The interaction between the frozen soil and building structures deteriorates with the increasing temperature. A nuclear magnetic resonance (NMR) stratification test was conducted with respect to the unfrozen water content on the interface and a shear test was conducted on the frozen soil-structure interface to explore the shear characteristics of the frozen soil-structure interface and its failure mechanism during the thawing process. The test results showed that the unfrozen water at the interface during the thawing process can be clearly distributed in three stages, i.e., freezing, phase transition, and thawing, and that the shear strength of the interface decreases as the unfrozen water content increases. The internal friction angle and cohesive force display a change law of "as one falls, the other rises," and the minimum internal friction angle and maximum cohesive force can be observed at -1℃. In addition, the change characteristics of the interface strength parameters during the freezing process were compared, and the differences between the interface shear characteristics and failure mechanisms during the frozen soil-structure interface freezing-thawing process were discussed. The shear strength parameters of the interface was subjected to different changes during the freezing-thawing process because of the different interaction mechanisms of the molecular structures of ice and water in case of the ice-water phase transition of the test sample during the freezing-thawing process.
Chang, Yong-Chai;Lee, Seung-Eun;Seo, Ji-Woong;Bowders, John J.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.03a
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pp.813-818
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2009
Shear properties of plastic bottle film/plastic bottle film and plastic bottle film/granitic soil which were evaluated from static friction tests. The monotonic shear experiments were performed by using an tilt table apparatus and large direct shear device. The test results showed that the friction angle of each interface and the interface depended on the amount of normal stress, the type of the interface used. Therefore, the testing method should be determined carefully by considering the type of loads and normal stress expected in the field with using the materials installed in the site.
As shear occurs along a soil-structure interface, a localized zone with a thickness of several grain diameters will develop in soil along the interface, forming an interfacial layer. In this paper, the behaviour of a soil-structure interface is studied numerically by modelling the plane shear of a granular layer bounded by rigid plates. The mechanical behaviour of the granular material is described with a micro-polar hypoplastic continuum model. Numerical results are presented to show the development of shear localization along the interface for shearing under conditions of constant normal pressure and constant volume, respectively. Evolution of the resistance on the surface of the bounding plate is considered with respect to the influences of grain rotation.
Geomembrane, compacted clay liner, and geosynthetic clay liner (GCL) are widely used to prevent leachate from leaking to adjacent geo-environment at a municipal solid waste (MSW) landfill. Interface shear strength between GCL and geomembrane installed at a landfill side slope is important properties for the safe design of side liner or final cover systems. The interface shear strength between two geosynthetics was estimated by a large direct shear test in this study. The shear strength was evaluated by the Mohr-Coulomb failure criterion. The effects of normal stress, hydration or dry condition, and a hydration method were investigated. The test results show that the interface shear strength and shear behavior varied depending up on the level of normal stress, the type of geosynthetic combinations, and a hydration method. When GCLs were sheared after being hydrated under 6kPa loading, the results were consistent with those published by other researchers. Summaries of friction angles, normal stress and hydration condition is presented. These friction angles could be used as a reference value at a site where similar geosynthetics are installed.
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.
Park, Byungkwan;Lee, Chulho;Choi, Soon-Wook;Kang, Tae-Ho;Kim, Jintae;Choi, Myung-Sik;Jeon, Seokwon;Chang, Soo-Ho
Geomechanics and Engineering
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v.16
no.4
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pp.385-397
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2018
This study evaluates the interfacial properties of composite specimens consisting of shotcrete and sprayed waterproofing membrane. Two different membrane prototypes were first produced and tested for their waterproofing ability. Then composite specimens were prepared and their interfacial properties assessed in direct shear and uniaxial compression tests. The direct shear test showed the peak shear strength and shear stiffness of the composites' interface decreased as the membrane layer became thicker. The shear stiffness, a key input parameter for numerical analysis, was estimated to be 0.32-1.74 GPa/m. Shear stress transfer at the interface between the shotcrete and membrane clearly emerged when measuring peak shear strengths (1-3 MPa) under given normal stress conditions of 0.3-1.5 MPa. The failure mechanism was predominantly shear failure at the interface in most composite specimens, and shear failure in the membranes. The uniaxial compression test yielded normal stiffness values for the composite specimens of 5-24 GPa/m. The composite specimens appeared to fail by the compressive force forming transverse tension cracks, mainly around the shotcrete surface perpendicular to the membrane layer. Even though the composite specimens had strength and stiffness values sufficient for shear stress transfer at the interfaces of the two shotcrete layers and the membrane, the sprayed waterproofing membrane should be as thin as possible whilst ensuring waterproofing so as to obtain higher strength and stiffness at the interface.
