Cavity expansion and contraction solutions for cylindrical and spherical cavities in unsaturated residual soils are presented in this paper. Varying soil state in the plastic zone is accounted by a numerical approach, wherein an element-by-element discretization of the plastic zone of both expanding and contracting cavities is carried out. Unlike existing methods utilizing self-similarity technique, the solution procedure enables the prediction of entire soil-state at any stage of expansion and subsequent contraction. It is also applicable for both cavity creation and expansion problems. The approach adopts constant contribution of suction to effective stress (constant Xs drainage condition) for analysis. The analysis procedure is validated by interpreting the previously reported pressuremeter test results in lateritic residual soil. The typical cavity expansion and contraction characteristics of unsaturated Indian lateritic soil were then examined using this solution procedure. The effect of initial soil-state on cavity limit pressure, plastic radius, reverse yield pressure, and reverse plastic radius are also presented.
This study was conducted to explore the tensile strength models in granular soil at the full range of unsaturated state. Direct tension experiments were carried out with a newly developed direct tension technique. The measured experimental data were compared with theoretical models developed by Rumpf and Schubert for monosized ideal particulate solids at the unsaturated state. To do this, the soil-water characteristic curve obtained from a suction-saturation experiment was used to define the unsaturation state and the negative pore water pressure with different water content levels, which are important factors in theoretical tensile strength models. The nonlinear behavior of the tensile strength for unsaturated granular soil at the pendular state is appropriately simulated with Rumpf's model. For the funicular and capillary states, the predicted trend by Schubert's model is properly matched with the experimental data: tensile strength steadily increases and reaches a maximum value and then decreases until it reaches zero. This comparison supports the concept that the tensile strength of unsaturated real granular soil can be approximately simulated with theoretical models.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.4D
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pp.571-576
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2011
In general, conventional road pavements are designed under the assumption that the shear strength of geomaterials are under saturated state. In reality, however, most of the pavement geomaterials exists under the unsaturated state. To deal with this gap between saturated and unsaturated conditions, in this paper, unsaturated shear strength was estimated using the results from the triaxial compression test and soil-water characteristics curves. Then, yield loads were assessed using 2-Dimensional finite element method with the selected nonlinear elastic model and the Mohr-Coulomb yield criteria. In addition, various unsaturated condition and surface layer effects on the yield load of granular materials were identified. Therefore, the results demonstrated would provide a possibility to estimate bearing capacity of paved or unpaved roads using unsaturated soil mechanics.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.17
no.3
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pp.3815-3832
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1975
This study was made to investigate various engineering properties of earth materials resulting from their changes in density and moisture content. The results obtained in this study are summarized as follows: 1. The finner the grain size is, the bigger the Optimum Moisture Content(OMC) is, showing a linear relationship between percent passing of NO. 200 Sieve (n) and OMC(Wo) which can be represented by the equation Wo=0.186n+8.3 2. There is a linear relationship of inverse proportion between OMC and Maximum Dry Density (MDD) which can be represented by the equation ${\gamma}$d=2.167-0.026Wo 3. There is an exponential curve relationship between void ratio (es) and MDD whose equation can be expressed ${\gamma}$d=2.67e-0.4550.9), indicating that as MDD increases, void ratio decreases. 4. The coefficent of permeability increases in proportion to decrease of the MDD and this increase trend is more obvious in coarse material than in fine material, and more obvious in cohesionless soil than in cohesive soil. 5. Even in the same density, the coefficient of permeability is smaller in wet than in dry from the Optimum Moisture Content. 6. Showing that unconfined compressive strength increases in proportion to dry density increase, in unsaturated state the compacted in dry has bigger strength value than the compacted in wet. On the other hand, in saturated state, the compacted in dry has a trend to be smaller than the compacted in wet. 7. Even in the same density, unconfined compressive strength increases in proportion to cohesion, however, when in small density and in saturated state, this relationship are rejected. 8. In unsaturated state, cohesion force is bigger in dry than in wet from OMC. In saturated state, on the other hand, it is directly praportional to density. 9. Cohesion force decreases in proportion to compaction rate decrease. And this trend is more evident in coarse matorial than in fine material. 10. Internal friction angle of soil is not influenced evidently on the changes of moisture content and compaction rate in unsaturated state, On the other hand in saturated state it is influenced density. 11. Cohesion force is directly proportional to unconfined compressive strength(qu), indicating that it has approximately 35 percent of qu in unsaturated state and approximately 70 percent of qu in saturated state.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.47
no.4
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pp.35-41
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2005
In order to analyse the flow problems for an unsaturated soil, it is required to examine closely the characteristics of the coefficient of permeability which is changing with the matric suction. To this ends, a permeability test was conducted on the three samples;granular soil, cohesive soil and silty soil. The specimen was made by pressing the static pressure on the mold filled with soil and the void ratio was controled with the different compaction ratio. And the test was performed by using the modified apparatus of the steady state method which was proposed by flute (1972). The range of matric suction was 0-90 kPa. The measured results for the coefficients of permeability were analysed with the void ratio and the compaction ratio, and it was examined closely the characteristics of the permeability for an unsaturated soil.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.36
no.4
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pp.87-94
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1994
The aim of the work descrihed in this paper is to study a characteristics of an unsaturated soil for the different matric suctions. To this end, a series of suction controlled isotropic and triaxial compression tests is conducted on silty sands. Matric suction is controlled by the axis translation technique using high air entry ceramic disk. Total volume change, air and water volume changes are measured by the device made for the experiment. The specimens are compacted using a half of Proctor compaction energy and with the water contents of 5% drier than the optimum moisture contents. Isotropic compression and triaxial compression tests are conducted on the specimen at each equilibrium state of matric suction. From test results, volume changes and deviator stresses are analyzed at each state and their relationships are formulated.
Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference
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2005.10a
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pp.393-398
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2005
In order to treat flow problems for an unsaturated soils, it is required the mediation of the coefficient of permeability with variation of suction. The coefficient of permeability for soils can be determined by the direct or indirect methods. The direct methods of permeability can be performed either in the laboratory or in the field. The indirect methods can be predicted from the soil-water characteristics curve. Laboratory test methods to measure the coefficient of permeability can be categorized into two types, steady-state and unsteady-state. In this study, the coefficient of permeability for unsaturated soils was determined by the modified apparatus for steady state-method(Klute, 1972) and was predicted from the equations of Brooks and Corey(1964) and Van Genuchten(1980). Experimental results were compared with predicted coefficient of permeability and verified applicability of the two equations.
In this paper, shear strength characteristics of an unsaturated soil were compared using triaxial compression tests(CD) and modified direct shear tests and thus feasibility of the newly modified direct shear testing apparatus was confirmed. The shear strength tests of unsaturated state with a soil sample, obtained from a slope where debris flow occurred at Yangpyeong in Kyeunggi province during 2010, were performed. Both tests showed a linear relationship of matric suction with the shear strength under low level of matric suction. The apparent cohesion of the unsaturated soil was also increased linearly with increase of matric suction. As results of comparing two different testing apparatus, estimated values of shear strength parameters of unsaturated soil($c^{\prime}$, ${\phi}^b$) were slightly larger in the modified direct shear tests due to constraint effect of shear box.
Purpose: The presence of the matric suction in unsaturated soil increases the stability of the slope, but the reduction of the matric suction due to precipitation can cause sudden slope failure, resulting in a major disaster. In this paper, engineering characteristics in unsaturated state were analyzed for granite weathering soil, which is the representative mountain soil of Korea. Method: Experiments and analysis were conducted on granulated weathering soil as unsaturated shear strength relationships for moisture characteristic curves, unsaturated injection curves, and matric suction under unsaturated conditions. Result: It was analyzed that a rapid change in the matric suction for volumetric water content occurs compared to the case where the particle size distribution is poor and the particle size distribution is good. A good case for the particle size distribution indicates a relatively small permeability coefficient at the same matric suction capacity compared to a poor case. The greater thematric suction, the greater the shear strength. Conclusion: For Korea's representative soil, granulated weathering soil, the functional characteristic curves, unsaturated permeability coefficients, unsaturated shear strength, etc., which are engineering characteristics in unsaturated state, were tested to secure each correlation.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.48
no.7
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pp.35-43
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2006
This study was carried out to investigate the liquefaction behaviour and predict deviator stress with matric suction, of unsaturated silty sand. The unsaturated soil tests were conducted using a modified triaxial cell and specimens were prepared using the moisture tamping method. The axis translation technique was used to create the desired matric suctions in the specimen. Undrained triaxial compression tests were carried out at matric suction of 0, 2, 5, 10 and 25 kPa. The specimens were sheared to axial strains of about 20% to obtain steady state conditions. The results showed that liquefaction of silty sand only occurs at matric suction of 0 kPa and 2 kPa. The results also show that at matric suctions of 5, 10 and 25 kPa, the resistance to liquefaction increases. As the suction increases, the undrained effective stress path approached the drained stress path. Also, the predicted and measured maximum deviator stress for unsaturated soils using the effective stress concept showed good agreement as matric suction increases. The deviator stress increase is nonlinear as matric suction increases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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