Strength of Partially Frozen Sand Under Triaxial Compression

Yawu Liang, Nicholas Beier, D.C. Sego

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoCalgary 2022: 75th Canadian Geotechnical Conference

Session: M3

RÉSUMÉ: Pour étudier l'effet de la matrice des pores (glace et eau) sur la résistance du sable partiellement gelé, une série d'essais de compression triaxiale avec des mesures de la pression interstitielle interne a été effectuée. Des échantillons de sable salin dense et meuble ont été préparés en congelant rapidement les échantillons, puis en les réchauffant lentement jusqu’à -3 oC et puis en les cisaillant à cette température. Par rapport au sable non gelé, la température n'affecte que la cohésion effective et non l'angle de frottement effectif dans le sable dense. Basé sur le concept de confinement interne de Ladanyi et Morel (1990) sur le sable gelé, un modèle Mohr-Coulomb qui utilise la rupture effective et les angles résiduels du sable non gelé pour estimer la résistance du sable partiellement gelé est présenté. Le modèle proposé reflète la façon dont la matrice des pores contribue à la résistance du sable partiellement gelé. Pour le sable meuble, la résistance maximale est renforcée par le confinement interne et la cohésion résultant respectivement de l'eau interstitielle (succion) et de la glace interstitielle. Pour le sable dense, seule la glace interstitielle affecte la résistance maximale en ajoutant le confinement interne et la cohésion.

ABSTRACT: To investigate the effect of pore matrix (ice and water) on the strength of partially frozen sand, a series of triaxial compression tests with internal pore water pressure measurements were performed. Both dense and loose saline sand samples were prepared by rapidly freezing the samples and then slowly warming to and subsequently shearing at -3 oC. Compared with unfrozen sand, the temperature only affects the effective cohesion not the effective friction angle in dense sand. Based on Ladanyi and Morel's (1990) concept of internal confinement on the frozen sand, a Mohr-Coulomb model that uses effective failure and residual angles from unfrozen sand to estimate the strength of partially frozen sand is presented. The proposed model reflects how the pore matrix contributes to the strength of partially frozen sand. For loose sand, the peak strength is enhanced by the internal confinement and cohesion resulting from the pore water (suction) and pore ice respectively. For dense sand, only pore ice affects the peak strength by adding the internal confinement and cohesion.

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