Determining the end of primary consolidation parameters based on settlement and excess pore water pressure

• Autorzy: Olek Bartłomiej Szczepan

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2025.154142

Warianty tytułu

PL

Wyznaczanie parametrów końca konsolidacji pierwotnej na podstawie osiadań i nadciśnienia wody w porach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The multiple-stage loading with reloading at EOP tests were carried out on two high-plasticity remoulded clays. One percentage of the initial value of an excess pore water pressure has been adopted as a reference for the end of the primary consolidation criterion. Based on the measurements of the settlement with time, six methods were used for determining the EOP parameters. For all studied consolidation curves, the primary consolidation time determined by settlement data was always smaller than those specified by dissipation data. All analysed cases have observed the lack of complete dissipation at the primary consolidation time determined by settlement data. The magnitude of remaining pore pressure at the primary consolidation time determined by various methods and the degree of additional settlement induced by remaining pore pressure at the primary consolidation time indicate an underestimation of EOP parameters when the interpretation of the test is based only on the analysis of sample settlement. Based on the average degree of consolidation imposed by the excess pore water pressure dissipation at primary consolidation time, the most similar time values at EOP to that determined using the excess pore water pressure dissipation criterion were obtained using the SRS, Casagrande and Slope methods.

PL

Z praktycznego punktu widzenia osiadanie grubych warstw gruntu w terenie przewiduje się w oparciu o ekstrapolację wyników badań laboratoryjnych przeprowadzonych na cienkich próbkach. W tym celu wykorzystuje się modelowe prawo konsolidacji, czyli „regułę H2”. Jej zastosowanie umożliwia w prosty sposób określenie zaawansowanie procesu konsolidacji w warstwie, pod warunkiem przyjęcia upraszczającego założenia, że zarejestrowane osiadania w badaniu konsolidacji wynikają wyłącznie z konsolidacji pierwotnej (rozpraszania nadciśnienia wody w porach). W artykule przedstawiono i przedyskutowano wyniki badań konsolidacji przeprowadzonych w konsolidometrze typu Bardena-Rowe na dwóch wysokoplastycznych iłach o przemodelowanej strukturze. Jako kryterium końca konsolidacji pierwotnej (EOP) przyjęto jeden procent początkowej wartości nadciśnienia wody w porach. Na podstawie pomiarów osiadania w czasie przeanalizowano sześć metod wyznaczania czasu i osiadania (odkształcenia) na końcu konsolidacji pierwotnej. Dla wszystkich rozważanych krzywych konsolidacji pierwotny czas konsolidacji wyznaczony na podstawie zapisu osiadań próbki był zawsze mniejszy od czasu określonego poprzez obserwację nadciśnienia wody w porach. We wszystkich analizowanych przypadkach zaobserwowano brak całkowitego rozproszenia na końcu konsolidacji pierwotnej, określonego na podstawie osiadań. Wielkość pozostałego ciśnienia porowego w czasie na końcu konsolidacji pierwotnej określona różnymi metodami oraz stopień dodatkowego osiadania wywołanego pozostałym ciśnieniem porowym w czasie na końcu konsolidacji pierwotnej wskazały na niedoszacowanie parametrów EOP, gdy interpretacja badania opiera się wyłącznie na analizie pionowej deformacji próbki. W oparciu o średni stopień konsolidacji wynikający z rozproszenia nadciśnienia wody w porach w czasie na końcu konsolidacji pierwotnej uzyskano wartości czasu najbardziej zbliżone w EOP do ustalonych na podstawie kryterium rozproszenia nadmiernego ciśnienia wody porowej, stosując metody SRS, Casagrande i Slope. Obliczony stosunek czasu na końcu konsolidacji pierwotnej określony podczas analizy krzywej osiadania do czasu, gdy nadciśnienie wody w porach uznano za zakończone, zmieniał się wraz ze wzrostem pionowego naprężenia efektywnego i wskazywał na istnienie nierozproszonego ciśnienia porowego dla czasu EOP, bez względu na zastosowaną metodę interpretacji. Ogólnie najwyższe wartości stosunku obliczono dla najniższych wartości obciążenia, przy czym zaobserwowano wyraźną tendencję wzrostową wartości stosunku w następującej kolejności: metoda Taylora przeważnie w przedziale od 0.04 do 0.27 - metoda Sridharana przeważnie w przedziale od 0.04 do 0.27 - metoda Hiperboli prostokątnej przeważnie w przedziale od 0.04 do 0.34 - metoda Casagrande przeważnie w przedziale od 0.08 do 0.36 - metoda Nachylenia przeważnie w przedziale od 0.05 do 0.53 - metoda SRS przeważnie w przedziale od 0.15 do 0.85.

