arcos alrededor de los huecos en desarrollo en una tela similar a un panal (Fig. 6). La red de cadenas de fuerza en forma de panal fue más prominente en los sedimentos con un enclavamiento más granular, es decir, empaques con una fracción más alta de partículas con impedimento rotacional, HR (Fig. 6). El número de coordinación disminuyó para todos los casos: de un valor inicial de 3,62 (todos los casos), a 2,38 (rotación sin obstáculos), 2,28 (HR = 40%) y 2,09 (HR = 80%) al final de la disolución. El estado de tensión se volvió más estable después de la disolución, especialmente para la pendiente media.

Cadenas de fuerza de contacto al final de la disolución: todos los casos se muestran en la misma escala de fuerza. Nota: Compare estos resultados con los que se muestran en la Fig. 5.

La porosidad global final aumentó en todos los casos: desde un valor inicial de no = 0,155 (Densa; todos los casos), a n = 0,205 (sin rotación obstaculizada), n = 0,216 (HR = 40%) y n = 0,243 (HR = 80%) al final de la disolución, resultados similares a los experimentales. Resultados complementarios de la evolución de la porosidad y otros parámetros durante la disolución para simulaciones y experimentos tridimensionales se pueden encontrar en Cha y Santamarina73 y Cha y Santamarina47.

Una inspección cuidadosa de las imágenes en la Fig. 6 revela grandes vacíos remanentes ubicados junto a las principales cadenas de fuerza de contacto después de la disolución; esto implica que se desarrollaron arcos de fuerza alrededor de las partículas que se disuelven. Un análisis de correlación cruzada 2D entre la imagen de grandes vacíos (Fig. 7a; Nota: los granos crecen ΔR/R≈50% sin desplazamiento para cerrar todos los pequeños vacíos) y una imagen de cadenas de fuerza de contacto (Fig. 7b) confirma que la mayoría de los vacíos grandes se encontraron a un diámetro de partícula de distancia de las principales cadenas de fuerza (y típicamente por debajo; ver Fig. 7c).

Vínculo causal entre (a) grandes vacíos remanentes y (b) cadenas de fuerza; ( c ) La correlación cruzada 2D muestra que quedan grandes vacíos dentro de un diámetro de grano de las principales cadenas de fuerza.

Este tejido interno distinto posterior a la disolución anticipa una respuesta de sedimento diferente al continuar con la carga, por ejemplo, más propenso a pandearse bajo la perturbación de cizallamiento. En particular, la carga de corte inherente en un terreno inclinado puede desencadenar licuefacción estática dada la alta tendencia contractiva en suelos que experimentaron disolución47. Esto puede explicar el deslizamiento superficial informado en la Fig. 2b.

De acuerdo con los resultados experimentales (Fig. 2a), el asentamiento vertical fue el patrón de deformación global predominante (Fig. S2 en los Datos complementarios). Los sedimentos con fracciones solubles más altas y ángulos de fricción macroscópicos o entrelazados más bajos experimentaron mayores cantidades de asentamiento. Una vez más, los asentamientos verticales aumentaron casi linealmente hacia la superficie debido a la distribución aleatoria de los granos solubles. La tercera columna de la Tabla 2 muestra las deformaciones verticales determinadas por los asentamientos superficiales cerca de las paredes verticales (es decir, lejos del talud). Todas las deformaciones verticales están muy por debajo de 0,25, de acuerdo con el aumento de la porosidad. El enclavamiento granular más alto reduce la tensión vertical. Además, las deformaciones verticales aumentan un poco con las alturas iniciales debido a las ganancias de peso propio al aumentar la profundidad (Tabla 2).

El terreno inclinado también crea una importante pérdida de masa, incluso bajo la disolución totalmente cuasiestática. A medida que las partículas solubles distribuidas al azar se disuelven y las partículas circundantes se reorganizan, todas las partículas se movilizan vertical y horizontalmente (vea el video: Datos complementarios). Sus movilizaciones están acopladas durante la disolución de tal manera que tanto como las partículas se desplazan verticalmente, los movimientos horizontales ocurren simultáneamente en el suelo inclinado, que soporta grandes esfuerzos cortantes máximos en relación con los esfuerzos normales medios (Fig. 5).

