This paper performs laboratory experiments for borehole stability considering temperature and true triaxial stress condition, and observes a thermo-mechanical behavior of the rock under stress and temperature conditions of deep underground. China yellow sandstone and Hwangdeung granite specimens were used to perform a true triaxial compression test. Mechanical tests were carried out under nine confining pressure conditions, and thermo-mechanical tests using granite samples were carried out under six confining pressure conditions at 60-100℃. In the mechanical tests, maximum principal stress at borehole breakout was proportional to intermediate principal stress. In the thermo-mechanical tests, it was confirmed that thermal stress is added to the stress field of the borehole with the increase in temperature, resulting in additional breakout progress. To analyze the results of the laboratory experiment, Mogi-Coulomb failure criterion was used. The results of traditional triaxial compression test on cylindrical specimens and borehole breakout under true triaxial compressions matched well with Mogi-Coulomb failure criterion.
We built multi-purpose large triaxial testing system that can test and evaluate various geotechnical design parameters such as shear strength, deformation modulus and stress-strain behaviour for large diameter granular materials, which are the most commonly used construction materials in the railway, road embankments. The details of the built testing system and the results obtained from static triaxial test carried out for gneiss ballast material are discussed within the scope of this paper. Ballast is hardly saturated and is confined at low overburden pressure, since the depth is shallow and the permeability is very high. Herein we ascertained that the confining pressure can effectively be controlled by vacuum. The rational trend could be checked up through triaxial test results such as shear strength, deformation, and particle breakage. And the shear strength envelope could be non-linearly represented with the parent rock strength, confining pressure of the triaxial test and proper parameters.
Lee, Sung Jin;Choo, Yun Wook;Hwang, Su Beom;Kim, Ki Jae
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.5C
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pp.211-220
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2012
Coarse granular materials such as gravel, rubble is used as major fill materials in earth structures of railway, road and dam. Therefore, it is essential to accurately evaluate properties of these materials for reasonable design and construction. In the precedent study, we built large triaxial testing system and verified system compliance with a focus on the dynamic properties. And we could secured the reliability of the system. In this study, the cyclic triaxial tests were performed in various experimental conditions on coarse granular material. Two series of parallel graded samples are prepared by mixing crushed rock. The influence of grain size, loading pattern, loading frequency, and fine contents were analyzed and discussed.
Since the failure behavior of transversely isotropic rocks is significantly different from that of isotropic rocks, it is necessary to develop a transversely isotropic rock failure function in order to evaluate the stability of rock structures constructed in transversely isotropic rock masses. In this study, a spatial distribution function for strength parameters of transversely isotropic rocks is proposed, which is based on the Cassini oval curve proposed by 17th century astronomer Giovanni Domenico Cassini to model the orbit of the Sun around the Earth. The proposed distribution function consists of two model parameters which could be identified through triaxial compression tests on transversely isotropic rock samples. The original Mohr-Coulomb (M-C) failure function is extended to a three-dimensional transversely isotropic M-C failure function by employing the proposed strength parameter distribution function for the spatial distributions of the friction angle and cohesion. In order to verify the suitability of the transversely isotropic M-C failure function, both the conventional triaxial compression and true triaxial compression tests of transversely isotropic rock samples are simulated. The predicted results from the numerical experiments are consistent with the failure behavior of transversely isotropic rocks observed in the actual laboratory tests. In addition, the simulated result of true triaxial compression tests hints that the dependence of rock strength on intermediate principal stress may be closely related to the distribution of the microstructures included in the rock samples.
Kim, JongChan;Lee, Jong-Sub;Hong, Seung-Seo;Lee, Changho
The Journal of Engineering Geology
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v.24
no.1
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pp.111-122
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2014
For accurate laboratory evaluations of soil deposits, it is essential that the samples are undisturbed. An artificial ground-freezing system is the one of the most effective methods for obtaining undisturbed samples from sand deposits. The objective of this study is to estimate the shear strengths and the characteristics of elastic waves of frozen-thawed and unfrozen specimens through the undrained triaxial compression test. For the experiments, Jumunjin standard sands are used to prepare frozen and unfrozen specimens with similar relative densities (60% and 80%). The water pluviation method is used to simulate the fully saturated condition under the groundwater table. When thawing the frozen specimens, the temperature is measured every minute. After the specimens are completely thawed, undrained triaxial compression tests are conducted using the same procedures as for the unfrozen specimens. During the triaxial tests (saturation, consolidation, and shear phase), compressional and shear waves are measured. The results show that the freeze-thaw process has minor effects on the peak deviatoric stress and shear strength values, and that the process does not affect the internal friction angle. The compressional wave velocity increases with increasing B-value to 1800 m/s in the saturation phase, but tends to remain constant in the process of consolidation and shearing. The shear wave velocity decreases with increasing B-value in the process of saturation, but changes velocity in accordance with the change in effective stress in the processes of consolidation and shearing. The compressional wave velocity has similar values regardless of the freeze-thaw process, but values of shear wave velocity are slighly lower in frozen-thawed specimens than in unfrozen specimens. This study is a preliminary experiment for estimating the shear strength and characteristics of elastic wave velocity in undisturbed frozen specimens that have been obtained using the artificial ground-freezing method.
