The mechanical properties of the concrete-frozen soil interface play a significant role in the stability and service performance of construction projects in cold regions. Current research mainly focuses on the precast concrete-frozen soil interface, with limited consideration for the more realistic cast-in-place concrete-frozen soil interface. The two construction methods result in completely different contact surface morphologies and exhibit significant differences in mechanical properties. Therefore, this study selects silty clay as the research object and conducts direct shear tests on the concrete-frozen soil interface under conditions of initial water content ranging from 12% to 24%, normal stress from 50 kPa to 300 kPa, and freezing temperature of -3℃. The results indicate that (1) both interface shear stress-displacement curves can be divided into three stages: rapid growth of shear stress, softening of shear stress after peak, and residual stability; (2) the peak strength of both interfaces increases initially and then decreases with an increase in water content, while residual strength is relatively less affected by water content; (3) peak strength and residual strength are linearly positively correlated with normal stress, and the strength of ice bonding is less affected by normal stress; (4) the mechanical properties of the cast-in-place concrete-frozen soil interface are significantly better than those of the precast concrete-frozen soil interface. However, when the water content is high, the former's mechanical performance deteriorates much more than the latter, leading to severe strength loss. Therefore, in practical engineering, cast-in-place concrete construction is preferred in cases of higher negative temperatures and lower water content, while precast concrete construction is considered in cases of lower negative temperatures and higher water content. This study provides reference for the construction of frozen soil-structure interface in cold regions and basic data support for improving the stability and service performance of cold region engineering.
Han, WooJin;Kim, Sang Yeob;Lee, Jong-Sub;Byun, Yong-Hoon
Geomechanics and Engineering
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v.18
no.4
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pp.407-415
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2019
A controlled low strength material (CLSM) is a highly flowable cementitious material used for trench backfilling. However, when applying vertical loads to backfilled trenches, shear failure or differential settlement may occur at the interface between the CLSM and natural soil. Hence, this study aims to evaluate the characteristics of the interface friction between the CLSM and soils based on curing time, gradation, and normal stress. The CLSM is composed of fly ash, calcium sulfoaluminate cement, sand, silt, water, and an accelerator. To investigate the engineering properties of the CLSM, flow and unconfined compressive strength tests are carried out. Poorly graded and well-graded sands are selected as the in-situ soil adjacent to the CLSM. The direct shear tests of the CLSM and soils are carried out under three normal stresses for four different curing times. The test results show that the shear strengths obtained within 1 day are higher than those obtained after 1 day. As the curing time increases, the maximum dilation of the poorly graded sand-CLSM specimens under lower normal stresses also generally increases. The maximum contraction increases with increasing normal stress, but it decreases with increasing curing time. The shear strengths of the well-graded sand-CLSM interface are greater than those of the poorly graded sand-CLSM interface. Moreover, the friction angle for the CLSM-soil interface decreases with increasing curing time, and the friction angles of the well-graded sand-CLSM interface are greater than those of the poorly graded sand-CLSM interface. The results suggest that the CLSM may be effectively used for trench backfilling owing to a better understanding of the interface shear strength and behavior between the CLSM and soils.
Mohammadi, Amirhossein;Ebadi, Taghi;Boroomand, Mohammad Reza
Geomechanics and Engineering
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v.20
no.4
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pp.299-312
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2020
The aim of this paper was to investigating the effects of soil relative density, construction materials roughness, oil type (gasoil, crude oil, and used motor oil), and oil content on the internal and interface shear behavior of sand with different construction materials by means of a modified large direct shear test apparatus. Tests conducted on the soil-soil (S-S), soil-rough concrete (S-RC), soil-smooth concrete (S-SC), and soil-steel (S-ST) interfaces and results showed that the shear strength of S-S interface is always higher than the soil-material interfaces. Internal and interface friction angles of sand beds increased by increase in relative density and decreased by increasing oil content. The oil properties (especially viscosity) played a major role in interface friction behavior. Despite the friction angles of contaminated sands with viscous fluids drastically decreased, it compensated by the apparent cohesion and adhesion developed between the soil grains and construction materials.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2004.03b
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pp.606-613
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2004
One of the major forces that causes landslide is the amount of underground water resulted from rainfall and shear strength. As a result of close study on the landslide area affected by typoon Rusa it is observed that many landslides took place at the interface of rock and soil. Based on this observation that shear strength at the interface played a great role in landslide of the hilly area, two shear strengths were measured on different places, one at the interface between rocks and soil and the other just on soil. The two values thus derived were compared and used to review the safety factor for the hilly areas already collapsed. Back analysis was also used to calculate the ground water table according to the different rock types at the time when degradation happened.
