RECENT DEVELOPMENTS IN LABORATORY FROST HEAVE TESTING OF SOILS

Mark Nixon, J.F. (Derick) Nixon

In the proceedings of: GeoQuébec 2015: 68th Canadian Geotechnical Conference & 7th Canadian Permafrost Conference

Session: Laboratory Testing in Cold Regions / Essais en laboratoire en ingénierie nordique

ABSTRACT: This paper describes some recent advances in frost heave testing, suitable for a large scale project where several tests and freeze cycles can be carried out at the same time. Many test procedures freeze the soil too fast for practical field applications (i.e. chilled pipelines). Other shortcomings may include ignoring the side-friction component of stress, blockage of the drainage filter for water intake, inadequate permeability measurements to estimate suction at the freezing front, and only occasional water intake measurements. Each of these oversights involve a non-conservative assessment of the frost heave response of the soil. A test procedure is described that addresses and rectifies each of these issues, and a demonstration series of tests on an artificial soil is carried out. Continuous evaluations of heave, water intake, frost depth, SP, suction and freezing rate are made using software written to accept the raw laboratory data. The results are presented in detail, and illustrate how the frost heave parameters required for design can be extracted from the data. The results are interpreted in terms of the Segregation Potential (SP) method, and also in terms of the Discrete Ice Lens approach.

RÉSUMÉ: Cet article décrit certaines avancées techniques récentes concernant le soulèvement dû au gel et applicables à un projet de grande envergure, alors que plusieurs essais et cycles de gel peuvent être effectués simultanément. Plusieurs procédures d™essai amènent un gel trop rapide du sol en regard des applications pratiques de terrain (c.à.d. pipelines refroidis). D™autres défauts peuvent inclure le fait d™ignorer la composante de friction latérale de la contrainte, le blocage du filtre de drainage de la prise d™eau, des mesures inadéquates de la perméabilité pour estimer la succion au front de congélation, et des mesures simplement occasionnelles sur la prise d™eau. Chacune de ces omissions implique une évaluation non conservatrice de la réponse de soulèvement dû au gel du sol. Une procédure d™essai, qui tient compte et rectifie chacune de ces problématiques, est décrite, et une série d™essais de démonstration sur un sol artificiel est également décrite. Des évaluations continues du soulèvement, de l™apport en eau, de la profondeur du gel, du potentiel de ségrégation, de la succion et du taux de gel sont réalisées en utilisant un logiciel qui a été développé, afin d™accepter les données brutes de laboratoire. Les résultats sont présentés en détail, et illustrent comment les paramètres de soulèvement dû au gel, qui sont requis pour la conception, peuvent être extraits des données. Les résultats sont interprétés selon la méthode du potentiel de ségrégation, et également selon l™approche de lentilles de glace distinctes.

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Cite this article:
Mark Nixon; J.F. (Derick) Nixon (2015) RECENT DEVELOPMENTS IN LABORATORY FROST HEAVE TESTING OF SOILS in GEO2015. Ottawa, Ontario: Canadian Geotechnical Society.

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