Coarse granular material is used as important fill material in most of large embankments such as railway, road, dam and so on. Therefore, the accurate design parameters of the coarse granular material are necessarily required in design and construction. The behavior of the coarse granular material was not well understood because of the lack of large testing equipment capable of coarse granular material. A large triaxial testing system was developed in this research, capable of large specimens of 500 mm, 300 mm and 150 mm in diameter. In the new large triaxial testing system, the load cell is installed inside the triaxial cell and axial displacement is measured locally on a specimen in order to improve control and measurement in small strain level. Urethane specimens of 300 mm and 50 mm in diameter were prepared. The large triaxial tests were performed on the 300 mm diameter urethane specimens while RC/TS and impact echo tests on the 50 mm diameter urethane specimens to verify this testing system. In this verification test results, we could ascertain the reasonable test results of the KRRI large triaxial testing system.
Lee, Sung Jin;Lee, Jin Wook;Lee, Seong Hyeok;Sagong, Myung
Journal of the Korean Society for Railway
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v.17
no.6
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pp.415-422
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2014
Reinforced trackbeds are an important layer that has a significant effect on the deformation of the track, therefore, a deeper understanding of reinforced trackbeds is necessary. In this paper, we conduct a large triaxial test in order to evaluate the resilient modulus ($M_R$) of reinforced trackbed materials through considering several factors such as the grain size distribution (GSD) and loading conditions. It is identified that the maximum size of the particle, GSD, and compacted water content affect the $M_R$ but the loading frequency does not. Because these tests are performed with consideration of the field environment, the test results are useful for analyzing tracks including reinforced trackbeds. The data are limited to evaluating the parameters of $M_R$ model; however the parameters of the deviatoric and bulk stress models that can be used in various loading conditions are proposed.
A number of true triaxial tests on rock samples have been conducted since the late 1960 and their results strongly suggest that the intermediate principal stress has a considerable effect on rock strength. Based on these experimental evidence, various 3-D rock failure criteria accounting for the effect of the intermediate principal stress have been proposed. Most of the 3-D failure criteria, however, are focused on the phenomenological description of the rock strength from the true triaxial tests, so that the associated strength parameters have little physical meaning. In order to confirm the likelihood that the intermediate principal stress dependency of rock strength is related to the presence of weak planes and their distribution to the preferred orientation, true triaxial tests are simulated with the transversely isotropic rock model. The conventional Mohr-Coulomb criterion is extended to its anisotropic version by incorporating the concept of microstructure tensor. With the anisotropic Mohr-Coulomb criterion, the critical plane approach is applied to calculate the strength of the transversely isotropic rock model and the orientation of the fracture plane. This investigation hints that the spatial distribution of microstructural planes with respect to the principal stress triad is closely related to the intermediate principal stress dependency of rock strength.
Liquefaction refers to a phenomenon in which excessive pore water pressure occurs when a dynamic load such as an earthquake rapidly acts on a loose sandy soil saturated with soil, and the ground loses effective stress and becomes liquefied. The indoor repeated test for liquefaction evaluation can be confirmed through the repeated triaxial compression test and the repeated shear test. In this regard, this study tried to confirm the liquefaction resistance strength according to the relative density and particle size distribution of sand using the repeated triaxial compression test. As a result of the experiment, it was confirmed that the liquefaction resistance strength increased as the relative density increased regardless of the soil classification, and the liquefaction resistance strength according to the particle size distribution of the sand was confirmed that the liquefaction resistance strength of the SP sample close to SW was significantly higher. In addition, as a result of analyzing 30% of fine powder compared to 0% of fine powder, as the relative density increased to 40~70%, the liquefaction resistance strength decreased by 5~20%, and the domestic weathered soil ground had a fine liquefaction resistance strength compared to Jumunjin standard sand. When the minute was 10%, it was measured to be 30% or more, and when the fine particle was 30%, it was measured to be less than 50%.
Model tests were conducted to study the behavior of the piled raft foundation system on sands. Especially in this study, the method using the triaxial compression apparatus was devised and used to apply the confining pressure which is considered difficult in the existing model test on the soil. Steel rods (6mm dia.) and aluminum plates (8mm thickness, 50mm dia.) were used to simulate piles and rafts respectively. Jumunjin standard sands were used to ensure the homogeneity of the sample. After the sample with the piled raft model was laid inside the triaxial cell, the confining pressure was applied and then the compressive force was applied. The increase and/or decrease ratio of the bearing capacity, the load distribution ratio between raft and piles and the effect of settlements decrease depending on the confining pressure, the number of piles and the length of piles were analyzed and the bearing capacity and skin friction of the pile was calculated. By the results of these experiments, the bearing capacity increased and the settlement decreased with this piled raft foundation system. Especially the effect was larger with the increase of the number of piles than with the increase of length of piles. Hereafter, the study of the load transfer mechanism of piles under confining pressure would be made possible using these small model tester like triaxial compression apparatus.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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