KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.6C
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pp.277-285
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2009
A series of undrained cyclic triaxial tests were carried out to investigate the cyclic shear stress strength characteristics of sands with respect to the silt content. Silty sand was collected around the basin of Nak-Dong River and remolded in laboratory with the range of silt content 0~50% in sand located. As results, with the change of silt content cyclic shear stress ratio (CSR) at N=10 showed the maximum value at 5% and the minimum at 20% in all relative density. The development tendency of the pore water pressure analyzed by the relationship cyclic ratio and pore water pressure ratio is unrelated the change of CSR varying silt content. Comparing the results of the void ratio and skeleton void ratio after consolidation, CSR varying silt content was much affected by skeleton void ratio which is known to affect shear behavior of silty sand.
In this study, a series of undrained cyclic triaxial tests were performed with three different consolidation stress ratios ($K_c$=1.0, 1.5, 2.0) to investigate the undrained shear strength characteristics of sands with respect to the amount of contained silt located around the basin of Nak-dong River. The test results show that the more the sand has silt, the lower is cyclic shear stress ratio (CSR) in all $K_c$ and that the higher $K_c$ goes, the larger CSR decreases due to the increase of contained silt. The excessive pore pressure caused during shearing has an influence on the decrease of CSR by the high initial pore pressure in proportion to the amount of contained silt regardless of the $K_c$ value. After consolidation, the analysis of the skeleton void ratio of the sample reveals that the main cause of the decrease of CSR as well as the increase of the initial excessive pore pressure is the increase of the skeleton void ratio in proportion to the amount of contained silt.
Usually, the cyclic shear stress ratio (CSR) for the assessment of liquefaction has been determined by performing ground response analysis or adopting simplified method suggested by Seed & Idriss with some modifications. In order to analyze the applicability of the CSR evaluation methods, the present study performed one-dimensional equivalent linear analysis and evaluated CSR based on design codes from FHWA, JRA, and KDS. The comparison of the CSR obtained from each code showed that the CSR from KDS showed the largest error with the analysis results. The reason is because KDS has an error, which defines the stress reduction coefficient applying the maximum acceleration at each depth, not the maximum cyclic shear stress mobilized in the soil.
This paper presents the interrelationship between undrained static and cyclic shear behavior. Laboratory works were performed through the undralned static and cyclic triaxial test using Nak-Dong River sand. And static triaxial test involved the triaxial extension test for comparison with cyclic shear behavior Cyclic triaxial test was performed with a variety of combination conditions of initial static shear stress $(q_{st})$ and cyclic stress $(q_{cy})$. In this result, the stress path of cyclic shear behavior was correspondent with static shear behavior passing the critical stress ratio (CSR) line because of the development of flow deformation. After that, a failure occurred according to failure line (FL) of static shear behavior. The stress path of cyclic shear behavior showed essentially the same with static shear behavior, although it appears a little different in test method.
An experimental study has been conducted to evaluate the effects of average and cyclic shear stresses on the undrained failure behaviors of dense marine silty sand by using the Cyclic Direct Simple Shear apparatus. The results show that when the average shear stress ratio is zero, symmetric cyclic shear deformation is the major component of deformation, and permanent shear deformation is relatively small. On the other hand, when the average shear stress ratio is larger than zero, asymmetric permanent shear deformation is the major component, and cyclic shear deformation does not change much as the number of cyclic loads increases. The average shear stress ratio has less effects on the number of cyclic loads needed to fail, as compared with the cyclic shear stress ratio. The proposed stress-dependent failure contour can effectively be used to assess the cyclic shear strength of soil beneath the foundation for the design of offshore structures.