La figura 8 presenta las componentes horizontales extraídas de los vectores de desplazamiento final. Los desplazamientos horizontales fueron mayores en la superficie del talud y disminuyeron lejos de la superficie del talud sin una transición brusca, es decir, sin localización de cizalla. Los desplazamientos horizontales disminuyen gradualmente hacia el nivel del suelo. La Figura 9 cuantifica los desplazamientos granulares horizontales versus la distancia inicial perpendicular a la superficie del talud en el talud medio. En todos los casos, el desplazamiento de grano horizontal es máximo en la superficie y disminuye casi linealmente con la distancia desde la superficie del talud, y se vuelve cero en los límites del fondo, similar al desplazamiento granular vertical a lo largo de la profundidad. Se parece al flujo de corte simple aunque sus movimientos son cuasiestáticos.

Componente horizontal de los vectores de desplazamiento al final de la disolución: todos los casos se muestran en la misma escala de vector de desplazamiento.

Los desplazamientos granulares horizontales versus la distancia inicial perpendicular a la superficie del talud en la mitad del talud. La franja verde (4 mm de ancho) muestra la gama de granos seleccionados.

El enclavamiento granular reduce el desplazamiento horizontal y el ángulo de pendiente inicial más grande promueve una mayor pérdida de masa (Figs. 8 y 9). Claramente, los desplazamientos horizontales aumentan con los ángulos de pendiente y disminuyen con el enclavamiento granular de manera más sensible que los desplazamientos verticales (Tabla 2 y Fig. 10). Además, la disolución granular en terrenos inclinados aumenta la deformación vertical más que la disolución en terreno llano (Tabla 2: compare la tercera y cuarta columna); a medida que los granos se desplazan horizontalmente, la geometría de la pendiente puede crear un movimiento descendente adicional.

Desplazamientos granulares verticales y horizontales en la parte superior de la selección (ver Fig. 9) normalizados por las alturas iniciales desde la base. Datos numéricos de la Tabla 2 (las columnas 4 y 5).

Los histogramas de los desplazamientos horizontales después de la disolución indican claramente que la mayor parte del medio tenía un desplazamiento horizontal medio cercano a cero (Fig. 11). Las líneas verdes muestran histogramas para las ~ 2000 partículas (19% del número total de partículas) en el suelo nivelado, más cercano a la pared rígida de la derecha. En esta zona, los desplazamientos horizontales de partículas son pequeños, contenidos dentro de ± 2 mm sin una dirección preferencial; el histograma es casi simétrico con respecto al desplazamiento cero (Fig. 11). Sin embargo, cuando se grafican todas las partículas, porciones significativas se desplazan horizontalmente hacia afuera (dirección positiva) (Fig. 11), lo que representa la masa de grano debajo de la superficie del talud. Las pendientes más pronunciadas en sedimentos con un ángulo de fricción macroscópico o entrelazado granular más bajo mostraron desplazamientos horizontales más altos después de la disolución, lo cual es consistente con los resultados anteriores (Figs. 8, 9 y 10).

Histograma de desplazamientos horizontales experimentados por todas las partículas no solubles al final de la disolución. Las líneas verdes muestran histogramas de las ~ 2000 partículas más cercanas a la pared rígida de la derecha. Los recuentos de contenedores están conectados para facilitar la visualización y distinguir entre HR (tamaño de contenedor = 0,2 mm para todos los casos).

Ciertamente, la geometría del talud y la distribución soluble en este estudio DEM representan un caso particular: un depósito de talud joven con una extensión de talud limitada, como un desecho de energía o un terraplén que contiene una fracción soluble, se encuentra sobre una base insoluble. Algunas situaciones de campo muestran que la superficie de la pendiente y el extremo inferior del frente de disolución pueden ser paralelos y la profundidad afectada determinada por la intensidad y duración de cada evento de infiltración. La infiltración de agua de lluvia puede crear una porosidad secundaria en un depósito inclinado joven y debilitar la cementación en los sedimentos inclinados. En los eventos de desgaste masivo inducidos por congelación-descongelación, las profundidades de congelación y descongelación están determinadas por la diferencia de temperatura. La(s) capa(s) también pueden dominar una geometría o profundidad de disolución. Sin embargo, este estudio muestra que los movimientos de grano horizontal/vertical son proporcionales a la profundidad afectada de la disolución. Además, los efectos de los principales parámetros se reconocen cualitativamente a partir de este estudio y estudios previos. Si bien se requieren más estudios enfocados para determinar con precisión que cada efecto sea útil para predecir el comportamiento, la siguiente relación brinda perspectiva a los efectos combinados en ausencia de localización de corte:

