När en kraft appliceras på jord eller sand omarrangeras partiklarna för att bilda en tätare packning, vilket resulterar i ökad styrka. Detta fenomen är känt som jordförtätning. Den exakta mekanismen genom vilken upprepade slag ökar markförtätningen var dock inte väl förstått.
För att undersöka detta genomförde IIS-forskargruppen en serie experiment med en specialdesignad slagprovningsmaskin. De tappade en stålkula från olika höjder på ett sandprov och mätte kraften som krävdes för att penetrera sanden. Teamet observerade att penetrationsmotståndet ökade med slagenergin, vilket tyder på att sanden blev starkare när den slogs hårdare.
För att få insikter i de underliggande mekanismerna utförde teamet ytterligare experiment med hjälp av höghastighetskameror och röntgen-datortomografi (CT)-skanning. Höghastighetskamerainspelningarna avslöjade att stöten från stålkulan genererade höghastighetschockvågor som fortplantade sig genom sanden. Dessa stötvågor inducerade partikelomläggning och förtätning, vilket resulterade i ökad jordstyrka.
Röntgen-CT-skanningarna gav detaljerade bilder av sandprovets inre struktur före och efter nedslaget. Bilderna bekräftade omarrangemanget av sandpartiklar och visade bildandet av tätare områden i provet. Dessa tätare områden bidrog till den totala ökningen av markstyrkan.
Teamets resultat ger värdefulla insikter om beteendet hos jord och sand under upprepad stötbelastning. Att förstå denna mekanism är avgörande för att designa och optimera strukturer som samverkar med jord eller sand, såsom fundament, vallar och vägbaser. Genom att överväga effekterna av upprepad stötbelastning kan ingenjörer säkerställa säkerheten och integriteten hos dessa strukturer i olika tillämpningar.
Forskningsresultaten publiceras i den prestigefyllda tidskriften "Nature Communications" och representerar ett betydande framsteg i vår förståelse av markmekanik och geoteknisk ingenjörskonst.
