Experimental and numerical investigation of sand compression peculiarities

Investigation of the compression properties of Klaipėda sand by oedometric testing and numerical modeling is presented. Klaipėda sand is characteristic of the Baltic seashore region sand. Experimental investigation was performed with fraction corresponding to diameter variation bounds of 0.6 and 0.425 mm. Compression test was realized with initial maximal void ratio (e 0 = 0.800) of sand. Employed vertical stress ramp value is 800.0 kPa/min, maximum loading σmax = 400.0 kPa. Applying loading within the range of 50.0 to 120.0, two vertical stress jumps have been identified. A rubber sample compression test has been performed aiming to deny an assumption, that vertical stress jumps are influenced by device construction. Experiment viewed that not any vertical stress jumps have been recognized. Numerical simulation yielded exactly the same two vertical stress jumps found by compression with oedometer. It proves that the nature of rearrangement of sand grains has been properly reflected by modeling compaction process by DEM. Sand compaction velocity is higher versus applied vertical stress ramp. This is the reason for appearing of the vertical stress jumps. Numerical simulation viewed that location of the largest compression in oedometer is at the top of the sample

Study of bearing capacity of vibratory pile applying acceleration record

The article focuses on the method for evaluation of ultimate bearing capacity for a vibratory pile having acceleration data recorded during the tests. The simulation vibratory pile installation test was performed in the testing stand. Accelerations were recorded on the top of the simulation vibratory pile during the test. The static test was performed for the installed pile. After the review of rheological models of the base, the Smith rheological model was chosen for determination of bearing capacity of the vibratory pile as this model, the rigidity of the final element of the spring is modelled as the finite rigidity of the base. Between the base of the modelled pile and the soil, a finite interface element is used. The interface element transfers only compression but it does not transfer tension to the base rheological model. The general stiffness of spring's finite element in the chosen rheological model is determined from experimental data of the static pile test. During the modelling, the damping coefficients and the ultimate displacements (responses) of the pile's shaft and base, to which the friction element became active, were determined so that the modelled pile accelerations and displacement (response) would coincide as much as possible with measured accelerations and their calculated response. The modelled and measured accelerations and responses showed high similarity

Analysis of methods for determining soil shear strength design values/Grunto stiprumo rodiklių skaičiuojamųjų reikšmių nustatymo metodų analizė

Designing foundations by soil safety factors is used for obtaining soil strength design values. The methods [10, 11, 12, 13] used for their calculations and minimal values of investigated coefficients are provided in the standards. The design values of soil characteristics computed by different methods do not match. In reality they should ensure the unique reliability of soil shear strength design values. In the present work, the soil shear strength values are computed by different methods. The experimental data are obtained for sands using direct shear strength apparatus. The comparative analysis of obtained results and methods for predicting the design values of soil strength characteristics is applied. When designing foundations, the relation between soil shear strength and normal stress is treated as linear (1, 2), but the dependency of the lower control limit on normal stress is nonlinear (5). Therefore, methods for getting experimental data of soil shear strength give different results. In corresponding standards, different additional conditions are considered for approximation of the investigated non-linear dependency to the linear one. The soil safety factors used for computing design values of tangent of internal friction angle and cohesion depend on these additional conditions. The approximation of non-linear dependency to the linear one does not allow ensuring the unique probability of soil shear strength design values. It is impossible to ensure the desired unique probability for different values of normal stress using traditional methods and constant soil safety factors. In order to obtain the same probability for soil shear strength values lower than the designed value, the probability-statistical methods should be applied. In this article, the method for determining soil shear strength design values is presented (10, 11). This method ensures the same probability of the soil shear strength design values for any values of normal stress. The probability-statistical methods should be applied for design of foundations when soil strength design values depend on normal stress. In order to apply the investigated methods, the probability of foundation collapse or reliability index β, the mean values of soil strength and their variance should be known. Dimensions of the foundation are obtained from mean value sand variance of soil strength characteristics solving the system of equations (13). The solution of this system is a combination of arguments of foundation design conditions that are investigated as normal random variable. The investigated combination corresponds to the limit state. First Published Online: 26 Jul 201