donde cada función se correlaciona positivamente con el parámetro dentro de los paréntesis. θ es el ángulo de pendiente, SF la fracción de partículas solubles distribuidas aleatoriamente, ϕ el ángulo de fricción macroscópico, L la dimensión de una pendiente, ya sea la altura o la longitud, y D (%) la progresión de disolución que puede variar de 0 a ~ 80%, después de lo cual el movimiento comienza a estabilizarse.

El ángulo de pendiente inicial, β0, se volvió más plano a medida que avanzaba la disolución, y la pendiente final fue βfinal < β0 en todos los casos (Fig. 12). En ausencia de falla no drenada, los desplazamientos laterales durante la disolución tuvieron un efecto menor en el ángulo de la pendiente; de hecho, se calculó trigonométricamente una buena aproximación al ángulo final de la pendiente a partir del acortamiento, ΔH, de la elevación inicial del terreno, Ho:

Aparentemente, la proximidad del ángulo de pendiente inicial, β0, al ángulo de reposo medido numéricamente, βrepose, tiene un efecto secundario; sin embargo, el entrelazado granular reduce el acortamiento vertical (es decir, ΔH/Ho más pequeño) y conserva pendientes más pronunciadas después de la disolución que las muestras menos entrelazadas, como predice la ecuación anterior. La fracción soluble, SF, es una estimación del límite superior para el acortamiento vertical, ΔH/Ho < SF; de hecho, ΔH/Ho = SF cuando la disolución tiene lugar en una porosidad constante (línea de puntos en la Fig. 12); de lo contrario, la porosidad aumenta durante la disolución, como se observa en este estudio.

Comparación del ángulo de pendiente inicial, βo, y el ángulo de pendiente final después de la disolución, βfinal, para todos los casos (SF = 25%). La línea punteada es una estimación del límite superior ΔH/Ho = SF cuando la disolución tiene lugar a porosidad constante.

La longitud limitada de la pendiente en este estudio DEM, como suele ser el caso de los terraplenes y los rellenos de ingeniería, crea un movimiento de pendiente no uniforme. El desplazamiento granular horizontal está más restringido cerca de la base que en la mitad de la pendiente debido al material base que no se disuelve y su fricción con los granos del depósito inclinado. El desplazamiento horizontal también disminuye gradualmente hacia el nivel del suelo. Los movimientos horizontales no uniformes dan como resultado superficies ligeramente curvas (más pronunciadas en pendientes de ángulo alto, por ejemplo, Figs. 6f y 8f).

La disolución y la precipitación de minerales son procesos del suelo simultáneos y pueden tener lugar en escalas de tiempo relativamente cortas en regímenes advectivos y cuando los minerales están expuestos lejos del equilibrio, lo cual es común en sistemas naturales y de ingeniería jóvenes. Investigamos el efecto de la disolución de granos en la estabilidad de taludes utilizando un experimento modelo de 1 g complementado con simulaciones de elementos discretos.

Tras la disolución, se desarrollan arcos de grano portadores de carga alrededor de las partículas en disolución. Una topología de cadena de fuerza de contacto en forma de panal caracteriza la tela de alta porosidad después de la disolución. El análisis de correlación cruzada confirma que quedan grandes vacíos junto a las principales cadenas de fuerza de contacto después de la disolución. El terreno inclinado tiene valores iniciales altos de esfuerzo cortante máximo en relación con el esfuerzo normal medio. Después de la disolución, el estado de estrés se volvió más estable.

La disolución conduce a importantes movimientos de ladera. Si bien el asentamiento vertical global es el patrón de deformación prevaleciente, los granos se desplazan horizontalmente en el suelo inclinado, lo que conduce a una pérdida de masa significativa a pesar de que la disolución se produce casi estáticamente. Los movimientos granulares horizontales son máximos en la superficie del talud y disminuyen linealmente alejándose de la superficie del talud delimitada por la base que no se disuelve, similar al desplazamiento granular vertical a lo largo de la profundidad. Los sedimentos con un ángulo de fricción global más bajo o una pendiente más pronunciada experimentan desplazamientos más grandes, tanto vertical como horizontalmente.