An experimental study has been conducted by using the Cyclic Direct Simple Shear apparatus to evaluate the influence of average and cyclic shear stresses on the undrained shear failure behavior of marine silty sand considering various relative densities. The obtained results show that despite using different relative densities, similar trends were gained in the cyclic shear deformation. Moreover, the cyclic shear deformation is affected mainly by the average and cyclic shear stresses. The number of cyclic loads for failure is significantly affected by the cyclic shear stress ratio and relative density, and is less affected by the average shear stress ratio. The proposed three-dimensional stress-dependent failure contour can be used effectively to assess the soil shear strength considering various relative densities in the design of foundation used for offshore structures.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2000.03b
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pp.239-246
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2000
It has been generally much fine contents in West Coast of Korea. When cyclic shear stress causing liquefaction was estimated as using cyclic triaxial tests in these grounds, it didn't appear linear relations between deviator stress and confining stress where σ'₃ was more than 150 kpa. Namely, due to no normalization of cyclic shear stress ratio, the errors of this is increased. Therefore, more confining stress is increased, more increment of deviator stress is decreased. So, using linear relations between tanø'/sub d/ of dynamic internal friction angle and CSR where σ'₃ was less than 150 kpa, liquefaction of these grounds was evaluated. Also, as doing detail evaluation which had carried response analysis of earthquake, this appeared good results which was well compatible with empirical methods using N-value of SPT. It was thought that these result evaluated vulnerable liquefaction area more correct than existing methods. Also, characteristics of liquefaction in West Coast grounds was compared with clean sands, with analysis of behavior of pore pressure ratio and axial strain affected by fine contents, as cyclic loading was applied.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2005.03a
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pp.916-923
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2005
In this study, to observe aging effect of undrained shear behavior for Nak-Dong River sand, undrained static and cyclic triaxial tests were performed with changing relative density ($D_r$), consolidation stress ratio($K_c$) and consolidation time. As a result of the test, the modulus of elasticity to all samples estimated within elastic zone by the micro strain of about 0.05% in case of static shear behavior increased with the lapse of consolidation time significantly, so aging effect was shown largely. Also strength of phase transformation point(S_{PT}$) and strength of critical stress ratio point($S_{CSR}$) increased with the lapse of consolidation time. Undrained cyclic shear strength($R_f$) obtained from the failure strain 5% increased in proportion to relative density($D_r$) and initial static shear stress($q_{st}$), $R_f$ of consolidated sample for 1,000 minutes increased about 10.6% compared to that for 10 minutes at the loose sand, and $R_f$ increased about 7.0% at the medium sand. In situ application range of $R_f$ to the magnitude of earthquake for Nak-Dong River sand was proposed by using a increasing rate of $R_f$ as being aging effect shown from this test result.
This research, in order to study the effects of initial shear stress of anisotropically consolidated sand that has 0.558% fines, performed several undrained static and dynamic triaxial test. To simulate the real field conditions, loose and dense samples were prepared. Besides, the cyclic shear strength of Nakdong River sand under various combinations of initial static shear stress, stress path, pore water pressure and residual strength relationship was studied. By using Bolton's theory, peak internal friction angle at failure which has considerable effects on the relative density and mean effective stress was determined. In p'- q diagram, the phase transformation line moves closer to the failure line as the specimen's initial anistropical consolidation stress increases. Loose sands were more affected than dense sands. The increase of consolidation stress ratio from 1.4 to 1.8 had an effect on liquefaction resistance strength resulting from the increase of relativity density, and showed similar CSR values in dense specimen condition.
Even though the importance of predicting build-up of pore pressure under cyclic loading is recognized, effective stress analysis is rarely performed due to difficulties in selecting the parameters for the pore pressure model. In this paper, a new stress based numerical model for predicting pore pressure under cyclic loading is developed. The main strength of the model is that it is easy-to-use, requiring only the CSR-N curve in selecting the parameters. Another advantage of the model is that it can be used for any loading pattern and therefore can be implemented in an effective stress time-domain dynamic analysis code. The accuracy of the model is validated through its comparisons with measurements in literature and laboratory test data collected in Korea. Further comparisons with another stress based pore pressure model highlighted the superiority of the proposed model.
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