A semi-analytical solution to responses of overconsolidated (OC) unsaturated soils surrounding an expanding spherical cavity under constant suction condition is presented. To capture the elastoplastic hydro-mechanical property of OC unsaturated soils, the unified hardening (UH) model for OC unsaturated soil is adopted in corporation with a soil-water characteristic curve (SWCC) and two suction yield surfaces. Taking the specific volume, radial stress, tangential stress and degree of saturation as the four basic unknowns, the problem investigated is formulated by solving a set of first-order ordinary differential equations with the help of an auxiliary variable and an iterative algorithm. The present solution is validated by comparing with available solution based on the modified Cam Clay (MCC) model. Parametric studies reveal that the hydraulic and mechanical responses of spherical cavity expanding in unsaturated soils are not only coupled, but also affected by suction and overconsolidation ratio (OCR) significantly. More importantly, whether hydraulic yield will occur or not depends only on the initial relationship between suction yield stress and suction. The presented solution can be used for calibration of some insitu tests in OC unsaturated soil.
Constitutive relations for lightly overconsolidated state of clayey soils. as well as normally consolidated state of those, play an important role in the analyses of geotechnical structures in clay deposits. For the practical point of view, a constitutive model applicable to lightly overconsolidated soils should be developed to easily evaluate the model parameters, and to precisely predict the various behavior of OC soils. For that purpose, a constitutive model for the lightly overconsolidated soil behavior has been proposed to rep- resent the undrained behavior which can be normalized using equivalent pressure, p. , Yielding within the initial yield surface is modeled exclusively using the given normally consolidated model parameters only. Furthermore, the proposed model can be applied to consider the effects of overconsolidation, secondary consolidation, and stress relaxation. The measured behavior in undrained triaxial tests has been Predicted easily and precisely in comparison with other models.
The object of this paper is to study the general characteristics of overconsolidated silty clays subjected to repeated loading. The samples are first remolded. overconsolidated and a series of strain - controlled triaxial repeated tests are carried out. Generally the relationship of deviator stress - axial strain of overconsolidated clay is similar in pattern to the normally consolidated clay under single load. But the behavior of the pore water pressure build up in the sample subjected to repeated loading is dependent upon the consolidation history and the level of repeated stress. Therefore through the series of the tests, the characteristics of stress -strain relationship of soils which are differentlly overconsolidated are investigated, analysed and then compared with each soils. And also, from the relationship of test results, the strength and strain characteristics of soils are obierved. The equilibrium lines which presents the critical repeated stress and equilibrium state in the sample under repeated loading, are often straight, but may be curved. And the tendency of the equilibrium lines is observed as to the variation of overconsolidation ratio.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2001.03a
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pp.239-244
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2001
Natural clayey soils or improved grounds are in a overconsolidated conditions due to changes in vertical stress and pore pressures, desiccation, ageing and so on. These grounds show inelastic stress-strain behaviour characteristics within all range of strain except very small strain (${\gamma}$$\_$s/$\leq$10 ̄$^3$∼10 ̄$^4$%) when construction, such as excavations and retaining walls, is performed. Also it strongly depends on loading rate of current stress path and recent stress path. This study carried out drained stress path tests by varying loading rate of current and recent stress path. Test results indicated that stress-strain behaviour of overconsolidated clay depends on loading rate, especially loading rate of current stress path.
Ha, Tae-Gyun;Jung, Jong-Hong;Kim, Hong-Jong;Park, Lae-Seon;Chung, Choong-Ki
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.23
no.10
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pp.73-84
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2007
For standard piezocones with shoulder filter elements immediately behind the cone tip, general dissipation curves show monotonically decreasing pore pressure from the initial value. However, dilatory dissipation behavior, showing a temporary increase in pore pressure followed by a decrease in the hydrostatic pressure, has been observed in lightly overconsolidated cohesive soils $(1. This unusual dissipation behavior was reported mostly in heavily overconsolidated ground and previous researches were limited to such cases. In this study, the mechanism of dilatory dissipation in lightly overconsolidated cohesive soils was investigated. The relativities of the ground properties evaluated from the CPTu data to the dilatory dissipation were analyzed. And, finite difference analyses on dissipation after cone penetration were performed. It was found that dilatory dissipation occurs in lightly overconsolidated soils since the higher excess pore pressure at the cone face propagates upward to the shoulder filter. Also, it was shown that the ratio of initial excess pore pressure at the cone face to that of the shoulder filter $({\Delta}u_{1i}/{\Delta}u_{2i})$, which is related to overconsolidation ratio (OCR) and hydrostatic pressure $(u_0)$, affects the dilatory dissipation.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.10a
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pp.312-333
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2006
This paper presents the results of an analysis of the excess porewater pressure distribution due to piezocone penetration in overconsolidated clays. From piezocone test results for moderately and heavily overconsolidated clays, it was observed that the excess porewater pressure increases monotonically from the piezocone surface to the outer boundary of the shear zone and then decreases logarithmically to the outer boundary of the plastic zone. It was also found that the size of the shear zone decreases from approximately 2.2 to 1.5 times the cone radius with increasing OCR, while the plastic radius is about 11 times the piezocone radius, regardless of the OCR. The equation developed in this study based on the modified Cam clay model and the cylindrical cavity expansion theory, which take into consideration the effects of the strain rate and stress anisotropy, provide a good prediction of the initial porewater pressure at the piezocone location. The method of predicting the spatial distribution of excess porewater pressure proposed in this study is based on a linearly increasing ${\Delta}u_{shear}$. In the shear zone and a logarithmically decreasing ${\Delta}u_{oct}$, and is verified by comparing with the excess porewater pressure measured in overconsolidated specimens at the calibration chamber.