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 71, nr 2
• Strony: 641--657
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Olek Bartłomiej Szczepan

• Cracow University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-7830-5635

Bibliografia

• [1] G. Mesri, “Primary compression and secondary compression”, in Proceedings of the Symposium on Soil Behavior and Soft Ground Construction, 5-6 October 2001, Cambridge, USA. American Society of Civil Engineers, 2001, pp. 122-166.
• [2] G. Mesri and Y.K. Choi, “The uniqueness of the end-of-primary (EOP) void ratio-effective stress relationship”, in Proceedings of the eleven International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, 12-16 August 1985, San Francisco, USA. A.A. Balkema, 1985, pp. 587-590.
• [3] G. Grimstad, S.A. Degago, S. Nordal, and M. Karstunen, “Modeling creep and rate effects in structured anisotropic soft clays”, Acta Geotechnica, vol. 5, no. 1, pp. 69-81, 2010, doi: 10.1007/s11440-010-0119-y.
• [4] K. Terzaghi and O.K. Fröhlich, Theorie der Setzung von Tonschichte. Vienna, AT: Franz Deuticka, 1936.
• [5] I. Smith, Smith’s Elements of Soil Mechanics, 10th ed. Chichester: John Wiley & Sons, 2021.
• [6] C.C. Ladd, R. Foott, K. Ishihara, F. Schlosser, and H.G. Poulos, “Stress-deformation and strength characteristics”, in Proceedings of the ninth International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, 10-15 July 1977, Tokyo, Japan. Japanese Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering, 1977, pp. 421-494.
• [7] G. Mesri and Y.K. Choi, “Settlement analysis of embankments on soft clays”, Journal of the Geotechnical Engineering Division ASCE, vol. 111, no. 4, pp. 441-464, 1985, doi: 10.1061/(ASCE)0733-9410(1985)111:4(441).
• [8] S. Leroueil, M. Kabbaj, F. Tavenas, and R. Bouchard, “Stress-strain-strain rate relation for the sensitive natural clays”, Géotechnique, vol. 35, no. 2, pp. 159-180, 1985, doi: 10.1680/geot.1985.35.2.159.
• [9] S.A. Degago, G. Grimstad, H.P. Jostad, S. Nordal, and M. Olsson, “Use and miuse of the isotache concept with respect to creep hypothesesAand B”, Géotechnique, vol. 61, no. 10, pp. 897-908, 2011, doi: 10.1680/geot.9.P.112.
• [10] N. Oszczypko, The Miocene development of the Polish Carpathian Foredeep”, Przegląd Geologiczny, vol. 49, no. 8, pp. 717-723, 2001.
• [11] R. Kaczyński, “Wytrzymałość i odkształcalność górnomiocenskich iłów zapadliska przedkarpackiego”, Biuletyn Geologiczny Uniwersytetu Warszawskiego, vol. 29, pp. 105-200, 1981.
• [12] S. Kozłowski and Z. Kozydra, “Study on the marine clay deposits of the miocene in the carpathian fore-deep”, Przegląd Geologiczny, vol. 13, no. 6, pp. 263-266, 1965.
• [13] Z. Glazer and P. Dobak, “Estimation of value of general compressibility oedometric modulus on the basis of studies involving constant rate of deformation”, Przegląd Geologiczny, vol. 27, no. 11, pp. 618-624, 1979.
• [14] R. Kaczyński and J. Muchowski, “Mass movements on the slopes composed of the krakowiec clays (Exemplified in the Vistula and San valleys)”, Geological Quarterly, vol. 31, no. 2/3, pp. 405-420, 1987.
• [15] R. Pająk and P. Dobak, “Permeability parameters of Krakowiec clays evaluated in Rowe’s consolidometer tests”, Geologia, vol. 34, no. 4, pp. 677-689, 2008.
• [16] K. Wilk, “Analysis of compressibility of layered Krakowiec Clays”, Przegląd Geologiczny, vol. 62, no. 5, pp. 250-256, 2014.
• [17] B. Olek, P. Dobak, and G. Gaszyńska-Freiwald, “Sensitivity evaluation of Krakowiec clay based on timedependent behavior”, Open Geosciences, vol. 10, no. 1, pp. 718-725, 2018, doi: 10.1515/geo-2018-0057.
• [18] P.W. Rowe and L. Barden, “A new consolidation cell”, Géotechnique, vol. 16, no. 2, pp. 162-170, 1966, doi: 10.1680/geot.1966.16.2.162.
• [19] K.H. Head, Manual of Soil Laboratory Testing: Effective Stress Tests, 3rd ed. Caithness, Whittles Publishing, 2014.
• [20] Y.K. Choi, “Consolidation behaviour of natural clays”, PhD thesis, University of Illinois, 1982.
