Study of the cohesive soil stiffness in a modified resonant column

• Autorzy: Sas W. , Soból E. , Gabryś K. , Markowska-Lech K.

Warianty tytułu

PL

Badanie sztywności gruntu spoistego w zmodyfikowanej kolumnie rezonansowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The expansion of cities encourages designers and engineers to build increasingly sophisticated skyscrapers and underground structures. Such complicated projects require more reliable soils parameters. Dynamic parameters of the soils are commonly used for the purposes of civil engineering design. The resonant column is one of the most reliable devices allowing the above-mentioned soil properties to be obtained. In this article, the authors studied a dynamic parameter shear modulus G of the cohesive soil clayey sand. Researchers conducted their own examination, using a modified resonant column, which is equipped with bender elements and a torsional shear device. The studied material was an undisturbed cylindrical sample of the cohesive soil clayey sand (clSa) from a depth of 6 m from the village of Kociszew. In order to calculate the maximum shear modulus, the authors have employed two types of time-domain techniques to measure shear wave velocities, namely the first peak to peak and start-to-start methods. In bender elements test authors investigate shear wave velocity in a range of period from 0.01 to 0.1 ms and 14 V amplitude, which gave a wave length from about 0.1 to 3.5 cm. In the case of torsional shear tests, researchers examined ten cycles of sinusoidal torsional excitation with 1 Hz frequencies and amplitude from 0.004 to 1 V. The research performed indicated that the results obtained by using the torsional shear and first peak to peak methods are in very good agreement, while the overestimation of the results obtained by using the start-to-start method reached up to 27%.

PL

Rozwój miast wymusza na projektantach i wykonawcach budowanie coraz wyższych wieżowców, a także coraz bardziej skomplikowanych konstrukcji podziemnych. Dla tak wyrafinowanych projektów potrzebne są jak najbardziej wiarygodne parametry gruntowe. W dzisiejszych czasach inżynierowie powszechnie korzystają z dynamicznych parametrów gruntu. Jednym z najpopularniejszych i jednocześnie najbardziej wiarygodnych aparatów do uzyskiwania wspomnianych wyżej właściwości jest kolumna rezonansowa. W tym artykule autorzy zbadali dynamiczny parametr jakim jest moduł ścinania. Badania zostały przeprowadzone na nienaruszonej cylindrycznej próbce piasku ilastego (clSa), która pochodziła z 6 m głębokości z miejscowości Kociszew. Autorzy prowadzili badania w zmodyfikowanej kolumnie rezonansowej, która wyposażona jest zarówno w piezoelementy rodzaju bender jak i urządzenie do ścinania skrętnego. Użyto dwóch metod do interpretacji sygnału w odbiorniku w testach piezoelementami rodzaju bender, mianowicie technikę „pierwszego szczytu” i metodę „od startu do startu”. W testach elementami bender przebadano fale porzeczne o okresie około 0,01 do 0,1 ms i amplitudzie 14 V, co przełożyło się na długość fal od około 0,1 do 3,5 cm. W badaniu ścinania skrętnego użyto 10 cykli sinusoidalnego wzbudzania o częstotliwości 1 Hz i amplitudzie od 0,004 do 1 V. Z prze- prowadzonych badań wynika, ze wyniki uzyskane metodą „pierwszego szczytu” pokrywały się z tymi uzyskanymi za pomocą ścinania skrętnego, natomiast metoda „od startu do startu” zawyżała wyniki nawet do 27%.

Słowa kluczowe

EN

resonant column; cohesive soil; shear modulus; torsional shear; bender elements

PL

kolumna rezonansowa; grunt spoisty; moduł ścinania; ścinanie skrętne; piezoelementy rodzaju bender

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 93
• Strony: 21--33
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Sas W.

• Department of Geotechnical Engineering, Water Centre Laboratory, WULS–SGGW, Warsaw

autor

Soból E.

• Department of Geotechnical Engineering, Faculty of Civil and Environmental Engineering, WULS–SGGW, Warsaw

autor

Gabryś K.

• Department of Geotechnical Engineering, Water Centre Laboratory, WULS–SGGW, Warsaw

autor

Markowska-Lech K.

