A rigorous and generic similarity solution is developed for assessment of the undrained expansion responses of a cylindrical cavity expansion in K0-consolidated anisotropic soils. A K0-consolidated anisotropic modified Cam-clay (K0-AMCC) model that can represent the initial stress anisotropy and the effects of stress-induced anisotropy is used to model the soil behaviors during cavity expansion. All the seven basic unknowns, the three stress components, the pore water pressure, the particle velocity, the specific volume and the hardening parameter, are reduced to the functions of a dimensionless radial coordinate and are taken as coupled variables to formulate the problem. The governing equations are formulated by making use of the equilibrium equation, the constitutive equation, the consistency condition, the continuity condition and the undrained condition, which are then solved as an initial value problem. The proposed rigorous similarity solution is compared with some well-documented rigorous solutions to validate the solution and to highlight the special expansion responses in anisotropic soils. The results reveal that the present solution can yield more predictions for cavity expansion problems in soils with initial anisotropic stresses.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.37
no.2
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pp.64-72
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1995
A series of cubical triaxial tests with three independent principal stresses was per- formed on Baekma river sand( # 40~100). It was found that the major principal strain at failure remained approximately constant for b values larger than about 0.3 for both the drained and undrained condition, and thereafter increased as b value decreased. The test results showed that the direction of the strain increment at failure form acute angles with the failure surfaces for both the drained and undrained condition. The results were thus not in agreement with the normality condition from classic plasticity theory. Howev- er, it was found that the projections of the plastic strain increment vectors on the octahe- dral plane were perpendicular to the failure surface in that plane. Failure strength in terms of effective stress anlaysis was greatly influenced by the variation of intermediate principal stress and so was failure criterion. The effective stress failure surfaces for both the drained and undrained condition were estimated quite well by use of Lade's failure criterion.
Alzabeebee, Saif;Zuhaira, Ali Adel;Al-Hamd, Rwayda Kh. S.
Geomechanics and Engineering
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v.28
no.4
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pp.397-404
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2022
Accurate prediction of the undrained shaft resistance is essential for robust design of bored piles in undrained condition. The undrained shaft resistance is calculated using the undrained adhesion factor multiplied by the undrained cohesion of the soil. However, the available correlations to predict the undrained adhesion factor have been developed using simple regression techniques and the accuracy of these correlations has not been thoroughly assessed in previous studies. The lack of the assessment of these correlations made it difficult for geotechnical engineers to select the most accurate correlation in routine designs. Furthermore, limited attempts have been made in previous studies to use advanced data mining techniques to develop simple and accurate correlation to predict the undrained adhesion factor. This research, therefore, has been conducted to fill these gaps in knowledge by developing novel and robust correlation to predict the undrained adhesion factor. The development of the new correlation has been conducted using the multi-objective evolutionary polynomial regression analysis. The new correlation outperformed the available empirical correlations, where the new correlation scored lower mean absolute error, mean square error, root mean square error and standard deviation of measured to predicted adhesion factor, and higher mean, a20-index and coefficient of correlation. The correlation also successfully showed the influence of the undrained cohesion and the effective stress on the adhesion factor. Hence, the new correlation enhances the design accuracy and can be used by practitioner geotechnical engineers to ensure optimized designs of bored piles in undrained conditions.
Borehole instability during drilling process occurs frequently when drilling through shale formation. When a borehole is drilled in shale formation, the low permeability leads to an undrained loading condition. The pore pressure in the compressed area near the borehole may be higher than the initial pore pressure. However, the excess pore pressure caused by stress concentration was not considered in traditional borehole stability models. In this study, the calculation model of excess pore pressure induced by drilling was obtained with the introduction of Henkel's excess pore pressure theory. Combined with Mohr-Coulumb strength criterion, the calculation model of collapse pressure of shale in undrained condition is obtained. Furthermore, the variation of excess pore pressure and effective stress on the borehole wall is analyzed, and the influence of Skempton's pore pressure parameter on collapse pressure is also analyzed. The excess pore pressure decreases with the increasing of drilling fluid density; the excess pore pressure and collapse pressure both increase with the increasing of Skempton's pore pressure parameter. The study results provide a reference for determining drilling fluid density when drilling in shale formation.
In order to ensure the stability of reinforced structures backfilled with low permeability soil, it is very important to determine the change in undrained pullout capacity compared to drained pullout capacity prior to design. In this research, a series of numerical analyses on laboratory pullout tests have been performed on different materials (clean sand, 5, 10, and 15% silty sand), different overburden pressures (30, 100 and 200 kPa), and different drainage conditions (drained and undrained) in order to compare drained pullout capacity with undrained pullout capacity. The results of numerical analysis also have been compared with the results of the laboratory pullout tests. The analysis results show that both drained and undrained pullout capacity are influenced by silt contents and increase with increase of friction angle of the soil and overburden pressure. In undrained condition, the effective stresses acting on the reinforcement decrease as excessive pore pressures are generated, resulting in decrease in pullout capacity; 57% for 30 kPa, and 70% for 100 and 200 kPa. These results show a good agreement with the results of the laboratory pullout tests performed under the same condition.
