Capability of triaxial apparatus with respect to evaluation of nonlinearity of soil stiffness

• Autorzy: Lipiński Mirosław J. , Wdowska Małgorzata K. , Wudzka Anna

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2020.131775

Warianty tytułu

PL

Możliwości aparatu trójosiowego ściskania ze względu na określenie nieliniowości rozkładu sztywności gruntu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Reliable evaluation of stress-strain characteristics can be done only in the laboratory where boundary conditions with respect to stress and strain can be controlled. The most popular laboratory equipment is a triaxial apparatus. Unfortunately, standard version of triaxial apparatus can reliable measure strain not smaller than 0.1%. Such accuracy does not allow to determine stiffness referred to strain range most often mobilized in situ i.e. 10-3 ÷ 10-1%, in which stiffness distribution is highly nonlinear. In order to overcome this problem fundamental modifications of standard triaxial apparatus should be done. The first one concerns construction of the cell. The second refers to method of measurement of vertical and horizontal deformation of a specimen. The paper compares three versions of triaxial equipment i.e. standard cell, the modified one and the cell with system of internal measurement of deformation. The comparison was made with respect to capability of stiffness measurement in strain range relevant for typical geotechnical applications. Examples of some test results are given, which are to illustrate an universal potential of the laboratory triaxial apparatus with proximity transducers capable to trace stress-strain response of soil in a reliable way.

PL

W artykule wskazano i przeanalizowano błędy jakie wynikają z konstrukcji komory standardowej. Następnie przedstawiono dwie modyfikacje aparatu, które znacząco zwiększają dokładność wyznaczania sztywności gruntu. Pierwsza modyfikacja polega na innej konstrukcji komory aparatu, która charakteryzuje się wewnętrznymi prętami łączącymi. Takie rozwiązanie pozwala na sztywne połączenie górnej części komory z dolną co pozwala m.in. na wyeliminowanie większości błędów braku współliniowości w dwóch płaszczyznach, pozwala na stały dostęp do próbki na etapie przygotowania (depozycja materiału, pomiary średnicy) a także zwiększa dokładność zadawania i pomiaru składowej wartości naprężenia pionowego. Taki rodzaj modyfikacji zwiększa dokładność pomiaru nawet o jeden rząd wielkości. Następnym etapem w doskonaleniu techniki określania charakterystyki naprężenie odkształcenie w aparacie trójosiowym są wewnątrzkomorowe systemy pomiaru przemieszczeń próbki. W artykule przedstawiono system, który według doświadczenia i opinii Autorów jest bardzo efektywny w porównaniu z innymi systemami. System oparty jest na czujnikach mikroprzemieszczeń działających na zasadzie prądów wirowych, których rozdzielczość pomiaru wynosi 1μm. System pomiarowy oparty na konfiguracji sześciu takich czujników pozwala na zwiększenie dokładności pomiaru o następny rząd wielkości. Należy podkreślić, że omówione powyżej modyfikacje aparatu trójosiowego były dokonane samodzielnie, w ramach własnej pracy badawczej a nie w drodze zakupu całego systemu dostępnego komercyjnie. W celu wykazania efektywności przedstawionych modyfikacji aparatu trójosiowego ściskania, w artykule przedstawiono wyniki pomiarów w postaci rozkładu parametrów określających sztywność gruntu tj. modułu odkształcenia E i współczynnika Poissona ν. Wyniki badań przedstawiono dla zagęszczonego i luźnego piasku drobnego przy różnych wartościach naprężenia poprzedzającego ścinanie. Zmienność parametrów przedstawiono w zależności od odkształcenia pionowego dla pomiarów wewnętrznych i zewnętrznych. Wyniki wskazują na istotny wpływ analizowanych czynników tj. zakresu odkształcenia, sposobu pomiaru i stanu materiału reprezentowanego przez wskaźnik porowatości i wielkość naprężenia na przebieg zmienności parametrów określających sztywność gruntu.

Słowa kluczowe

EN

nonlinear stiffness; soil; small strain; intermediate strain; triaxial apparatus

PL

nieliniowa sztywność; grunt; odkształcenie małe; odkształcenie średnie; aparat trójosiowy

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 66, nr 1
• Strony: 69--80
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., il.

Twórcy

autor

Lipiński Mirosław J.

• Warsaw University of Life Sciences-SGGW, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Warsaw, Poland

autor

Wdowska Małgorzata K.

• Warsaw University of Life Sciences-SGGW, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Warsaw, Poland

autor

Wudzka Anna

• Ove Arup & Partners Danmark A/S, Copenhagen, Denmark

Bibliografia

• 1. M.J. Lipiński, M. Wdowska, “Capability and limitations in laboratory determination of stiffness parameters of soils,” Annals of Warsaw University of Life Sciences-SGGW Land Reclamation, No 47 (2), pp. 139-151, 2015.
• 2. J.H. Atkinson, G. Sällfors, “Experimental determination of soil properties,” Proc. 10th EC on SMFE, Firenze3, pp. 915-956, 1991.
• 3. R.J. Mair, “Development in geotechnical engineering research: application to tunnels and deep excavations,” Proc. of the Institution of Civil Engineers, Unwin Memorial Lecture, Civil Engineering, 93, pp. 27-41, 1993.
• 4. G. Baldi, D.W. Hight, G.E. Thomas, “A reevaluation of conventional triaxial test methods,” ASTM STP 977, pp. 219-263, 1988.
• 5. V. Fioravante, M. Jamiolkowski, D.C.F. Lo Presti, “Stiffness of carbonatic Quiou sand,” 13th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. New Delhi, pp. 163-167, 1994.
• 6. R.J. Jardine, M.J. Symes, J.B. Burland, “The measurement of soil stiffness in the triaxial apparatus,” Géotechnique, vol. 34 (3), pp. 323-340, 1984.
• 7. J.B. Burland, “Ninth Lauritis Bjerrum Memorial Lecture: Small is beautiful: the stiffness of soils at small strains,” Canadian Geotechnical Journal, vol. 26 (4), pp. 449-516, 1989.
• 8. M. Jamiolkowski, R. Lancellotta, D.C.F. Lo Presti, O. Pallara, “Stiffness of Toyoura sand at small and intermediate strain,” Proc. XIII ICSMFE, New Delhi, Oxford & IBH Publishing Co., PVT. Ltd, vol.1, pp. 169-172, 1994.
• 9. G.K. Scholey, J.D. Frost, D.C.F. Lo Presti, M. Jamiolkowski, “A review of instrumentation for measuring small strains during triaxial testing of soil specimens,” Geotechnical Testing Journal, GTJODJ, vol. 18(2), pp. 137-156, 1995.
• 10. M.J. Lipiński, W. Wolski, “Onset conditions of liquefaction,” Proceedings of the fifteenth international conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, ISMGE, Istanbul, vol. 1, pp. 187-190, 2001.
• 11. M.J. Lipiński, W. Wolski, “Parameters describing flow liquefaction of soils” Proceedings of the sixteenth international conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, ISMGE, Osaka, Millpress Science Publishears Rotterdam, vol. 2, pp. 547-550, 2005.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).