The novel form of composite walling system consists of two skins of profiled steel sheeting with an in-fill of concrete. The behaviour of such walling under in-plane shear is important in order to utilise this system as shear elements in a steel framed building. Steel sheet-concrete interface governs composite action, overall behaviour and failure modes of such walls. This paper describes the finite element (FE) modelling of the shear behaviour of walls with particular emphasis on the simulation of steel-concrete interface. The modelling of complex non-linear steel-concrete interaction in composite walls is conducted by using different FE models. Four FE models are developed and characterized by their approaches to simulate steel-concrete interface behaviour allowing either full or partial composite action. Non-linear interface or joint elements are introduced between steel and concrete to simulate partial composite action that allows steel-concrete in-plane slip or out of plane separation. The properties of such interface/joint elements are optimised through extensive parametric FE analysis using experimental results to achieve reliable and accurate simulation of actual steel-concrete interaction in a wall. The performance of developed FE models is validated through small-scale model tests. FE models are found to simulate strength, stiffness and strain characteristics reasonably well. The performance of a model with joint elements connecting steel and concrete layers is found better than full composite (without interface or joint elements) and other models with interface elements. The proposed FE model can be used to simulate the shear behaviour of composite walls in practical situation.
Based on Hamilton's principle, the flexural vibration differential equations and boundary conditions of the steel-concrete composite beam (SCCB) with comprehensive consideration of the influences of the shear deformation, interface slip and longitudinal inertia of motion were derived. The analytical natural frequencies of flexural vibration were compared with available results previously observed by the experiments, the results calculated by the FE model and the other similar beam theories available in the open literatures. The comparison results showed that, the calculation results of the analytical and Timoshenko models had a good agreement with the results of the experimental test and FE model. Finally, the influences of shear deformation and interface slip on the flexural natural frequencies of the SCCB were discussed. The shear deformation effect increases with the increase of the mode orders of flexural natural vibration, and the flexural natural frequencies of the higher mode orders ignoring the influence of shear deformations effect would be overestimated. The interface slip effect decrease with the increase of the mode orders of flexural natural vibration, and the influence of the interface slip effect on flexural natural frequencies of the low mode orders is significant. The influence of the degree of shear connection on shear deformation effect is insignificant, and the low order modes of flexural natural vibration are mainly composed of the rotational displacement of cross sections.
This paper presents the results of an intensive experimental investigation on cyclic behavior of various sands and structural materials interface. Comprehensive measurements of the horizontal displacement and shear stresses developed during testing were performed using an automated constant normal load (CNL) cyclic direct shear test apparatus. Two different particle sizes (0.5 mm-0.25 mm and, 2.0 mm-1.0 mm) of sands having distinct shapes (rounded and angular) were tested in a cyclic direct shear testing apparatus at two vertical stress levels (${\sigma}=50kPa$, and 100 kPa) and two rates of displacement ($R_D=2.0mm/min$, and 0.025 mm/min) against various structural materials (i.e., steel, concrete, and wood). The cyclic direct shear tests performed during this investigation indicate that (i) the shear stresses developed during shearing highly depend on both the shape and size of sand grains; (ii) characteristics of the structural materials are closely related to interface response; and (iii) the rate of displacement is slightly effective on the results.
In this study, important characteristics were identified for the Geosynthetic-soil interface using overburden pressure and saltwater and fresh water to evaluate silt shear behavior of the Geosynthetic-soil interface. In addition, waste landfill can secure spaces for waste disposal in the sea and this spaces can be used for additional facilities which will be necessary in the future. Analysis of behavior characteristics on interface of Geosynthetic-soil shows that, if analyzed using standard consolidometers, the consolidation stress of fresh water increased significantly more than saltwater. When analyzed using cyclic shear apparatus, saltwater and freshwater in both conditions, the displacement value increases as the wire gauges become closer to the lower module, and the shear fracture tends to occur radically under saltwater conditions than fresh water. Therefore, seawater, fresh water that act on the interface of geosynthetic-soil, and installation of facility using geosynthetic should be considered as important parameters that are essential for the dynamic design factor of the water controlling facility.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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