Investigation into the compressibility of different types of sand fractions using a oedometer

This work presents experimental tests on typical Baltic sea-shore sand along Klaipėda. The paper looks into changes in loaded soil void ratio when using different types of sand fractions in Klaipėda region. Three different types of sand fractions, including 1,18–0,6 mm, 0,6–0,425 mm and 0,425–0,3 mm were analyzed under laboratory conditions. In addition, one mixed sand fraction of diameter 1,18–0,3 mm was created from the equal parts (in mass) of these three different types of sand fractions. Soil usually consists of particles, water and air. An important basic parameter is void ratio e. The soil used under laboratory testing was air drained sand and water influence was not accounted. All tests on soil samples were recorded, because this is the only possible way of investigating the actual displacements versus time changes. Load increments were changed one minute later via the following loading steps: 0; 100; 200; 300; 400; 300; 200; 100; 0 kPa. Almost all displacements reached their final magnitudes in the first 5 seconds when load was increased; when unloaded, it took the first 3 seconds. When porosity is large, soil is called loosely packed. A laboratory test shows that maximum void ratio was in soil with 0,425–0,3 mm particle size where e = 0,840. The lowest maximum void ratio e = 0,714 was obtained for the mixed sand fraction and made 1,18–0,3 mm. The theoretical maximum soil void ratio can be e = 0,910, see Figure 3. This is the loosest packing of spherical particles that seems possible (minimum contact places between particle sizes are 4). Certainly, it is not stable: any small disturbance will make the assembly collapse. When using a very dense packing of spherical particles and the theoretical minimum soil void ratio of this assembly is e = 0,350, see Figure 4. This seems to be the major packing of a set of spherical particles (maximum contact places between particle sizes are 6). Minimum difference between the theoretical maximum void ratio and laboratory maximum void ratio was 0,07 in soil with particle sizes of 0,425–0,3 mm. Soil never consists of spherical particles and the values calculated above have no real meaning for actual soils. They may give a certain indication of what the void ratio of real soil may be. It can thus be expected that void ratio e may have a value somewhere in the range from 0,350 to 0,910. The results of the investigated sea-shore sand along Klaipėda confirms this statement. For Klaipėda sand, when loading it is better to show results of void ratio versus normal stress in lineral relationship (e = aσz + b), see Figure 10, and, when reloading to use semilogarithmic scale (e = alogσz + b), see Figure 11. In the general outline, one can make a conclusion that sand void ratio e decreases versus an increment in the size of soil fraction. Skirtingų smėlio frakcijų spūdumo tyrimas kompresiniu aparatu Santrauka Straipsnio tikslas – ištirti Baltijos jūros smėlinių gruntų ties Klaipėdos pakrante didžiausius poringumo koeficientus, palyginti atskirų frakcijų spūdumo rezultatus tarpusavyje, išnagrinėti atskirų grunto frakcijų spūdumo kitimą laiko atžvilgiu. Palyginti atskirų smėlio frakcijų tyrimų rezultatus su vienodais kiekiais (pagal masę) sumaišyta smėlio frakcija. Grunto tyrimai atlikti su kompresiniu aparatu, naudojant tokias Baltijos jūros pakrantės ties Klaipėda orasausio smėlio frakcijas: 1,18–0,6 mm, 0,6–0,425 mm, 0,425–0,3 mm, ir vienodais kiekiais (pagal masę) sumaišytą 1,18–0,3 mm frakciją. Išanalizavus skirtingų smėlio frakcijų bandymų duomenis, nustatyta, kad didžiausias poringumo koeficientas e = 0,840 būdingas 0,425–0,3 mm dydžio frakcijai. Didėjant frakcijų dydžiui didžiausias poringumo koeficientas mažėja. Sumaišius smėlio frakciją (1,18–0,3 mm) gauta mažiausia didžiausio poringumo koeficiento reikšmė e = 0,714. First Published Online: 16 May 2013 Reikšminiai žodžiai: gruntas, smėlio frakcijos, spūdumas, poringumo koeficientas, apkrova, laikas, nuosėdis

