The influence of selected parameters of cyclic process on cohesive soils shear characteristics at small strain

• Autorzy: Jastrzębska M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ wybranych parametrów procesu cyklicznego na charakterystyki ścinania gruntów spoistych w zakresie małych odkształceń

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The subject of the paper comprises a cohesive soil response to a cyclic loading applied in the range of small strains (10-5 -;- 10-3). To this end tests of undrained cyclic shear in a triaxial compression apparatus were carried out on homogeneous material - kaoline from Tułowice. The tests were carried out on a modernised test bed, enabling full saturation of samples using the back pressure method, as well as a precise, intra-chamber measurement of small strains. Maintaining a constant deviatoric stress amplitude for NC and OC soils, the effect of its size as well as the influence of strain rate on material characteristics "deviatoric stress (excess pore water pressure) - axial strain" and effective stress paths were tested. While analysing the results obtained, a phenomenon of closing and stabilising initially open and moving loops were found, in contrast to proposal by Jardine. The observed increments in the axial strain during cyclic loading operation, at the same levels of lateral effective stress, were greater for normally consolidated than for overconsolidated soils. At the same time, at each next cycle, these relationships occurred during the increase in the pore water pressure during the cyclic load action. For the set number of cycles n = 10 they were that small - max. 46% (and decreasing with each consecutive cycle) that they did not result in weakening of the material. Taking the trend of decreasing Delta u increments into account it was possible to accept that the conclusion considered was right irrespective of the cycles' number.

PL

Przedmiotem dociekań i badań przedstawionych w artykule jest odpowiedź gruntu spoistego w strefie małych odkształceń na zadawane obciążenia cykliczne. Postawione zadanie łączy problemy reakcji gruntów spoistych na obciążenia powtarzalne i ich zachowania w zakresie małych odkształceń. Każdy z osobna jest przedmiotem wielu dociekań w ostatnich dekadach, jednakże niewiele z prac wychodziło poza jeden cykl. W związku z tym na potrzeby pracy wykonano badania cyklicznego ścinania bez odpływu wody w aparacie trójosiowego ściskania na jednorodnym materiale - kaolinie z Tułowic, obejmujące większą liczbę powtórzeń. Badania prowadzone były na zmodernizowanym stanowisku badawczym, umożliwiającym pełne nasycenie próbek metodą "back pressure" oraz precyzyjny, wewnątrzkomorowy pomiar małych odkształceń za pomocą bezkontaktowych czujników mikroprzemieszczeń. Przy zachowaniu stałej amplitudy dewiatora naprężenia, dla gruntów NC i OC, badano wpływ prędkości odkształcenia na charakterystyki materiałowe "dewiator naprężenia (zmiana ciśnienia wody w porach) - odkształcenie osiowe" i ścieżki naprężenia efektywnego. Analizując otrzymane wyniki stwierdza się inne w stosunku do Jardine'a zjawisko zamykania się i stabilizacji otwartych początkowo i przemieszczających się pętli. Obserwowane przyrosty odkształcenia osiowego w trakcie działania obciążenia cyklicznego, przy tych samych poziomach bocznego naprężenia efektywnego są większe dla gruntów normalnie skonsolidowanych niż prekonsolidowanych. Jednocześnie z każdym kolejnym cyklem przyrosty te są coraz mniejsze, przyjmując nawet wartość równą zero dla cyklu dziesiątego. Podobne relacje zachodzą podczas przyrostu ciśnienia wody w porach w trakcie działania obciążenia cyklicznego. Dla zadanej liczby cykli n=10 są one na tyle niewielkie - max. 46% (i malejące z każdym kolejnym cyklem), że nie prowadzą do osłabienia materiału. Uwzględniając trend malejących przyrostów Delta u można uznać słuszność przedmiotowego wniosku niezależnie od liczby cykli.

Słowa kluczowe

EN

shear; cohesive soils; small strain; cyclic loading; deviator stress amplitude; axial strain rate

PL

ścinanie; grunt spoisty; odkształcenie małe; obciążenie cykliczne; dewiator naprężenia; odkształcenie osiowe

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 56, nr 1
• Strony: 89--107
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., il.