Las pendientes se vuelven más planas después de la disolución; la reducción en los ángulos de pendiente directamente relacionada con la pérdida en la elevación del terreno, ΔH/Ho. Sin embargo, para todos los casos, el ángulo de la pendiente es mayor que la estimación del límite superior para el acortamiento vertical, ΔH/Ho≈SF, debido al aumento de las porosidades.

No se observó localización por cizallamiento ni falla catastrófica en las simulaciones numéricas durante la disolución en condiciones secas o drenadas. Sin embargo, puede ocurrir un cortante repentino no drenado y conducir a fallas superficiales. La secuencia de eventos involucra: (1) disolución y aumento de la porosidad, (2) tensión interna que se aproxima a la falla, (3) colapso del esqueleto del grano, (4) aumento de la presión intersticial y (5) cizallamiento que ocurre como una forma de licuefacción estática.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

Gutiérrez, F., Desir, G. & Gutiérrez, M. Causas del fallo catastrófico de una presa de tierra construida sobre aluviones yesíferos y arcillas dispersivas (Altorricón, Provincia de Huesca, NE de España). Reinar. Geol. 43, 842–851. (2003).

Artículo Google Académico

Herrera, MC, Lizcano, A. & Santamarina, JC En Caracterización y Propiedades de Ingeniería de Suelos Naturales (eds TS Tan, KK Phoon, DW Hight, & S. Leroueil) 2385–2409 (Taylor & Francis, 2007).

Ford, D. & Williams, PW Karst Hydrogeology and Geomorphology (Wiley, 2007).

Libro Google Académico

Stefanou, I. & Sulem, J. Bandas de compactación inducidas químicamente: condiciones de activación y espesor de la banda. J. Geophys. Res. Tierra sólida 119, 880–899. https://doi.org/10.1002/2013JB010342 (2014).

Artículo ADS CAS Google Académico

Bachus, RC et al. Caracterización y propiedades de ingeniería de cenizas volantes clase F secas y estancadas. J. Geotecnología. Geoentorno. Ing. 145, 04019003. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0001986 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Kim, S., Espinoza, DN, Jung, J., Cha, M. & Santamarina, JC en Science of Carbon Storage In Deep Saline Formations (eds Pania Newell & Anastasia G. Ilgen) 287–304 (Elsevier, 2019).

Santamarina, JC, Torres-Cruz, LA & Bachus, RC ¿Por qué ocurren los desastres en presas de relaves y cenizas de carbón? Ciencia 364, 526–528 (2019).

Artículo ADS CAS Google Académico

Cha, M. & Santamarina, JC Acoplamiento hidro-quimio-mecánico en sedimentos: Disolución mineral localizada. Geomecánica. Entorno Energético. 7, 1–9. https://doi.org/10.1016/j.gete.2016.06.001 (2016).

Artículo Google Académico

Guerrero, J., Gutiérrez, F. & Lucha, P. Paleosubsidencia y subsidencia activa por disolución de evaporitas en la zona de Zaragoza (Valle del río Huerva, NE de España): Procesos, distribución espacial y medidas de protección de vías de transporte. Ing. Geol. 72, 309–329. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2003.10.002 (2004).

Artículo Google Académico

Lucha , P. , Cardona , F. , Gutierrez , F. & Guerrero , J. Procesos de disolución y hundimiento naturales e inducidos por el hombre en el afloramiento salino del Cardona Diapir (NE de España). Aprox. Geol. 53 , 1023–1035 . https://doi.org/10.1007/s00254-007-0729-3 (2008).

Artículo ADS CAS Google Académico

Alberto, W., Giardino, M., Martinotti, G. & Tiranti, D. Peligros geomorfológicos relacionados con los fenómenos de disolución profunda en los Alpes italianos occidentales: distribución, evaluación e interacción con las actividades humanas. Ing. Geol. 99, 147–159 (2008).