Probabilistic Assessment of Soil Shear Strength Parameters Using Triaxial Test Results

According to the currently valid standards, bearing resistance can be calculated applying direct informationalstatistic method which includes probabilistic models of margin of resistance Z = R – E. Probabilistic methods allow to determine the influence of which design condition argument on the uncertainty of margin of bearing resistance is the greatest. That enables to project the directions of further investigations. The greatest influence on the uncertainty of margin of bearing resistance is made by the tangent of angle of internal friction and cohesion. Therefore it is required that these strength parameters should be determined more exactly. This would enable to achieve the economy of materials and labour expenditures for the construction of foundation without decreasing reliability of ground. In order to estimate the soil strength parameters more exactly, some changes in the triaxial test apparatus have been made so that the sample base has been allowed to move freely in the horizontal direction. Several experiments have been carried out by improved triaxial test apparatus. It has been determined that the values of the tangent of angle of internal friction and cohesion have been less by 10,8 % and 43 % respectively for dense sand samples with free horizontal base movement than those determined for samples with restricted horizontal movements of ends (regular ends). Foundation width B calculated according to the parameters of residual shearing strength, determined by usual triaxial test apparatus, is smaller by 23 % than that calculated according to the data obtained in the improved triaxial test apparatus. Reliability index of bearing resistance for a sample with regular ends calculated according to the residual values of soil shearing strength parameters by means of first order probabilistic methods for design approach 3 is β = 4,4

Application of computer aided design systems in geotechnical engineering/Automatizuoto projektavimo sistemų naudojimas geotechnikoje

Kuriant automatizuoto projektavimo sistemas ypač svarbu atkreipti dėmesį į tą. duomenų bei informacijos dalį, kuri dėl jai būdingų savitumų negali būti unifikuota. Ryškiausias pavyzdys šiuo požiūriu galėtų būti inžinerinėsgeologinės sąlygos, kurios įvairiuose pasaulio regionuose yra gana skirtingos. Pasitaiko ir taip, kad dėl to gali skirtis net pati gruntų klasifikacija. Panaši situacija yra ir Lietuvos teritorijoje, kur kai kurių grunto tipų spektras pasirodė platesnis, negu numato kitų valstybių gruntų klasifikacijos sistemos. Jau vien dėl šios priežasties kitose šalyse sukurtos programinės priemonės čia negali būti naudojamos neatlikus tam tikrų pakeitimų bei papildymų. Ne mažiau reikšminga ir kita aplinkybė, apimanti tradiciškai Lietuvoje susiklosčiusius pagrindų ir pamatų projektavimo principus, kurų neturi kitos šalys, kalbant, pavyzdžiui, apie gręžininių pamatų projektavimą ir statybą. Formuluojant patį automatizuoto projektavimo uždavinį, autorių nuomone, pirmiausia reikėtų sujungti iki šiol visiškai atskirtas inžinerinių tyrinėjimų, pagrindų ir pamatų projektavimo, statybos bei eksploatacijos sritis. Kitaip sakant, reikėtų orientuotis į tai, kad ateityje visus tyrinėjimų, projektavimo bei statybos darbus turėtų atlikti viena organizacija, išskiriant nebent inžinerinių tyrinėjimų dalį projekto techninio-ekonominio pagrindimo stadijoje, kai galėtų dirbti šioje srityje besispecializuojančios organizacijos. Tyrinėjimų apimtis šioje stadijoje turėtų būti bent jau tokia, kad iš gautos medžiagos matytųsi, koks pamatų tipas labiausiai tinka konkrečioms gruntinėms sąlygoms. Tada projekto darbo brėžinių stadijoje tyrinėti turėtų jau pati pamatų statybos darbus atliekanti organizacija. Šitaip nulinio ciklo projektavimo bei statybos darbai vyktų kompleksiškai ir vienu metu, pagal principą “nuo stalo į gamybą”. Pamatų automatizuoto projektavimo diegimo būdai gali būti labai įvairūs ir pirmiausia priklauso nuo to, kokios projektavimo sistemos bus laikomasi kiekvienu konkrečiu atveju. Atsižvelgiant į mūsų dabarties galimybes, šiam tikslui visai neblogai gali būti naudojami plačiai žinomi ir labiausiai prieinami CAD sistemoje bei jos terpėje dirbantys programų paketai. Antra vertus, nemažai projektavimo uždavinių galima išspręsti ir savo jėgomis. Darbe parodyta, kaip remiantis matematinės statistikos dėsniais gali būti analitiškai nustatomos pagrindo sluoksnių ribos. Be šio klausimo, yra išspręstas, tik netilpęs į šio straipsnio rėmus, ir vienas svarbiausių projektavimo uždavinių—pagrindo normuotam patikimumui skaičiuoti. Dabartiniu metu dirbama ties pagrindo skaitmeninio modelio sukūrimo problema. Visi šie, o ir kiti panašūs geotechnikos problemų sprendimo būdai, vadovaujantis išdėstytais automatizuotos projektavimo sistemos kūrimo principais, neabejotinai gali sudaryti atskiras šios sistemos grandis. First Published Online: 26 Jul 201

