Low strain measurement of shear modulus with resonant column and bender element tests – Frequency effects

Hassan Ali, Syed Bijan Mahbaz, Giovanni Cascante, Murray Garbinsky

In the proceedings of: GeoMontréal 2013: 66th Canadian Geotechnical Conference; 11th joint with IAH-CNC

Session: Geohazards I

ABSTRACT: Laboratory determination of shear modulus at small strains is usually done through resonant column (RC) or bender element (BE) tests. However, the exact determination of the arrival time in BE tests is not always well defined. In this paper, BE and RC tests are performed on stiff clay specimen using a modified Stokoe-type RC test setup. Time domain analysis of BE signals is typically not well understood. The frequency domain analysis is required for the consistent and accurate determination of arrival times because of near-field and boundary condition effects on the results. In this study, both frequency domain and time domain analyses are used for the interpretation of BE tests. The increase in resonant frequency is compared with the increase in the main frequency component present in the BE response. Both frequencies increase according to the exponential law between the frequency (f) and the confining pressure (o) (f = a(o)b) however, the exponents are different and the BE tests shows higher sensitivity to the confining pressure. In RC testing, the change in frequency does not affect the interpretation of the results, as the wavelengths are much larger than the size of the specimen. Conversely in BE test, the change in frequency affects the participation of compressional waves in the response and the arrival of shear waves masked. There is an increasing difference in the shear wave velocities computed from BE and RC tests with the increase in confining pressure. According to the results studied, BE results should be corrected for the increase in frequency content especially at high confining pressures (o > 400 kPa).

RÉSUMÉ: Détermination en laboratoire du module de cisaillement à petites déformations se fait habituellement par colonne résonante (RC) ou un élément bender (BE) des tests. Toutefois, la détermination exacte de l'heure d'arrivée à avoir des tests n'est pas toujours bien définie. Dans cet article, BE et les tests RC sont effectuées sur trois sols en utilisant une configuration de test RC Stokoe-type modifié. Analyse dans le domaine temporel des signaux BE n'est généralement pas bien compris. L'analyse de domaine de fréquence est nécessaire pour la détermination constante et précise de l'heure d'arrivée à cause de champ proche et limite les effets de conditions sur les résultats. Dans cette étude, tant dans le domaine fréquentiel et analyses dans le domaine temporel sont utilisés pour l'interprétation de BE tests. L'augmentation de la fréquence de résonance est comparée à l'augmentation de la fréquence principale composante présente dans la réponse soit. Les fréquences augmentent selon la loi exponentielle entre la fréquence (f) et la pression de confinement (o) (f = a (o) b) Toutefois, les exposants sont différents et les tests soient montre une plus grande sensibilité à la pression de confinement. Dans les tests RC, le changement de fréquence n'affecte pas l'interprétation des résultats, que les longueurs d'onde sont beaucoup plus grandes que la taille de l'échantillon. Inversement en BE test, la variation de la fréquence affecte la participation des ondes de compression dans la réponse et de l'arrivée des ondes de cisaillement masqués. Il ya une différence de plus en plus les vitesses de cisaillement d'onde calculées à partir de BE et de tests RC avec l'augmentation de la pression de confinement. Selon les résultats de l'étude, BE résultats doivent être corrigés en fonction de l'augmentation de la teneur en fréquence spécialement à des pressions de confinement élevées (o> 400 kPa).

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