The Concept of Effective Stress For Soil, Concrete and Rock

February 4, 2023 | Author: Anonymous | Category: N/A
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                                            

 

                                                                           

 

 

       



(σcell  u )  (∆σcell  ∆u ), ), u   constant

(σcell  u ), ), u 

                                                                                                                                                                                                                             

Initial condition

(a)

Linear compression of grains ⇒ volumetric compression of skeleton



∆V sks  C sksV 0(∆σcell  ∆u )

(σcell  u ), ), u 

 

Volumetric compression of grains (unless νgrains  0.5) ∆V gs  C gsV 0(∆σcell  ∆u )

(σcell  u )  constant, u   ∆u                                                                                                                                                                                                                                     

Initial condition: grains in contact

∆V gu 

(1  n )V 0C gu∆u 

∆V sku  V 0C sku∆u 

                                                                                                                                                                                                                                                                    

(b1)

For grains in contact: (1  n )C gu  C sku

             

                                                                                                                                    

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(σcell  u ), ), u 

Solid rock with interconnected pores: `grains´ compress, but little compression of skeleton (1  n )C gu  C sku



(b2) u

Initial condition

u   ∆u 

∆V w  C wnV 0S ∆u  and  and S  ∆V a  nV 0  1   ∆ u  u  2 

(c)

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Dial gauge

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3.2mm stainless steel pin

Water saturated cell

6.4mm stainl stainless ess steel cell wall

Stainless steel cap (and base)

0.6mm thick latex rubber membrane

1mm thick stainless steel plates cover holes on 4 sides of cube specimen

To volume change and pore pressure measuring device

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       



σcell

∆V skeleton



∆V specimen

For incompressible grains: ∆V specimen  ∆V skeleton (circular grains maintain their volumes) For compressible grains: ∆V grains  ∆V skeleton  ∆V specimen (circular grains compress into square grains)

                     

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                                                                                                 







                           

 



 

         described by C sks 

∆V skel

B  

Balsawood cube V 0  203.2cm 3 n   0.436

200

   )   :     u  

39

      l    l   e   c      σ

0

74 0

B  

39

39 73 106

141

described by C sku 

108

39

100

141 0

110

   (

178

141

74

0 0

74 108

1.045

106

141

108

B  

141

1.038

B   1.000

  a    P    k

73 39

V 0(∆σcell  ∆u )

∆V skel

0

V 0∆u 

0

74

1.015

0

0 0

1

2

3 ∆V skel:

4

5

cm3

                                                 

described by C gs 

∆V grains

V 0(∆σcell  ∆u )

200 202 . B     1 038

. B     1 000   a    P    k   :     u

described by C gu 

169

239

201

203

134

236

. B     1 045 135

66 135

Values of (σcell  u): kPa are 202

170 B    

Balsawood cube V 0  203.2 cm3 n  0.436

203

169 100

(1  n )V 0∆u 

169

135

100

∆V grains

1.015

203

235

given at discrete points

236

100 69

73

105

242

0 0

1

2 ∆V grains:

3

cm3

                                        

                        

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                                                           

                                                                                 

            



 

 

        C (vol/vol (vol/vol

per kPa) C w 

15  105

5  105    )   a    P    k   r   e   p    l   o   v    /    l   o   v    (

Balsawood cube

10  105

(a)

      C

Basswood cube

4  105

Max. pressure

Measured during unloading

(a)

3  105 2  105 Cgu Cgs Csku

C sks

5  10

0.048  105

Csks

1  105 0 0

C w  0.048  105

5



100

200 300 400 (σcell  u ): ): kPa

500

600



Measured

1.1

C gu

Calculated

C sku

1.0

C gs

0.9

0 0

100 (σcell  u ): ): kPa



1.10

(b)

200

0.8

Measured . Calculatedin(B 0 996 all cases)

(b)



0.7

1.00

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(a) Balsawood cube

  g

      C    )     n  

C sku(

5  105

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)

  

   1    (

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   C

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      C    )     n  

0

  u    k   s

100

200

(σcell  u ): ): kPa Measured during unloading (b) Basswood cube Max. pressure

1  105

(1  n )C sku C sku

  

   1    (

   C

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 105



0 0

100

200

300

400

(σcell  u ): ):

500

600

kPa

                                             

 

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0. 6

0. 4

Quartz sand 0. 2

Gypsum sand (a) Separ Separate ate grains with contact points

Gradual transition

(b) Solid rock with interconnected pores

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0

0.1

1

10

100

1,000

10,000

Vertical stress: MPa

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0.98      η

.

 , 0 96   r   o    t   c .   a0 94    F

Dam foundations and abutments, tunnel linings, mine shafts

0.92 0.9

Deep wells, mine pillars 0

20

40 60 Vertical stress: MPa

80

100

1

0.8

     η

Quartz sand

0.6

 ,   r   o    t   c   a    F 0.4

Pile foundations, points of concentration in mine pillars Gypsum sand explosives,, Conventional and nuclear explosives deep focus earthquakes

Gypsum sand 0

0.9    )     n  

Quartz sand

   −

0.6

0

200

400 600 Vertical stress: MPa

800

1000

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0.06

  a    P    k    / .    1 0 05   :   y    t    i    l .    i    b 0 04    i   s   s   e   r 0.03   p   m   o   c . 0 02   n   o    t   e .    l   e 0 01    k    S

0

0 0

0

200

400 600 Vertical stress: MPa

800

1,000

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   1    ( 0.8   :   n   o    i    t   c   a   r    f 0.7    d    i    l   o    S

0.5



1

0.2 1

 

Quartz sand 200 400 600 Vertical stress: MPa

800

1,000

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Gypsum sand 0

200

400 600 800 Vertical stress: MPa

1,000

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