ESTIMATION OF THE SMALL STRAIN STIFFNESS OF GLACIAL TILL USING GEOPHYSICAL METHODS AND BAROMETRIC LOADING RESPONSE

Ruth Harley, Paolo Bergamo, David Hughes, Shane Donohue, Laura Carse, Lee Barbour

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoQuébec 2015: 68th Canadian Geotechnical Conference & 7th Canadian Permafrost Conference

Session: Insitu Testing and Instrumentation II / Essais in situ et instrumentation II

ABSTRACT: Stiffness values in geotechnical structures can range over many orders of magnitude for relatively small operational strains. The typical strain levels where soil stiffness changes most dramatically is in the range 0.01-0.1%, however soils do not exhibit linear stress-strain behaviour at small strains. Knowledge of the in situ stiffness at small strain is important in geotechnical numerical modelling and design. The stress-strain regime of cut slopes is complex, as we have different principle stress directions at different positions along the potential failure plane. For example, loading may be primarily in extension near the toe of the slope, while compressive loading is predominant at the crest of a slope. Cuttings in heavily overconsolidated clays are known to be susceptible to progressive failure and subsequent strain softening, in which progressive yielding propagates from the toe towards the crest of the slope over time. In order to gain a better understanding of the rate of softening it would be advantageous to measure changes in small strain stiffness in the field. Seismic geophysical surveys result in very small strains and have been shown to provide estimates of small strain elastic moduli. Furthermore, loading efficiency theory uses the pore pressure response of grouted piezometers to barometric pressure fluctuations to estimate the compressibility of the formation. Barometric loading efficiency gives a direct measure of stiffness from continuous monitoring of pore pressures, whilst seismic surveys provides a means of mapping stiffness values both spatially, and temporally. This paper outlines the techniques used to investigate small strain stiffness in a glacial till cutting in Northern Ireland, using seismic surveys and barometric loading efficiency theory and presents some preliminary findings.

RÉSUMÉ: La valeur du module de cisaillement dans des ouvrages géotechniques peut varier de plusieurs ordres de grandeur pour des déformations relativement petites. Les niveaux de déformation, pour lesquels le module de cisaillement varie drastiquement, sont typiquement compris entre 0.01-0.1% ; pourtant, les sols ne sont pas caractérisés par une relation contrainte-déformation linéaire pour des petites déformations. La connaissance du module de cisaillement in situ pour de petites déformations est importante pour la modélisation numérique et la conception en géotechnique. Le comportement contrainte-déformation des pentes artificielles est complexe, car il peut y avoir plusieurs directions principales de contrainte à des positions différentes le long du plan de rupture potentiel. Par exemple, le chargement est principalement en tension près du pied de la pente, tandis que le chargement en compression est prédominant au sommet de la pente. Les talus en argile surconsolidée sont souvent prédisposés à des phénomènes de glissement progressif et donc d'écrouissage, où l™affaissement progressif se propage du pied vers le sommet de la pente dans le temps. Afin d™obtenir une meilleure compréhension de la vitesse d'écrouissage, il est avantageux de mesurer les variations du module de cisaillement du sol sur le terrain. Les relevés sismiques produisent des petites déformations et permettent d™obtenir une estimation des modules élastiques en petites déformations. En outre, la théorie de l™efficacité de chargement utilise la réponse de la pression interstitielle (mesurée par des piézomètres) aux fluctuations de la pression barométrique pour estimer la compressibilité du sol. L™efficacité du chargement barométrique donne donc une estimation directe de la rigidité du sol à partir de la vérification continue de la pression interstitielle; par contre, les levés sismiques permettent de mesurer la rigidité du sol spatialement et temporellement. Cet article décrit les techniques utilisées pour étudier la rigidité du sol en petites déformations d™une pente artificielle dans une moraine glaciaire en Irlande du Nord ; des relevés sismiques et la théorie de l™efficacité de chargement barométrique. Des résultats préliminaires y sont aussi présentés.

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