انجمن مهندسی سازه ایران مهندسی سازه و ساخت 2476-3977 12 10 2026 01 01 Investigation of the Effect of Particle Morphology on the Anisotropic Behavior of Sands Using a Hollow Cylinder Shear Apparatus بررسی اثر مورفولوژی ذرات بر رفتار ناهمسان ماسه‌ها با استفاده از دستگاه برش سیلندر توخالی 59 78 219471 10.22065/jsce.2025.500363.3630 FA سالار حافظان دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران هادی بهادری گروه عمران، دانشکده فنی، دانشگاه سراسری ارومیه، ارومیه، ایران Journal Article 2025 02 12 This study focuses on understanding how sand morphology influences the inherent anisotropic behavior of sands under varying stress conditions. Morphology, which refers to the shape and texture of sand particles, plays a significant role in determining the mechanical behavior of soils. To investigate this effect, a series of undrained torsional shear tests were carried out using a Hollow Cylindrical Torsional Shear Apparatus (HCTA). This advanced apparatus allows for the simulation of diverse stress paths, making it a highly suitable tool for studying soil anisotropy under controlled laboratory conditions. The tests were conducted on five distinct types of sand: Hamedan (HAM), Chamkhaleh (CHM), Firouzkouh (FIR), Leighton Buzzard (LBS), and Ottawa (OTW). During the experiments, the principal stress direction was systematically varied between 15 and 60 degrees to explore the anisotropic response, while maintaining a constant intermediate principal stress ratio (b) of 0.5 and a confining pressure of 100 kPa. The study utilized advanced two-dimensional and three-dimensional image analysis techniques to classify particle shape properties accurately. Morphological features such as sphericity and roundness were quantified using scanning electron microscope (SEM) images. These images were analyzed with FIJI software for sphericity calculations and Matlab for roundness calculations, providing detailed insights into particle geometry. The results revealed a clear relationship between sand morphology and anisotropic behavior. Specifically, an increase in the sphericity index corresponded to a decrease in anisotropic effects. This finding underscores the importance of particle shape in governing the mechanical behavior of sands and highlights the sphericity index as a more critical factor than roundness in influencing anisotropic properties. در این مقاله تاثیرمورفولوژی ماسه ها بر رفتار ناهمسان ذاتی ماسه ها مورد مطالعه قرار گرفته است. مجموعه‌ای از آزمایش‌های برشی پیچشی زهکشی‌نشده با زاویه شیب ثابت (α°) و نسبت تنش اصلی متوسط (b) ثابت توسط دستگاه استوانه‌ پیچشی توخالی (Hollow Cylindrical Torsional Shear Apparatus)، که در این مقاله به اختصار (HCTA) قید می‌شود؛ روی پنج نوع ماسه با عناوین همدان (HAM)، چمخاله(CHM)، فیروزکوه(FIR)، لیتون بازارد(LBS) و اتاوا(OTW) انجام شد. دستگاه استوانه پیچشی توخالی ابزاری مناسب برای اعمال مسیر تنش های متنوع و مناسب مطالعه رفتار ناهمسانی خاک است. در انجام این کار، جهت زاویه تنش اصلی از 15 درجه تا 60 درجه تغییر می کند، در حالی که تنش اصلی میانی بر روی ۰.۵ و فشار محصور کننده بر روی ۱۰۰ کیلوپاسکال ثابت نگه داشته شده اند. در این مطالعه تجزیه و تحلیل تصویر دو بعدی و سه بعدی برای طبقه بندی خواص شکل ذرات اقتباس شده است. این مشخصات مورفولوژیکی از تجزیه و تحلیل تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی توسط نرم افزار FIJI (برای محاسبات کرویت) و Matlab (جهت محاسبات گردی) تعیین شده و به صورت شاخص کرویت تعریف شد. نتایج آزمایشات بر روی هر پنج نوع ماسه نشان می دهد که با افزایش اندازه شاخص کرویت ، اثرات ناهمسانی کاهش می‌یابد. https://www.jsce.ir/article_219471_6cc611d5230ccdb4ee0b457557ee75d9.pdf