Measurement of Earth Pressures Near Vertical and Horizontal Boreholes during Packer Tests

Haitao Lan, Ian Moore

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoEdmonton 2018: 71st Canadian Geotechnical Conference; 13th joint with IAH-CNC

Session: Soil Mechanics and Foundations (Advances in Laboratory Testing II)

ABSTRACT: Packer tests in vertical and horizontal boreholes were conducted in sand placed within a test pit. A packer was inserted after the vertical (or horizontal) boreholes were cut by a Shelby Tube. Packer inflation (and deflation) was used to provide loading (and unloading) sequences to simulate borehole expansion. Null gauges were buried in the sand adjacent to the borehole to measure radial, hoop and axial stresses during packer inflation and deflation. For the vertical borehole tests where sand was in dense state, all sensors were buried at the same depth and it was found that increments of axial stresses increased with increasing increments of radial stresses. Stress measurements made with the null gages indicate that increases in radial pressures applied by the packer lead to decreases in hoop stress corresponding to initially elastic soil response. After the soil experienced shear failure, increases in stress associated with plastic behaviour were observed. When unloading, an elastic change in hoop stresses and radial stresses were observed. For the horizontal borehole configuration, tests were conducted where the sand was tested in loose or dense state, and the sensors were buried a distance three times the borehole radius above the crown. Like the stress behaviour observed in the vertical borehole tests, stress increments changes in the axial, hoop and radial stresses were similar to those seen in the horizontal borehole tests. Geo-PIV was used to calculate soil movements for the horizontal borehole tests, monitoring ground movement during packer inflation, though the magnitude of the ground movements was minimal (less than 1 mm). These data provide insights into stress changes during pressuremeter testing, a database for future analytical and numerical developments.

RÉSUMÉ: Des essais de compactages dans des forages verticaux et horizontaux ont été effectués dans du sable placé dans une fosse d'essai. Un instrument a été inséré après que les trous de forage verticaux (ou horizontaux) ont été coupés par un tube Shelby. Le gonflage de l'instrument (et le dégonflage) a été utilisé pour fournir des séquences de chargement (et de déchargement) pour simuler l'expansion du trou de forage. Des jauges nulles ont été enterrées dans le sable pour mesurer les contraintes radiales, circonférentielles et axiales autour des trous de forage pendant le gonflement et le dégonflage du packer. Pour les essais de forages verticaux où le sable était dense, les capteurs ont été enterrés à la même profondeur et on a constaté que les augmentations (diminutions) des contraintes axiales augmentaient (diminuaient) avec les incréments (décroissements) des contraintes radiales. Les mesures de contrainte faites avec les jauges nulles indiquent que les augmentations des pressions radiales exercées par le packer entraînent des diminutions de la contrainte circonférentielle correspondant à la réponse du sol initialement élastique. Après que le sol ait subi une rupture par cisaillement, des augmentations de contrainte associées au comportement plastique ont été observées. Lors du déchargement, une variation élastique des contraintes circonférentielles et des contraintes radiales a été observée. Pour les essais horizontaux de forage, le sable était dans un état lâche ou dense, et les capteurs ont été enterrés à trois fois le rayon du trou de forage sur la couronne. Comme le comportement de contrainte observé dans les essais de forage verticaux, les changements dans les contraintes axiales, circulaires et radiales étaient similaires à ceux observés dans les essais horizontaux de forage. La Géo-PIV a été utilisée pour calculer les mouvements du sol à l'aide de la vélocimétrie par image de particules pour les essais horizontaux de forage, en surveillant le mouvement du sol pendant le gonflement du packer, mais l'amplitude des mouvements du sol était minime (moins de 1 mm). Ces données fournissent des informations sur les changements de contraintes lors des essais pressiométriques et sur la réponse des changements de pression de la terre, une base de données pour les futurs développements analytiques et numériques.

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