• Department of Geotechnical Engineering, Water Centre Laboratory, WULS–SGGW, Warsaw

Bibliografia

• [1] Chan, C.M. 2012. On the interpretation of shear wave velocity from bender element tests. Acta Technica Corviniensis-Bulletin of Engineering 5(1), pp. 29–34.
• [2] Dyvik, R. and Madshus, C. 1985. Lab Measurements of Gmax Using Bender Elements. Norwegian Geotechnical Institute, Oslo, Norway, pp. 186–196.
• [3] Gabryś et al. 2015 – Gabrys, K., Sas, W., Soból, E. 2015. Small-strain dynamic characterization of clayey soil. Acta Scientiarum Polonorum. Architektura 14(1), pp. 55–65.
• [4] Głuchowski et al. 2015 – Głuchowski, A., Szymański, A., Sas, W. 2015. Repeated Loading of Cohesive Soil–Shakedown Theory in Undrained Conditions. Studia Geotechnica et Mechanica 37(2), pp. 11–16.
• [5] Godlewski, T., Szczepański, T. 2015. Measurement of soil shear wave velocity using in situ and laboratory seismic methods–some methodological aspects. Geological Quarterly 59(2), pp. 358–366.
• [6] Gu et al. 2015 – Gu, X., Yang, J., Huang, M., Gao, G. 2015. Bender element tests in dry and saturated sand: Signal interpretation and result comparison. Soils and Foundations, 55(5), pp. 951–962.
• [7] Kim, J. M. 2015. Dynamic Properties of the West Sea Offshore Sand investigated by Torsional Shear Test. The Electronic Journal of Geotechnical Engineering 20(4), pp. 1353–1361.
• [8] Kumar, J., Madhusudhan, B. N. 2010. A note on the measurement of travel times using bender and extender elements. Soil Dynamics and Earthquake Engineering 30(7), pp. 630–634.
• [9] Lee, J. S., Santamarina, J. C. 2005. Bender elements: performance and signal interpretation. Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering 131(9), pp. 1063–1070.
• [10] Leong, E. C., Yeo, S. H., Rahardjo, H. 2005. Measuring shear wave velocity using bender elements. Geotechnical Testing Journal 28(5), pp. 1–11.
• [11] PN-EN ISO 14688-1:2006 Badania geotechniczne. Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów. Część 1: Oznaczanie i opis.
• [12] Qiu, T., Fox, P. J. 2008. Effective Soil Density for Small Strain Shear Wave Propagation. [W:] Zeng, D., Manzari, M. T., Hiltunen, D. R. Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics Congress IV.
• [13] Sacramento, California, United States, 18-22.05.2008. Sacramento: American Society of Civil Engineers, pp. 1–9.
• [14] Sas et al. 2015 – Sas, W., Gabryś, K., Soból, E., Szymański, A., Głuchowski, A. 2015. Stiffness and damping of selected cohesive soils based on dynamic laboratory tests. Dobiszewska, M., and Podhorecki, A. 61. Konferencja Naukowa Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej Polskiej Akademii Nauk oraz Komitetu Nauki Polskiego Związku Inżynierów i Techników Budownictwa. Krynica Zdrój, Polska 20–25.09.2015. Bydgoszcz: Wydawnictwa Uczelniane Uniwersytetu Technologiczno – Przyrodniczego, pp. 325–332.
• [15] Sas et al. 2016 – Sas, W., Gabryś, K., Soból, E., Szymański, A. 2016. Dynamic Characterization of Cohesive Material Based on Wave Velocity Measurements. Applied Sciences, 6(2), 49, pp. 1–21.
• [16] Soból et al. 2015 – Soból, E., Sas, W., Szymański, A. 2015. The use of resonant column to determine the response of dynamically loaded fine grained soils. Prz. Nauk. Inż. Kszt. Środ. 68, pp. 133–144 [in Polish].
• [17] Youn et al. 2008 – Youn, J.U., Choo, Y.W., Kim, D.S. 2008. Measurement of small-strain shear modulus G max of dry and saturated sands by bender element, resonant column, and torsional shear tests. Canadian Geotechnical Journal 45(10), pp. 1426–1438.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.