Problems of application and design of shell foundations/Kevalinių pamatų naudojimo ir projektavimo klausimai

Iš žinomų pamatų tipų pamato konstrukcijos stiprumas efektyviausiai naudojamas parenkant tuščiavidurius, vadinamuosius kevalinius pamatus, dažniausiai žiedinio skerspjūvio, cilindro arba kūgio formos. Tačiau šį privalumą, kaip taisyklė, menkina neracionali tokių pamatų gamybos bei įrengimo technologija. Darbe apsistota ties melioracijoje plačiai naudotais gelžbetoniniais beslėgiais vamzdžiais, kurių poreikis pastaruoju metu gerokai sumažėjęs. Jų cilindro forma leidžia šiai vamzdinei konstrukcijai taikyti pagrindinį gręžininių pamatų technologijos pranašumą, kurio dėka pamato pado projektinė altitudė pasiekiama ne tradiciniu kasimu, bet gręžimu. Šiuo atveju gelžbetoniniai vamzdžiai būtų įstatomi į šiek tiek didesnio skersmens gręžinius. Susidariusį tarpą, tarp pamato ir gręžinio sienučių būtina užpildyti tuo pačiu, tačiau sutankintu gruntu. Autorių įsitikinimu, viršutinėje pamato dalyje įrengus gelžbetoninę pagalvę, visą kitą vidinę pamato dalį pakanka užpildyti paprasčiausiu gerai sutankintu smęliu, vietoj seniau naudoto prekinio betono. Patentinė paieška parodė, kad toks būdas statybos praktikoje dar netaikytas. Lyginant su gręžininiais pamatais, šiuo metodu betono sutaupoma 3 ir daugiau kartų, o gamybos bei įrengimo išlaidų—iki 2 kartų. Tokio tipo kevaliniai pamatai, galbūt net vadintini vamzdiniais, taptų dar efektyvesniais, jeigu iki projektinės padėties būtų gramzdinami kalamuoju arba vibraciniu būdu. Straipsnyje paliesti naujos pamatų konstrukcijos taikymo, projektavimo bei tyrimo klausimai. Parodoma, kad pamato apkrovimo momento reikšmė labai priklauso nuo pasirinktos skaičiuojamosios schemos, pagal kurią pamato sujungimas su antžeminėmis konstrukcijomis gali būti laisvasis arba standusis. Kaip rodo skaičiavimo rezultatai, standžiojo sujungimo atveju pamato viršutinės dalies poslinkis bei posūkis sumažėja iki 2, o maksimalus lenkimo momentas—net iki 4 kartų. Aptariami ir kiti šių pamatų projektavimo ypatumai bei tolesnių tyrimų kryptys. First Published Online: 26 Jul 201

