Granulated coal ash (GCA), a mixture of the by-product from milling processes with a small amount of cement added, has recently come to be used as a new form of geomaterial. The shear strength and deformation behaviours of GCA are greatly determined by its relative density or void ratio. A series of drained triaxial compression tests were performed on cylindrical specimens of GCA at confining pressures of between 50 kPa and 400 kPa at initial relative densities of 50%, 70% and 80%. Experimental results show that a rise in relative density increases the peak shear strength and intensifies the dilation behaviour. The initial tangent modulus and secant modulus of the stress-strain curve increase with increasing initial relative density, whereas the axial and volumetric strains at failure decrease with level of initial relative density. The stress-dilatancy relationships of GCA at different relative densities and confining pressures display similar tendency. The dilatancy behaviour of GCA is modelled by the Nova rule and the material property N in Nova rule of GCA is much larger than that of natural sand.
A box scale affects the shear behavior of soils in the direct shear test. The purpose of this study is to investigate the scale effect on the shear behavior of dilative granular materials by testing specimens of different heights placed in a type C shear box. Experimental tests were performed on specimens composed of glass beads with different heights and equal initial void ratios. Results showed that the peak friction and dilation angles linearly increased with the specimen height; however, the residual friction angle remained relatively constant. Similarly, the shear stiffness increased with the specimen height, rapidly reaching its peak state. Height does not have a significant effect on the total volume changes; nevertheless, a high aspect ratio can be assumed to result in global and homogeneous failure. The results and interpretations may be used as reference for recommending shear box scale in direct shear tests.
Cyclic shear test system, which is capable of measuring flow rate inside rock joint, was established to investigate the hydraulic behavior of rough rock joints under various loading conditions. Laboratory hydraulic tests during compression and shear were conducted for artificial rough rock joints. Prior to tests, aperture characteristics of specimens were examined by measuring surface topography. Permeability changes under compression were well approximated with several hydraulic model. Hydraulic behavior conformed to dilation characteristics in the first stage, and permeability increased with increase of dilation. As the shear displacement progressed, flow rate became somewhat constant due to gouge production and offset of apertures. Hydraulic behavior under cyclic shear loading was also influenced by the degradation of asperities and gouge production. In addition. the relation between hydraulic aperture and mechanical aperture under compression and shear loading was investigated and compared.
Understanding the frictional properties of rock discontinuities is crucial to ensure the stability of underground structures. In particular, the frictional behavior at depth depends on the complex interaction among mechanical, hydraulic, thermal and chemical characteristics and their coupled effects. In this study, a series of shear tests were carried out in a triaxial compression chamber to investigate the shearing behavior of saw-cut granite surface and rough shear surface of synthetic rocks. The test results were analyzed using Coulomb's shear strength criterion. The frictional behavior of saw-cut granite surface showed little variation at different confining, water pressures and temperature conditions, however in case of synthetic rocks, the frictional behavior showed different trend depending on normal stress level. In addition, the variation of stiffness and dilation at different testing conditions were analyzed, and the stiffness and dilation showed little variation at different water pressures and temperature conditions.
The purpose of this paper is to make an understanding of fundamental mechanism of shear behaviour between rock and concrete interfaces in the pile socketed into granite. The interface of pile socketed in rock can be modeled in laboratory tests by resolving the axi-symmetric pile situation into the two dimensional situation under CNS(constant normal stiffness) direct shear condition. In this paper, the granite core samples were used to simulate the interface condition of piles socketed in granite in our country. The samples were prepared in the laboratory to simulate field condition, roughness(angle and height), stress boundary condition, and then tested by CNS direct shear tests. This paper describes shearing behaviour of socket piles into domestic granite through the analysis of CNS test results. It was found out that the peak shear strength increases with the angle of asperity and CNS value, and also the dilation increases with the angle of asperity but decreases with the CNS value.