The creep and consolidation behaviors of clays subjected to thermal cycles are of fundamental importance in the application of energy geostructures. This study aims to numerically investigate the physical mechanisms for the temperature-triggered volume change of saturated clays. A recently developed thermodynamic framework is used to derive the thermo-mechanical constitutive model for clays. Based on the model, a fully coupled thermo-hydro-mechanical (THM) finite element (FE) code is developed. Comparison with experimental observations shows that the proposed FE code can well reproduce the irreversible thermal contraction of normally consolidated and lightly overconsolidated clays, as well as the thermal expansion of heavily overconsolidated clays under drained heating. Simulations reveal that excess pore pressure may accumulate in clay samples under triaxial drained conditions due to low permeability and high heating rate, resulting in thermally induced primary consolidation. Results show that four major mechanisms contribute to the thermal volume change of clays: (i) the principle of thermal expansion, (ii) the decrease of effective stress due to the accumulation of excess pore pressure, (iii) the thermal creep, and (iv) the thermally induced primary consolidation. The former two mechanisms mainly contribute to the thermal expansion of heavily overconsolidated clays, whereas the latter two contribute to the noticeable thermal contraction of normally consolidated and lightly overconsolidated clays. Consideration of the four physical mechanisms is important for the settlement prediction of energy geostructures, especially in soft soils.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.36
no.3
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pp.90-99
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1994
To investigate the undrained shear strength characteristics of marine soils with high water content, high compressibility and weak bearing capacity, a series of undrained triaxial tests with pore pressure measurements on undisturbed and disturbed Banwol marine clay in normally consolidated and overconsolidated states is carried out. The results and main conclusions of this study are summarized as follows : 1 . When the consolidation pressure is increased, the maximum deviator stress of disturbed and undistubed clay in normally consolidated state is increased. Pore pressure parameters and internal friction angle of undisturbed clay are greater than those of disturbed clay. 2. The relationship between pore pressure and axial strain of undisturbed clay in normally consolidated state can be expressed as a hyperbolic function like stress-strain relation proposed by Kondner. 3. In the pore pressure-axial strain relation of disturbed clay in normally consolidated state, failure ratio R'f is greatly deviated in the range of 0.7~0.9 proposed by Christian and Desai. 4. For overconsolided clay, when overconsolidation ratio (OCR) is increased, normalized maximum deviator stress is increased and maximum pore pressure is decreased gradually. 5. Cohesion of overconsolidated clay is greater than that of nomally consolidated clay and internal friction angle slightly is decreased. 6. Pore pressure parameter at failure (Af) of overconsolidated clay is varied with OCR, Af becomes negative values with increment in OCR
This paper presents the results of an experimental study on the effect of suction on compressibility and shear behaviour of unsaturated silty soil under various types of loading. A series of laboratory experiments were conducted in a double-walled triaxial cell on samples of a compacted silty soil. In the experiments the soil samples were subjected to isotropic consolidation followed by unloading and subsequent reloading under constant suction and prescribed overconsolidated ratio. The experimental results are presented in the context of an elasto-plastic model for unsaturated soil. The effects of suction on mechanical behaviour of unsaturated silty soil are presented and discussed. It is shown that increasing suction affects the shear behaviour of unsaturated soils, but there is a limit beyond which, further increase in suction will not result in any significant change in the behaviour.
T. Ashok Kumar;Ramanandan Saseendran;V. Sundaravel
Geomechanics and Engineering
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v.33
no.5
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pp.453-462
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2023
Intermediate Geomaterials (IGMs) are natural formation materials that exhibit the engineering behavior (strength and compressibility) between soils and rocks. The engineering behavior of such material is highly unpredictable as the IGMs are stiffer than soils and weaker/softer than rocks. Further, the characterization of such material needs exposure to both soil and rock mechanics. In most conventional designs of geotechnical structures, the engineering properties of the IGMs are either aligned with soils or rocks, and this assumption may end up either in an over-conservative design or under-conservative design. Hence, many researchers have attempted to evaluate its actual engineering properties through laboratory tests. However, the test results are partially reliable due to the poor core recovery of IGMs and the possible sample disturbance. Subsequently, in-situ tests have been used in recent years to evaluate the engineering properties of IGMs. However, the respective in-situ test finds its limitations while exploring IGMs with different geological formations at deeper depths with the constraints of sampling. Standard Penetration Test (SPT) is the strength-based index test that is often used to explore IGMs. Moreover, it was also observed that the coefficient of variation of the design parameters (which represents the uncertainties in the design parameters) of IGMs is relatively high, and also the studies on the probabilistic characterization of IGMs are limited compared with soils and rocks. With this perspective, the present article reviews the laboratory and in-situ tests used to characterize the IGMs and explores the shear strength variation based on their geological origin.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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