The influence of changing shaft friction of the pile to wave propagation

In most cases, the bearing capacity of the pile under natural conditions can be determined by applying static and dynamic pile tests as well as the numerical modelling of a dynamic test. The integrated business problem is employed for calculating vertical displacements. This integral is calculated using the summing method. In the majority of cases, real pile strength capacity can be investigated referring to the adapted means of testing applying the mathematical model that can calculate static or dynamic investigations. The idealized scheme of a pile test is presented including a hammering system and soil properties. Moreover, information on the analysis and work of the scheme is disclosed. The article also describes pile hammering models and the equation for Smith method improved by Edwards, Holloway, Briaud and Trucker, Rieke and Crowser, ”GRL“, including the advantages and disadvantages of the introduced method. Smith realized the mathematical analysis of wave propagation supported by a real hammer-pile-soil scheme by discretic elements interaction. Basing on this for classical one dimensional method of wave propagation (that is programmed in computer program MW87) the code of the computer program was changed by authors of this article. When using a computer program, an algorithm for an integral equation was created. The introduced algorithm was made for counting experimental displacement the growth of which along the pile was analyzed. All obtained results were compared with the engineering method indicating that diff erence in results made less than 2%. Using computer program MW87, a diff erent distribution of shaft friction along the pile was studied when the total shaft friction in all cases was constant, because, the results of numerical modelling disclosed that the shaft friction of the pile in one diameter above the pile’s toe was larger than that in the middle or at the top. The hammer-pile-soil system was analyzed with reference to the impact of the returning wave at the top of the pile. Wave propagation in the pile is vertical: the first wave moves from the top to the bottom of the pile. When the bottom is reached, impact wave returns to the top of the pile. All information about the pile of the returning wave is useful as then we can analyze the integrity and bearing capacity of the pile. All this information received from the returning wave is integrated and later shown in the scheme where we can see all steps of performed operations. This article investigates soil deformations and these deformations in soil influence for a hammering pile. A pile of 0,8 m in diameter and 3 m in height, which is in sand, is an object of investigation in this article. For calculation purposes, the pile is divided into 20 segments. Changes in velocities and displacements of pile segments during analysis are graphically shown. Aft er calculating tests on pile dynamics considering diff erent masses of hammers, falling heights of hammers, contribution of shaft friction and static resistances of the piles, a nomograme for determining static resistance of the pile was made. The article explains how the use of the nomograme determines static resistance of the pile and what data on conducting a pile test are needed. Grunto stiprio, kintančio išilgai polio, įtaka smūgio bangos sklidimui polyje Santrauka Daugeliu atvejų tikroji polio laikomoji galia gali būti nustatyta natūraliomis sąlygomis atlikus polio laikomosios galios statinius arba dinaminius bandymus bei atlikus skaitinį dinaminių bandymų modeliavimą. Pateikiama idealizuota polio bandymo arba kalimo sistema, kuri apima plaktą, kalimo sistemą ir grunto savybes. Nurodoma, kokia informacija reikalinga norint atlikti minėtos sistemos analizę, aprašoma, kaip ši sistema veikia. Pateikta idealizuotos polio bandymo arba kalimo sistemos sprendimo veiksmų seka – vienmatės bangos sklidimo polyje skaičiavimo metodas, užprogramuotas kompiuterinėje programoje MW87, kuri straipsnio autorių buvo pakoreguota. Šiame straipsnyje nagrinėjama skirtingai pasiskirsčiusio grunto stiprio, kintančio išilgai polio, įtaka polio kalimo atsakui, kai visas grunto stipris, kintantis išilgai polio, nekinta, nes, remiantis esant tampriajai stadijai gautais skaitinio modeliavimo rezultatais, nustatyta, kad grunto stipris, kintantis išilgai polio, virš pado vieno polio skersmens intervale yra kur kas didesnis negu per polio vidurį arba jo viršuje. Straipsnyje nagrinėjamas 0,8 m skersmens 3 m ilgio polis, esantis smėlio grunte. Skaičiuojant polis yra išdalintas į 20 baigtinių elementų (segmentų). Grafiškai pavaizduota, kaip, priklausomai nuo laiko intervalų, idealizuotoje polio skaičiuojamojoje schemoje kinta segmentų greičiai ir poslinkiai. Atlikus polio dinaminio bandymo skaičiavimus, kai plakto masės ir suminiai grunto stipriai, kintantys išilgai polio, yra skirtingi,buvo sudaryta nomograma, kuria naudojantis galima nustatyti polio statinį stiprį. Straipsnyje pateikiama, kaip, naudojantis nomograma, nustatyti polio laikomąją galią, kokie polio dinaminio bandymo duomenys tam reikalingi. First Published Online: 16 May 2013 Reikšminiai žodžiai: Smith modelis, grunto stipris, smūgio bangos sklidimas, nomogram