Twórcy

autor

Jastrzębska M.

• Department of Geotechnics, Faculty of Civil Engineering, Silesian University of Technology, Gliwice, Poland,

Bibliografia

• 1. K.H. ANDERSEN, Behaviour of clay subjected to undrained cyclic loading, Proc. BOSS'76, Trondheim, 1, 392-403, 1976.
• 2. J.R.F. ARTHUR, K.S. CHUA, T. DUNSTAN, Induced anisotropy in a sand, Geotechnique, 27, l, 13-30, 1977.
• 3. J.H. ATKINSON, D. RICHARDSON, S.E. STALLEBRASS, Effect of recent stress history on the stiffness of overconsolidated soil, Geotechnique, 40, 4, 531-540, 1990.
• 4. J.H. ATKINSON, G. SALLFORS, Experimental determination of stress-strain-time characteristics in laboratory and in situ tests General report, Proc. 10th ECSMFE, Firence, 3, 915-956, 1991.
• 5. J.B. BURLAND, "Small is beautiful" - the stiffness of soils at small strains, 9th Bjerrum Memorial Lecture, Canadian Geotechnical Journal, 26, 499-516, 1989.
• 6. B.O. HARDIN, V.P. DRNEVICH, Shear modulus and damping in soils: measurement and parameter effects, Journal of Soil Mechanics and Foundations Div. ASCE, 98, SM6, 603-623, 1972.
• 7. R.J. JARDINE, Some observations on the kinematic nature of soil stiffness, Soils and Foundations, 32, 2, 111-124, 1992.
• 8. R.J. JARDINE, Characterising soil behaviour at small to moderate strains, Keynote Lecture, Proc. Int. Symp. "Pre-failure Deformation Characteristics of Geomaterials-Measurement and Application", Is-Hokkaido, Sapporo, 1994.
• 9. M. JASTRZĘBSKA, Calibration and verification of one-surface elasto-plastic soil model of strongly non-linear anisotropic strengthening [in Polish], Ph.D. Thesis, Silesian University of Technology, Gliwice 2002.
• 10. M.JASTRZĘBSKA, M. LUPIEŻOWIEC, The effect of the rate on the cyclic strains in the cohesive soils in the light of theoretical and laboratory tests. The 16th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Osaka, 807-810, 2005.
• 11. M. JASTRZĘBSKA, M. LUPIEŻOWIEC, The influence of rate on cyclic strains for cohesive soils - theoretical and laboratory tests [in Polish], XIV Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Augustów, Scientific Papers of Białystok University of Technology, 28, 127-139, Augustów 2006.
• 12. M. JASTRZĘBSKA, M. LUPIEŻOWIEC, The influence of cyclic loading amplitude on the behaviour of cohesive soils - tests in a triaxial compression apparatus and numerical analysis, XV National SM&SE Conference [in Polish], Geotechnical and environmental problems taking into account expansive subsoils, UTP University Publishers, 43-50, Bydgoszcz 2009.
• 13. M. JASTRZĘBSKA, K. STERNIK, Application of elasto-plastic model with anisotropic hardening to analysis of cyclic loading of cohesive soil, International Conference on "Cyclic behaviour of soils and liquefaction phenomena", 41-46, Bochum - Germany 2004.
• 14. A.M. PUZRIN, J.B. BURLAND, Non-linear model of small-strain behaviour of soils, Geotechnique, 48, 2, 217-233, 1998.
• 15. M. TAKAHASHI, D.W. HIGHT, P.R. VAUGHAN, Effective stress changes observed during undrained cyclic triaxial tests on clay, Proceedings of the International Symposium on Soils under Cyclic and Transient Loading, l, 201-209, Swansea 1980.
• 16. D.M. WOOD, Laboratory investigations of the behaviour of soils under cyclic loading: a review, [In:] "Soil Mechanics-Transient and Cyclic Loads", Eds G.N.Pande, O.C. Zienkiewicz, J. Wiley, New York, chapt. 20, 513-582, 1982.