Oscar H. Moreno-Torres;Cristhian Mendoza-Bolanos;Andres Salas-Montoya
Geomechanics and Engineering
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v.35
no.4
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pp.449-464
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2023
Advanced nonlinear effective stress constitutive models are started to be frequently used in one-dimensional (1D) and two-dimensional (2D) site response analysis for assessment of porewater generation and liquefaction potential in soft soil deposits. The emphasis of this research is on the assessment of the implementation of this category of models at the element stage. Initially, the performance of a coupled porewater pressure (PWP) and constitutive models were evaluated employing a catalogue of 40 unidirectional cyclic simple shear tests with a variety of relative densities between 35% and 80% and effective vertical stresses between 40 and 80 kPa. The authors evaluated three coupled constitutive models (PDMY02, PM4SAND and PDMY03) using cyclic direct simple shear tests and for decide input parameters used in the model, procedures are recommended. The ability of the coupled model to capture dilation as strength is valuable because the studied models reasonably capture the cyclic performance noted in the experiments and should be utilized to conduct effective stress-based 1D and 2D site response analysis. Sandy soils may become softer and liquefy during earthquakes as a result of pore-water pressure (PWP) development, which may have an impact on seismic design and site response. The tested constitutive models are mathematically coupled with a cyclic strain-based PWP generation model and can capture small-strain stiffness and large-strain shear strength. Results show that there are minor discrepancies between measured and computed excess PWP ratios, indicating that the tested constitutive models provide reasonable estimations of PWP increase during cyclic shear (ru) and the banana shape is reproduced in a proper way indicating that dilation and shear- strain behavior is well captured by the models.
Pile load tests using Osterberg cells (O-cell) were conducted on cast-in-place concrete piles founded in oil sand fill and in situ oil sand at an industrial plant site in Fort McMurray, Alberta, Canada. Interpreted pile test results show that very high pile shaft resistance (with the Bjerrum-Burland or Beta coefficient of 2.5-4.5) against oil sand could be mobilized at small relative displacements of 2-3% of shaft diameter. Finite element simulations based on linear elastic and elasto-plastic models for oil sand materials were used to analyze the pile load test measurements. Two constitutive models yield comparable top-down load versus pile head displacement curves, but very different behaviour in mobilization of pile shaft and end bearing resistances. The elasto-plastic model produces more consistent matching in both pile shaft and end bearing resistances whereas the linear elastic under- and over-predicts the shaft and end bearing resistances, respectively. The mobilization of high shaft resistance in oil sand under pile load is attributed to the very dense and interlocked structure of oil sand which results in high matrix stiffness, high friction angle, and high shear dilation.
The number of studies investigating the response of concrete-filled tubes (CFTs) under shear has been very limited in the literature. This lack of research has been traditionally reflected in international design standards as rather conservative shear strength predictions for CFTs. The dearth of research on the shear response is even more pronounced for the case of concrete-filled stainless steel tubes (CFSSTs). In line with this, the present study investigates the shear response of circular and square CFSSTs using advanced finite element (FE) analysis. A thorough review of the previous studies on the shear response of carbon steel CFTs is provided along with a summary of past experimental programmes as well as the developed and codified design methods. A comprehensive numerical study is then conducted considering a wide range of circular and square, austenitic and lean duplex CFSSTs with different concrete infills and shear span-to-depth ratios. The effect of the tail length on the shear response is investigated and the minimum required tail length for achieving full shear capacity is established. The simulations are also used to highlight the importance of the dilation of the concrete core in the shear response of concrete-filled tubes and its relationship with the utilised boundary conditions. Furthermore, the numerical results are compared in detail with the predictions of design approaches developed previously for carbon steel CFTs and their accuracy and applicability to the stainless steel counterpart are demonstrated and recommendations are made accordingly.
Distinct element simulation in jointed rock masses is largely dependent upon the joint constitutive equation used. This paper describes the differences between the Barton-Bandits (BB) and the Mohr-Coulomb (MC) joint constitutive models for the stability analysis of the jointed rock slopes. The BB model, which allows the modelling of the dilation accompanying shear, predicts results very similar to the present condition of slopes. Consequently the 10 cm thick shotcrete was proposed for the reinforcement of those slopes. The MC model, however, in which the dilation angle is constant, is relatively insensitive to the behaviors of joints.
Lee Tae-Jin;Lee Sang-Geun;Lee Chung-In;Hwang Dae-Jin
한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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2003.11a
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pp.156-161
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2003
Mechanical behavior of rock joints usually can be characterized by small-scale laboratory shear tests due to economical and technical limitations, but their applicability to the behaviour of rock mass has been always questioned by a number of researchers because of scale effect. Though there have been several researches regarding the scale effect, it has been a controversial problem how to apply the result of small-scale laboratory shear test directly to field design from different conclusions among researchers. In order to grasp the trend of scale effect of shear behavior, a series of direct shear tests on replicas of natural rock joint surfaces made of gypsum cement with different size and roughness were conducted and analyzed. Result showed that as the size of the specimen increased, average peak shear displacement increased, but average shear stiffness and average peak dilation angle decreased. As for the dependency of scale on shear strength, the degree of scale effect was dependent on normal stress and roughness of rock joint. For the condition of low normal stress and high roughness, decrease of average peak shear strength with increasing size of joint was evident.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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