Ring Actuators: A New Robust Device for Measuring Compression and Shear Wave Velocities of Soil

Deyab .R. Gamal El-Dean

In the proceedings of: GeoVancouver 2016: 69th Canadian Geotechnical Conference

Session: SOIL AND TERRAIN CHARACTERIZATION - III Geotechnical Laboratory Testing

ABSTRACT: A new robust device for emitting and capturing very small strain waves was invented and developed during the Ph.D. research of the author at University of Sherbrook. In this study, this device has been used to measure the shear and compression wave velocities of soil in laboratory, even under very low stresses. The new device proved to function accurately under variable testing conditions including extremely low to very high pressures. Piezoelectric ring actuators were used in this new device for the first time instead of the commonly used bender elements. The design of this device was optimized using FLAC numerical simulations, and laboratory testing trials and checks. In this research, the new device was installed in specially designed base platen and top cap of a large oedometer cell. The device does not intrude into the soil sample, unlike bender elements, which make it suitable for testing all types of soils and rocks without special preparations. The new setup was designed to mitigate reflection of waves at the top and bottom caps of the testing apparatus, as well as on sample sides. This new ring actuators system has improved wave interpretation and has gone many steps further. It relies on a new mode of excitation which emits planner waves. This facilitates identifying the point of arrival of the shear wave on the received signal. Also, the compression wave arrival time can be very easily seen in time domain. In this paper, the new device and its laboratory setup are introduced and some results are presented and discussed.

RÉSUMÉ: Un nouveau dispositif robuste pour l'émission et la capture de très petites ondes de contrainte a été inventé et mis au point au cours du doctorat la recherche du premier auteur à l'Université de Sherbrook. Dans cette étude, ce dispositif a été utilisé pour mesurer les cisaillement et vagues de compression des vitesses de sol en laboratoire, même sous des contraintes très faibles. Le nouveau dispositif a prouvé pour fonctionner avec précision dans des conditions de test variables, y compris des pressions extrêmement faible à très élevé. actionneurs piézoélectriques annulaires ont été utilisés dans ce nouvel appareil pour la première fois à la place des éléments bender couramment utilisés. La conception de ce dispositif a été optimisé à l'aide de simulations numériques, FLAC et essais de tests en laboratoire et les contrôles. Dans cette recherche, le nouveau dispositif a été installé dans spécialement conçu plateau de base et le couvercle supérieur d'une grande cellule oedomètre. Le dispositif n'empiète pas dans l'échantillon de sol, à la différence des éléments de bender, qui le rendent approprié pour tester tous les types de sols et les roches sans préparations spéciales. La nouvelle configuration a été conçue afin d'atténuer la réflexion des ondes sur les capuchons supérieur et inférieur de l'appareil de test, ainsi que sur les côtés d'échantillon. Ce nouveau système d'actionneurs d'anneau a amélioré l'interprétation des vagues et est allé de nombreuses étapes plus loin. Elle repose sur un nouveau mode d'excitation qui émet des ondes de planificateur. Cela facilite l'identification du point d'arrivée de l'onde de cisaillement sur le signal reçu. En outre, le temps d'arrivée des ondes de compression peut être très facilement vu dans le domaine temporel. Dans cet article, le nouvel appareil et de son installation de laboratoire sont introduits et certains résultats sont présentés et discutés.

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Cite this article:
Deyab .R. Gamal El-Dean (2016) Ring Actuators: A New Robust Device for Measuring Compression and Shear Wave Velocities of Soil in GEO2016. Ottawa, Ontario: Canadian Geotechnical Society.

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