Analysis of Methods for Evaluation of Soil Shear Strength Parameters

Having performed an analysis of the methods for identifying a soil shear strength one can find four different coordinate systems for evaluating the soil shear strength parameters. It is stated that a theoretical functional relation exist for the shear strength parameters, have been identified via different evaluation methods. Thus one must obtain the same final parameters of shear strength. The investigation is assigned to identify reasons of obtained differing magnitudes of the shear strength parameters via triaxial testing by employing the used in practice methods. The method to identify angle of internal friction and cohesion satisfying all four coordinate systems is proposed

Grunto kerpamojo stiprumo rodiklių nustatymas naudojant triašio bandymo rezultatus pagal bandinio aukščio ir skersmens santykį

The triaxial test is a most widely used laboratory method for determining the soil shear strength. It is assumed that a soil sample deforms uniformly during triaxial testing. But one often faces a case when the sample in the triaxial apparatus deforms on the contrary. The non-uniformity can be caused by the end restraining effect, the sample height influence factor, the insufficient drainage, the membrane effect and the sample self-weight factor etc. An analysis of known investigations lead to the following tools that could be employed for reducing an inaccuracy related to the non-uniform stress-strain distribution per soil sample during triaxial testing: reducing the sample height/diameter ratio from 2 to 1, eliminating the friction between the sample ends and the plates. Having not eliminated the above - mentioned influence, factors during the testing procedure the angle of internal friction φ and the cohesion c for the sample of φ ≠ 0 are determined larger than the actual ones. The method for determining the angle of internal friction φ and the cohesion c, when testing the soil sample of height/diameter H/D = 1 is proposed.Lietuviška santrauka. Triašio slėgio aparatas šiuo metu yra plačiai naudojamas pasaulyje nustatant grunto kerpamojo stiprumo savybių rodiklius. Imama, kad bandinys bandymo metu deformuojasi vienodai. Tačiau dažniausiai bandinys deformuojasi nevienodai dėl grunto bandinio galų horizontaliųjų poslinkių suvaržymo, bandinio aukščio, nepakankamo drenavimo, guminės membranos poveikio, jo savojo svorio ir kt. Apžvelgtoje literatūroje triašio slėgio aparato grunto bandinyje vienodiems įtempimams gauti siūloma sumažinti bandinio aukščio ir skersmens H/D santykį nuo 2 iki 1 ir eliminuoti bandinio ir štampų trintį. Tokiu atveju gruntams, kurių vidinės trinties kampas φ ≠ 0, gaunamos didesnės vidinės trinties kampo φ ir sankibos c reikšmės. Pasiūlytas metodas apskaičiuoti grunto vidinės trinties kampo φ ir sankibos c reikšmėms, kai bandinio aukščio ir skersmens santykis H/D = 1