Artículo Google Académico

Cha, M. & Santamarina, JC Disolución localizada en sedimentos bajo estrés. Granular Matter 21, 79. https://doi.org/10.1007/s10035-019-0932-4 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Cha, M. & Santamarina, JC Contracción de volumen en sedimentos someros: simulación de elementos discretos. aplicación ciencia 12, 8015 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Song, CW, Yu, GM & Xue, BF En 2011 Conferencia Internacional sobre Electrónica, Comunicaciones y Control. 3486–3489 (IEEE).

Macklin, MG et al. El destino a largo plazo y la importancia ambiental de los metales contaminantes liberados por las fallas de la presa de relaves mineros en enero y marzo de 2000 en el condado de Maramures, cuenca superior de Tisa, Rumania. aplicación geoquímica 18, 241–257. https://doi.org/10.1016/s0883-2927(02)00123-3 (2003).

Artículo ADS CAS Google Académico

Cetin, B., Aydilek, AH & Li, L. Análisis experimental y numérico de la lixiviación de metales de bases de carreteras modificadas con cenizas volantes. Gestión de residuos 32, 965–978 (2012).

Artículo CAS Google Académico

El-Mogazi, D., Lisk, DJ y Weinstein, LH Una revisión de las propiedades físicas, químicas y biológicas de las cenizas volantes y sus efectos en los ecosistemas agrícolas. ciencia Entorno Total. 74, 1–37. https://doi.org/10.1016/0048-9697(88)90127-1 (1988).

Artículo ADS CAS Google Académico

Trivedi, A. & Sud, VK Comportamiento de colapso de ceniza de carbón. J. Geotecnología. Geoentorno. Ing. 130, 403–415. https://doi.org/10.1061/(asce)1090-0241(2004)130:4(403) (2004).

Artículo CAS Google Académico

Querol, X. et al. Síntesis de zeolitas a partir de cenizas volantes de carbón: una descripción general. En t. J. Carbón Geol. 50, 413–423. https://doi.org/10.1016/s0166-5162(02)00124-6 (2002).

Artículo CAS Google Académico

Murayama, N., Yamamoto, H. y Shibata, J. Mecanismo de síntesis de zeolita a partir de cenizas volantes de carbón por reacción hidrotermal alcalina. En t. J. Minero. Proceso. 64, 1–17. https://doi.org/10.1016/s0301-7516(01)00046-1 (2002).

Artículo CAS Google Académico

Matsuoka, N. Tasas, procesos y accidentes geográficos de solifluxión: una revisión global. Ciencias de la Tierra Rev. 55, 107–134. https://doi.org/10.1016/s0012-8252(01)00057-5 (2001).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Harris, C., Davies, MCR & Coutard, JP Tasas y procesos de solifluxión periglacial: un enfoque experimental. Oleaje de la Tierra. proc. Tierra. 22, 849–868. https://doi.org/10.1002/(sici)1096-9837(199709)22:9%3c849::aid-esp784%3e3.0.co;2-u (1997).

3.0.co;2-u" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28sici%291096-9837%28199709%2922%3A9%3C849%3A%3Aaid-esp784%3E3.0.co%3B2-u" aria-label="Article reference 22" data-doi="10.1002/(sici)1096-9837(199709)22:93.0.co;2-u">Artículo ANUNCIOS Google Académico

McRoberts, EC & Morgenstern, NR La estabilidad de las laderas de deshielo. Poder. Geotecnología. J. 11, 447–469. https://doi.org/10.1139/t74-052 (1974).

Artículo Google Académico

Thomas, HR, Cleall, PJ, Li, Y., Harris, C. y Kern-Luetschg, M. Modelado de procesos criogénicos en permafrost y suelos congelados estacionalmente. Geotécnica 59, 173–184 (2009).

Artículo Google Académico

Skempton, AW & Vaughan, PR La falla de la represa de Carsington. Geotécnica 43, 151–173 (1993).

Artículo Google Académico

Potts, DM, Dounias, GT & Vaughan, PR Análisis de elementos finitos de la falla progresiva del terraplén de Carsington. Geotécnica 40, 79–101 (1990).

Artículo Google Académico

Dramis, F., Govi, M., Guglielmin, M. & Mortara, G. Permafrost de montaña e inestabilidad de laderas en los Alpes italianos: el derrumbe de Val Pola. Permafrost Periglac. Proceso. 6, 73–81. https://doi.org/10.1002/ppp.3430060108 (1995).