• [21] G. Imai and Y.X. Tang, “Constitutive equation of one-dimensional consolidation derived from interconnected tests”, Soils and Foundations, vol. 32, no. 2, pp. 83-6, 1992, doi: 10.3208/sandf1972.32.2_83.
• [22] G. Mesri, “Primary and secondary compression”, in Soil Behavior and Soft Ground Construction, J.T. Germaine, et al., Eds. ASCE, 2003, pp. 122-166, doi: 10.1061/40659(2003)5.
• [23] T.W. Feng, “Compressibility and permeability of natural soft clays and surcharging to reduce settlements”, PhD thesis, University of Illinois, 1991.
• [24] M. Kabbaj, F. Tavenas, and S. Leroueil, “In situ and laboratory stress-strain relationships”, Géotechnique, vol. 38, no. 1, pp. 83-100, 1988, doi: 10.1680/geot.1988.38.1.83.
• [25] Y.T. Kim and S. Leroueil, “Modeling the viscoplastic behaviour of clays during consolidation: application to Berthierville clay in botch laboratory and field conditions”, Canadian Geotechnical Journal, vol. 38, no. 3, pp. 484-497, 2001, doi: 10.1139/t00-108.
• [26] P.A. Konovalov and S.G. Bezvolev, “Analysis of results of consolidation tests of saturated clayey soils”, Soil Mechanics and Foundation Engineering, vol. 42, pp. 81-85, 2005, doi: 10.1007/s11204-005-0029-4.
• [27] Y. Watabe, K. Udaka, and Y. Morikawa, “Strain rate effect on long-term consolidation of Osaka Bay clay”, Soils and Foundations, vol. 48, no. 4, pp. 495-509, 2008, doi: 10.3208/sandf.48.495.
• [28] J. Lowe and T.C. Johnson, “Use of back pressure to increase degree of saturation of test specimens”, in Proceedings of the Research Conference on Shear Strength of Cohesive Soils. American Society of Civil Engineers, 1960, pp. 819-836.
• [29] A. Casagrande and R.E. Fadum, Notes on soil testing for engineering purposes. Harvard Soil Mechanics Series, No. 8. Cambridge, Massachusetts, USA, 1940.
• [30] D.W. Taylor, Fundamentals of Soil Mechanics. New York: Wiley, 1948.
• [31] A. Sridharan and K. Prakash, “δ–t/δ method for the determination of coefficient of consolidation”, Geotechnical Testing Journal, 1993, vol. 16 no. 1, pp. 131-134, doi: 10.1520/GTJ10276J.
• [32] A. Sridharan and K. Prakash “Improved rectangular hyperbola method for the determination of coefficient of consolidation”, Geotechnical Testing Journal, 1985, vol. 8, no. 1, pp. 37-40, doi: 10.1520/GTJ10855J.
• [33] A. Sridharan, N.S. Murthy, and K. Prakash, “Rectangular hyperbola method of consolidation analysis”, Géotechnique, vol. 37, no. 3, pp. 355-368, 1987, doi: 10.1680/geot.1987.37.3.355.
• [34] S.K. Tewatia, “Evaluation of true cv and instantaneous cv, and isolation of secondary consolidation”, Geotechnical Testing Journal, vol. 21, no. 2, pp. 102-108, 1998, doi: 10.1520/GTJ10748J.
• [35] M.S. Al-Zoubi, “Coefficient of consolidation by the slope method”, Geotechnical Testing Journal, vol. 31, no. 6, pp. 526-530, 2008, doi: 10.1520/GTJ100810.
• [36] M.S. Al-Zoubi, “Consolidation analysis by the modified slope method”, Geotechnical Testing Journal, vol. 37, no. 3, pp. 1-8, 2014, doi: 10.1520/GTJ20130097.
• [37] M.S. Al-Zoubi, “Consolidation analysis using the settlement rate-settlement (SRS) method”, Applied Clay Science, vol. 50, no. 1, pp. 34-40, 2010, doi: 10.1016/j.clay.2010.06.020.
• [38] G. Mesri and Y.K. Choi “Discussion of Excess porewater pressure and preconsolidation effect developed in normally consolidated clays of some age”, Soils and Foundations, vol. 20, no. 4, pp. 131-136, 1980.
• [39] B.S. Olek, “Some remarks on the pore water pressure dissipation patterns from the one-dimensional consolidation test“, Archives of Civil Engineering, vol. 68, no. 4, pp. 147-162, 2022, doi: 10.24425/ace.2022.143031.
• [40] L.L. Zeng and Z.S. Hong, “Experimental study of primary consolidation time for structured and destructured clays”, Applied Clay Science, vol. 116-117, pp. 141-149, 2015, doi: 10.1016/j.clay.2015.08.027.
• [41] L.L. Zeng, S.S. Hong, and J. Han, “Experimental investigations on discrepancy in consolidation degrees with deformation and pore pressure variations of natural clays”, Applied Clay Science, vol. 152, pp. 38-43, 2018, doi: 10.1016/j.clay.2017.10.029.