Effective stresses may decrease due to generation of excessive pore pressure at the interface between soil and reinforcement in undrained condition such as rapid drawdownof groundwater level, resulting in the decrease in pullout capacity of the reinforcement. In this research, a series of laboratory pullout tests have been performed on different materials (clean sand, 5, 10, 15 and 35% silty sand), different overburden pressures (30, 100 and 200 kPa), and different drainage conditions (drained and undrained) in order to compare drained pullout capacity with undrained pullout capacity. The test results show that both drained and undrained pullout capacity are influenced by silt contents and increase with the increase of friction angle of the soil. The pullout capacity and the pullout displacement required to reach the peak value also increase as the overburden pressure increases. In undrained condition, the effective stresses acting on the reinforcement decrease as excessive pore pressures are generated, resulting in the decrease in pullout capacity and pullout displacement.
An elastic-plastic solution for cavity expansion problem considering strength degradation, undrained condition and initial anisotropic in-situ stress is established based on the Tresca yield criterion and cavity expansion theory. Assumptions of large-strain for plastic region and small-strain for elastic region are adopted, respectively. The initial in-situ stress state of natural soil mass may be anisotropic caused by consolidation history, and the strength degradation of soil mass is caused by structural damage of soil mass in the process of loading analysis (cavity expansion process). Finally, the published solutions are conducted to verify the suitability of this elastic-plastic solution, and the parametric studies are investigated in order to the significance of this study for in-situ soil test.
A three-dimensional elastoplastic constitutive model, also known as a UH model (Yao et al. 2009), was developed to describe the stress-strain relationship for normally consolidated and over-consolidated soils. In this paper, an acoustic tensor and discriminator of bifurcation for the UH model are derived for the strain localization of saturated clays under undrained and fully and partially drained conditions. Analytical analysis is performed to illustrate the points of bifurcation for the UH model with different three-dimensional stress paths. Numerical analyses of cubic specimens for the bifurcation of saturated clays under undrained and fully and partially drained conditions are conducted using ABAQUS with the UH model. Analytical and numerical analyses show the similar bifurcation behaviour of overconsolidated clays in three-dimensional stress states and various drainage conditions. The results of analytical and numerical analyses show that (1) the occurrence of bifurcation is dependent on the stress path and drainage condition; and (2) bifurcation can appear in either a strain-hardening or strain-softening regime.
This study aimed to find out the pullout capacity of inclined strip anchor plate embedded in anisotropic and nonhomogeneous fully saturated cohesive soil in undrained condition. The ultimate pullout load has been found out by using numerical lower bound finite element analysis with linear programming. The undrained pullout capacity of anchor plate of width B is determined for different embedment ratios (H/B) varying from 3 to 7 and various inclination of anchor plates ranging from $0^{\circ}$ to $90^{\circ}$ with an interval of $15^{\circ}$. In case of anisotropic fully saturated clay the variation of cohesion with direction has been considered by varying the ratio of the cohesion along vertical direction ($c_v$) to the cohesion along horizontal direction ($c_h$). In case of nonhomogeneous clay the cohesion of the undrained clay has been considered to be increased with depth below ground surface keeping $c_v/c_h=1$. The results are presented in terms of pullout capacity factor ($F_{c0}=p_u/c_H$) where $p_u$ is the ultimate pullout stress along the anchor plate at failure and $c_H$ is the cohesion in horizontal direction at the level of the middle point of the anchor plate. It is observed that the pullout capacity factor increases with an increase in anisotropic cohesion ratio ($c_v/c_h$) whereas the pullout capacity factor decreases with an increase in undrained cohesion of the soil with depth.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.45
no.4
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pp.137-143
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2003
The initial condition of $\Delta \sigma_3 \;=\; \Delta u$ is used for analyzing the time dependent behavior of ground. This is based on the concept that the coefficient of pore water B is the unity on the condition of saturation. but some measured consolidation data in the field showed that the pore water pressure was not dissipated as time elapsed but it was maintained constant value or it's dissipation rate was slower than that of the predicted. and so the measured data of pore water pressure was not consistent with that of settlement. In this study, the rheological model for the pore water pressure behavior on undrained condition was induced and compared with the experiment data of the literature. The result showed that the suggested model was consistent well with the result of experiment, but the suggested model could not explain the effect of the decrease of void ratio according to consolidation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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