Haeri, Hadi;Sarfarazi, Vahab;Zhu, Zheming;Marji, Mohammad Fatehi;Masoumi, Alireza
Smart Structures and Systems
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v.23
no.1
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pp.81-90
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2019
The shear behavior of soil-concrete interface is mainly affected by the surface roughness of the two contact surfaces. The present research emphasizes on investigating the effect of roughness of soil-concrete interface on the interface shear behavior in two-layered laboratory testing samples. In these specially prepared samples, clay silt layer with density of $2027kg/m^3$ was selected to be in contact a concrete layer for simplifying the laboratory testing. The particle size testing and direct shear tests are performed to determine the appropriate particles sizes and their shear strength properties such as cohesion and friction angle. Then, the surface undulations in form of teeth are provided on the surfaces of both concrete and soil layers in different testing carried out on these mixed specimens. The soil-concrete samples are prepared in form of cubes of 10*10*30 cm. in dimension. The undulations (inter-surface roughness) are provided in form of one tooth or two teeth having angles $15^{\circ}$ and $30^{\circ}$, respectively. Several direct shear tests were carried out under four different normal loads of 80, 150, 300 and 500 KPa with a constant displacement rate of 0.02 mm/min. These testing results show that the shear failure mechanism is affected by the tooth number, the roughness angle and the applied normal stress on the sample. The teeth are sheared from the base under low normal load while the oblique cracks may lead to a failure under a higher normal load. As the number of teeth increase the shear strength of the sample also increases. When the tooth roughness angle increases a wider portion of the tooth base will be failed which means the shear strength of the sample is increased.
Various geosynthetics used as liners or protection layers are installed in the solid waste landfills. The interface shear strength between geosynthetics installed at the slope of the landfill is a very important variable for the safe design of the bottom and cover systems in the solid waste landfills. The interface shear strength between Geomembrane and Geotexile is estimated by a large direct shear test in this study, The effects of normal stress, water existing between geosynthetics and surface condition of Geomembrae, i.e. smooth or textured, were investigated. The test results show that the effect varied depending on the level of normal stress and the type of geosynthetic combinations. The shear strength was evaluated by the Mohr-Coulomb failure criterion in this research. The shear strength parameters obtained from tests considering the site specific conditions such as normal stress, dry or wet, and surface condition of geosynthetic should be applied to the design of geosynthetics installed at the slope of the landfill to construct a safe solid waste landfill.
Half-P.C. slab system is the composite structural system which utilizes precast concrete for lower portion and cast in situ concrete for upper portion slab. When the composite slab using Half P.C. slab is deformed by flexural moment, horizontal shear happened at the interface between Half P.C. slab and topping concrete. To resist horizontal shear strength a scratch method has tried. To determine ultimate interface shear strength, shear stress, and shear coefficient, high and normal strength concrete are used for topping concrete. Major variables are compressive strength of topping concrete with or without shear reinforcement, quantitative roughness of the P.C. :surface and tie or untie of the stud with welded deformed wire fabric in the P.C. member. The Icross sectional area on joints is 3,200 $cm^2$ in all specimens. Test results showed that shear stress increased, as the depth of the quantitative roughness increased. The horizontal shear strength could be resisted with safe by the quantitative roughness without shear tie. A shear coefficient determinant equation is proposed such that K = 0.025918 + 0.0068894$\cdot$R – 0.000182354${\cdot}R^2$
Large-scale direct shear tests were conducted in order to evaluate both the shear strength of soil itself and the interface shear strength between soil and woven geotextile. Two types of soil (sand and clay) with a woven geotextile were used in the experimental program. Total nine tests were conducted in this study. It has been found from the experimental results that the friction angle of sand itself were $30^{\circ}$. Interface friction angle between woven geotextile and sand showed $26^{\circ}$ indicating an efficiency of 87%. Similarly, interface friction angle between woven geotextile and clay showed $7.7^{\circ}$.
This research proposes a direct shear test method to evaluate the behavior of the soil-grout interface. The proposed test method was employed to conduct direct shear tests on two types of specimens: residual soil and residual soil-grout. The evaluation of the shear stress-slip curve indicated that the residual shear strength of residual soil-grout was similar to that of residual soil. It was further confirmed that residual soil determines the behavior of the critical state of the residual soil-grout interface. However, a remarkable increase in the maximum shear strength at the residual soil-grout interface was observed. The increase rate of the maximum shear strength was higher in loose soil due to the increased thickness of the interface layer where residual soil particles and grout particles are mixed.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2016.10a
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pp.81-82
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2016
The present study aims to derive optimal interface treatment conditions for emulating a monolithic construction. The joints in this construction are formed through the bonding shear evaluation method during the placement of ultra-high-performance concrete (UHPC) and normal strength concrete (NSC). The evaluation items include push-off tests for homogeneous UHPC + UHPC and heterogeneous NSC + UHPC. The experimental samples comprised a monolithic placement as the baseline, two levels for the separated placement according to the compression strength of concrete, and five levels for the interface treatment. The increase in the number of grooves and their cross-sectional areas only slightly influenced the bonding shear performance. The optimal interface treatment method for the homogeneous UHPC + UHPC construction grooves was at least 30mm. The heterogeneous NSC + UHPC construction should utilize waterjet roughening to expose the aggregate for the increased roughness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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