Artículo Google Académico

Darrow, MM, Gyswyt, NL, Simpson, JM, Daanen, RP & Hubbard, TD Morfología y movimiento del lóbulo de escombros congelados: una descripción general de ocho características dinámicas, sur de Brooks Range, Alaska. Criosfera 10, 977–993 (2016).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Wei, M., Fujun, N., Satoshi, A. y Dewu, J. Fenómenos de inestabilidad de taludes en las regiones de permafrost de la meseta de Qinghai-Tíbet, China. Deslizamientos de tierra 3, 260–264. https://doi.org/10.1007/s10346-006-0045-0 (2006).

Artículo Google Académico

Higman, B. et al. El terremoto y tsunami de 2015 en Taan Fiord, Alaska. representante científico 8, 12993. https://doi.org/10.1038/s41598-018-30475-w (2018).

Artículo ADS CAS Google Académico

Gruber, S. & Haeberli, W. Permafrost en pendientes empinadas de lecho rocoso y su desestabilización relacionada con la temperatura después del cambio climático. J. Geophys. Res. Oleaje de la Tierra. 112 (2007).

Huggel, C. et al. El hielo se derrite, las montañas se derrumban: ¿están aumentando las fallas en las laderas de las rocas alpinas? Geol. Hoy 28, 98–104. https://doi.org/10.1111/j.1365-2451.2012.00836.x (2012).

Artículo Google Académico

Sultan, N., Cochonat, P., Foucher, JP y Mienert, J. Efecto de la fusión de los hidratos de gas en la inestabilidad de la pendiente del fondo marino. Mar. Geol. 213, 379–401 (2004).

Artículo ADS CAS Google Académico

Nixon, MF & Grozic, JLH Fallo del talud submarino debido a la disociación de hidratos de gas: una cuantificación preliminar. Poder. Geotecnología. J. 44, 314–325. https://doi.org/10.1139/t06-121 (2007).

Artículo CAS Google Académico

Geissler, WH et al. Megadeslizamiento ártico en supuesto reposo. ciencia Rep. 6, 38529. https://doi.org/10.1038/srep38529 (2016).

Artículo ADS CAS Google Académico

Elger, J. et al. Fallas de taludes submarinos por formación de estructuras de tuberías. Nat. común 9, 715. https://doi.org/10.1038/s41467-018-03176-1 (2018).

Artículo ADS CAS Google Académico

Sawyer, DE, Mason, RA, Cook, AE y Portnov, A. Los deslizamientos de tierra submarinos inducen olas masivas en piscinas submarinas de salmuera. ciencia Rep. 9, 128. https://doi.org/10.1038/s41598-018-36781-7 (2019).

Artículo ADS CAS Google Académico

Bugge, T., Belderson, RH y Kenyon, NH El tobogán storegga. Phil Transactions R Soc Lond Ser Math Phys Eng Sci 325, 357–388. https://doi.org/10.1098/rsta.1988.0055 (1988).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Bouriak, S., Vanneste, M. y Saoutkine, A. Hidratos de gas inferidos y diapiros de arcilla cerca del tobogán Storegga en el extremo sur de la meseta de Voring, en la costa de Noruega. Mar. Geol. 163, 125–148. https://doi.org/10.1016/s0025-3227(99)00115-2 (2000).

Artículo ADS CAS Google Académico

Laberg, JS & Vorren, TO The Traenadjupet Slide, costa afuera de Noruega: morfología, evacuación y mecanismos de activación. Mar. Geol. 171, 95–114. https://doi.org/10.1016/s0025-3227(00)00112-2 (2000).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Sultán, N. et al. Mecanismos desencadenantes de procesos de inestabilidad de taludes y fallas de sedimentos en márgenes continentales: Un enfoque geotécnico. Mar. Geol. 213, 291–321. https://doi.org/10.1016/j.margeo.2004.10.011 (2004).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Kwon, TH, Cho, GC & Santamarina, JC Disociación de hidratos de gas en sedimentos: Evolución presión-temperatura. geoquímica Geofísico. geosistema 9, 1–14. https://doi.org/10.1029/2007gc001920 (2008).

