Development of a centrifuge tilt-table device to investigate instability phenomenon under simulated infinite slope conditions

Eric Wolinsky, Greg Siemens, W. Andy Take

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoMontréal 2013: 66th Canadian Geotechnical Conference; 11th joint with IAH-CNC

Session: Landslides III

ABSTRACT: Element tests results reported in the literature under both triaxial and plane strain testing conditions indicate that loose saturated granular specimens can experience instability at stress ratios lower than what might otherwise be expected given the critical state friction angle of the soil. The region of potential instability in stress-space is often explained using the framework of the instability line. This phenomenon is particularly relevant to shallow slopes of 1 to 2 m depth. However, the practical realities of sample preparation for triaxial testing make performing tests below 20 to 30 kPa of confining stress exceptionally difficult. Observations of instability phenomenon in a physical model of a shallow layer of soil overlying the soil-bedrock contact would therefore provide unique experimental data to help understand the application of instability framework to slope failures. In this paper, the development of a centrifuge tilt-table test device is described which aims to test the behaviour of loose granular slopes under stress paths of increasing slope inclination or increasing pore water pressure. A system of instrumentation including pore pressure transducers, inclinometers, displacement transducers, and high-resolution cameras was designed to monitor the behaviour of the slope model. The development of a system to provide a controlled groundwater level within the slope model proved to be particularly challenging. The results of two competing design concepts are presented for the water boundary condition and discussed.

RÉSUMÉ: Essais résultats rapportés dans la littérature sous les deux conditions de test déformation plane triaxial et indiquent que les échantillons granulaires lâches et saturés peuvent éprouver l'instabilité à des taux de stress moins élevés que ce qui autrement pourrait s'y attendre étant donné l'angle de frottement de l'état critique de la terre. La région d'instabilité potentielle dans le stress de l'espace est souvent expliquée en utilisant le cadre de la ligne d'instabilité. Ce phénomène est particulièrement pertinent à faible pente de 1 à 2 m de profondeur. Cependant, les réalités pratiques de préparation des échantillons pour essai triaxial faire effectuer des tests en dessous de 20 à 30 kPa de confiner le stress exceptionnellement difficile. Observations du phénomène d'instabilité dans un modèle physique d'une mince couche de terre recouvrant le contact sol-roche-mère seraient donc fournir des données expérimentales uniques pour aider à comprendre l'application du cadre de l'instabilité de ruptures de pente. Dans ce document, la mise au point d'un dispositif de test de table basculante centrifugeuse est décrit qui a pour but de tester le comportement de pentes granulaires en vrac sous chemins de contraintes de plus en plus l'inclinaison de la pente ou l'augmentation de la pression de l'eau interstitielle. Un système d'instrumentation y compris les transducteurs de pression de pore, inclinomètres, capteurs de déplacement, et des caméras à haute résolution a été conçu pour surveiller le comportement du modèle de la pente. Le développement d'un système pour fournir un niveau de l'eau souterraine contrôlée dans le modèle de la pente s'est avérée particulièrement difficile. Les résultats de deux concepts contradictoires sont présentées pour la condition à la limite de l'eau et discutés.

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