Artículo Google Académico

Maslin, M., Vilela, C., Mikkelsen, N. & Grootes, P. Causas de fallas catastróficas de sedimentos del abanico amazónico. Cuatern. ciencia Rev. 24, 2180–2193. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2005.01.016 (2005).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Kvenvolden, KA Hidratos de gas: perspectiva geológica y cambio global. Rev. Geophys. 31, 173–187 (1993).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Conflicto, KA Hidrato de gas y humanos. Ana. Academia de Nueva York. ciencia 912 , 17–2 https://doi.org/10.1111/j.1749–6632.2000.tb06755.x (2000).

Artículo ADS CAS Google Académico

Vanoudheusden, E., Sultan, N. & Cochonat, P. Comportamiento mecánico de sedimentos marinos no saturados: enfoques experimentales y teóricos. Mar. Geol. 213, 323–342. https://doi.org/10.1016/j.margeo.2004.10.012 (2004).

Artículo ADS CAS Google Académico

Cha, M. & Santamarina, JC Disolución de granos solubles distribuidos aleatoriamente: carga k0 posterior a la disolución y cizalla. Geotechnique 64, 828–836. https://doi.org/10.1680/geot.14.P.115 (2014).

Artículo Google Académico

MiDi, GDR Sobre flujos granulares densos. EUR. física JE 14, 341–365 (2004).

Artículo CAS Google Académico

Saingier, G., Deboeuf, S. y Lagrée, P.-Y. En la forma frontal de un flujo granular inercial por una pendiente irregular. física Fluidos 28, 053302 (2016).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Shin, H. & Santamarina, JC Disolución mineral y evolución de k0. J. Geotecnología. Geoentorno. Ing. 135, 1141–1147 (2009).

Artículo Google Académico

Weisbrod, N., Dahan, O. & Adar, EM Transporte de partículas en yeso fracturado no saturado en condiciones áridas. J. Contam. Hidrol. 56, 117–136. https://doi.org/10.1016/S0169-7722(01)00199-1 (2002).

Artículo ADS CAS Google Académico

Gordon, SJ & Brady, PV Determinación in situ de la disolución de vidrio basáltico a largo plazo en la zona no saturada. química Geol. 190, 113–122. https://doi.org/10.1016/S0009-2541(02)00113-4 (2002).

Artículo ADS CAS Google Académico

Itasca_Consulting_Group. (Itasca Consulting Group Inc Minnesota, 2004).

McDowell, G., Li, H. & Lowndes, I. La importancia de la forma de las partículas en el modelado de elementos discretos del flujo de partículas en una tolva. Geotechnique Lett. 1, 59–64 (2011).

Artículo Google Académico

Wang, G., Zhang, W., Ji, M., Miao, H. & Jin, Z. Simulación numérica y optimización de parámetros del taladro de tierra en áreas montañosas usando el software EDEM. ciencia Rep. 12, 1–14 (2022).

Google Académico

Makange, NR, Ji, C., Nyalala, I., Sunusi, II y Opiyo, S. Predicción de subsolado preciso basada en método analítico, simulación de elementos discretos y datos experimentales del contenedor de suelo. ciencia Rep. 11, 1–12 (2021).

Artículo Google Académico

Mohamed, A. & Gutierrez, M. Estudio exhaustivo de los efectos de la resistencia a la rodadura en el comportamiento tensión-deformación y localización de deformaciones de materiales granulares. Materia granular 12, 527–541. https://doi.org/10.1007/s10035-010-0211-x (2010).

Artículo MATEMÁTICAS Google Académico

Fukumoto, Y., Sakaguchi, H. & Murakami, A. El papel de la fricción de rodadura en el empaque granular. Materia granular 15, 175–182 (2013).

Artículo CAS Google Académico

Iwashita, K. & Oda, M. Resistencia a la rodadura en los contactos en la simulación del desarrollo de bandas de corte por DEM. J. Ing. mecánico Asce. 124, 285–292 (1998).

Artículo Google Académico

Jiang, M., Shen, Z. & Wang, J. Un nuevo modelo de contacto tridimensional para granulados que incorpora resistencias a la rodadura y torsión. computar Geotecnología. 65, 147–163. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2014.12.011 (2015).

Artículo Google Académico

Lu, M. & McDowell, G. La importancia de modelar la forma de las partículas de balasto en el método de elementos discretos. Materia granular 9, 69–80 (2007).

Artículo Google Académico

Guises, R., Xiang, J., Latham, J.-P. & Munjiza, A. Empaquetamiento granular: simulación numérica y caracterización del efecto de la forma de las partículas. Materia granular 11, 281–292 (2009).

Artículo MATEMÁTICAS Google Académico

Wu, M., Wang, J., Russell, A. & DEM Cheng, Z. modelado de prueba mini-triaxial basado en mapeo uno a uno de partículas de arena. Geotécnica 71, 714–727. https://doi.org/10.1680/jgeot.19.P.212 (2021).

Artículo Google Académico

Wu, M., Wang, J. & DEM Zhao, B. modelado de compresión unidimensional de arenas que incorpora un esquema estadístico de fragmentación de partículas. Poder. Geotecnología. J. 59, 144–157 (2022).

Artículo Google Académico

Bardet, JP Observaciones sobre los efectos de la rotación de partículas en la falla de materiales granulares idealizados. mecánico Mate. 18, 159–182 (1994).

Artículo Google Académico

Suiker, ASJ & Fleck, NA Colapso por fricción de ensamblajes granulares. Aplicación J. mecánico 71, 350–358 (2004).

Artículo ADS CAS MATH Google Scholar

Cha, M. & Santamarina, JC Efecto de la disolución en el comportamiento carga-asentamiento de cimentaciones superficiales. Poder. Geotecnología. J. 53, 1353–1357 (2016).

Artículo Google Académico

Bui, EN, Loeppert, RH & Wilding, LP Fases de carbonato en suelos calcáreos del oeste de los Estados Unidos. Ciencia del suelo Soc. Soy. J. 54, 39–45. https://doi.org/10.2136/sssaj1990.03615995005400010006x (1990).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Washbourne, C.-L., Lopez-Capel, E., Renforth, P., Ascough, PL & Manning, DA Eliminación rápida de CO2 atmosférico por suelos urbanos. Reinar. ciencia Tecnología 49, 5434–5440 (2015).

Artículo ADS CAS Google Académico

Tran, MK, Shin, H., Byun, Y.-H. & Lee, J.-S. Efectos de la disolución mineral sobre la resistencia mecánica. Ing. Geol. 125, 26–34. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2011.10.014 (2012).

Artículo Google Académico

Shin, H., Santamarina, JC y Cartwright, JA Fallo por corte provocado por la contracción en la compactación de sedimentos no cementados. Geología 36, ​​931–934. https://doi.org/10.1130/g24951a.1 (2008).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

da Cruz, F., Emam, S., Prochnow, M., Roux, J.-N. & Chevoir, F. Reofísica de materiales granulares densos: simulación discreta de flujos de corte plano. física Rev. E 72, 021309 (2005).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Cha, M. & Santamarina, JC Resistencia a la penetración antes y después de la disolución. J. Geotecnología. Geoentorno. Ing. 139, 2193–2200. https://doi.org/10.1061/(asce)gt.1943-5606.0000949 (2013).

Artículo Google Académico

Descargar referencias

El apoyo para esta investigación fue proporcionado por KAUST endowment y la Oficina de Operaciones del Río Savannah del Departamento de Energía de EE. UU. Esta investigación también fue apoyada por el Programa de Investigación de Ciencias Básicas a través de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiada por el Ministerio de Educación (2019R1A6A1A10072987). G. Abelskamp editó el manuscrito.

Departamento de Ingeniería Civil, Facultad de Ciencias Oceánicas, Universidad Nacional de Jeju, Jeju-Si, Provincia Autónoma Especial de Jeju, 63243, República de Corea

minsu-cha

Ciencias e Ingeniería de la Tierra, Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST), Thuwal, 23955-6900, Arabia Saudita

J. Carlos Santamarina

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

JCS conceptualizó y supervisó la investigación. MC realizó trabajos numéricos y experimentales. MC redactó el manuscrito. JCS editó el manuscrito. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Minsu Cha.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Cha, M., Santamarina, JC Efecto de la disolución de granos en terrenos inclinados. Informe científico 12, 22203 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-26620-1

Descargar cita

Recibido: 01 Septiembre 2022

Aceptado: 16 de diciembre de 2022

Publicado: 23 diciembre 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-26620-1

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y Pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.