In-situ characterization of Øysand sand with CPTU add-on tool Flow Cone and HPT
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3100351Utgivelsesdato
2023Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Hydraulisk konduktivitet spiller en kritisk rolle for mange problemstillinger innenfor geoteknisk prosjektering, slik som heving av grunnen i en byggegrop eller bøttefundament på havets dyp. I konsolideringsteori spiller hydraulisk konduktivitet nok en viktig rolle og er med på å bestemme de grunnleggende parameterne for setning og styrke. Hydraulisk konduktivitet bestemmer hvor for dissiperingen av ekstra poretrykk tar for et materiale som er utsatt for en ny last. Derfor er hydraulisk konduktivtet også en svært viktig parameter for nøyaktige numeriske beregninger. Desverre er hydraulisk konduktivitet også en av de geotekniske parameterene som viser størst variasjon i verdi. På grunn av kornskjelletet og oppførselen til sand, silt eller blandinger av disse med finere kornfraksjoner, er det vanskelig å bestemme in-situ hydraulisk konduktivitet.
I denne studien er nye metoder for in-situ målinger og kalkulasjoner av hydraulisk konduktivitet testet ved NGTS Øysand, som består hovedsaklig av sandig silt og noe leire ved enkelte dyp. I tillegg til feltforsøk er hydraulisk konduktivitet testet på gamle, frosne prøver i en treaksiale celle. Flow Cone og Hydraulic Profiling Tool ble testet ved to forskjellige lokasjoner på Øysand og sammenlignet med in-situ falling head prøver, estimering av hydraulisk konduktivitet ved hjelp av CPTU data og resultater fra treaksial forsøk.
Ved en rask prosedyre ble en frossen sylinder med størrelse 103 mm til tre prøveeksemplar ved trimming, kutting og kjerneborring. Dette resulterte i to horisontale prøver og 1 vertikal prøve. I tillegg ble en ikke-fryst prøve skjøvet ut og trimmet. Denne kom fra en annen lokasjon enn de frosne prøvene på Øysand.
Felttester ble gjennomført av forfatter med hjelp fra personell og borerigg fra NGI. Totalt ble 4 standrør installert ved forskjellige dybder for for in-situ falling head tester. Tre kjøringer med HPT og en kjøring med Flow Cone ble gjennomført ved to forskjellige lokasjoner. Forskjellige tolkningsmetoder ble benyttet til å beregne hydraulisk konduktivitet. I tillegg ble dissipasjon av økt poretrykk brukt til å estimere den horisontale konsolideringskoeffisienten ved hjelp av målinger fra Flow Cone.
De forskjellige tolkningsmetodene for HPT viser stor variasjon, men en metode sammenfaller godt med in-situ falling head tester. Desverre ble bare tre kjøringer av tester ved to forskjellige dybder brukbare fra Flow Cone forsøk. Likevell viser resultater fra Flow Cone bra potensiale, sammenlignet med estimeringer av hydraulisk konduktivitet fra CPTU data. Estimater for horisontale konsolideringskoeffisienter er presentert.
Alle resultater for hydraulisk konduktivitet er sammenlignet med hverandre fra sine respektive lokasjoner. Ved sammenligning ble det anbefalt hydrauliske profiler for testlokasjonene. Til slutt ble alle tolkningsmetodene evaluert. Hydraulic conductivity plays a critical role in many aspects of geotechnical engineering, like uplift forces in a sheet pile building pit or suction bucket installations at the bottom of the sea. Also, during the process of consolidation, hydraulic conductivity is a fundamental parameter for analyzing the rate at which excess pore water dissipates from saturated soils. Therefore, the accurate determination of hydraulic conductivity is crucial for predicting settlement and getting accurate soil models in numerical calculations. However, the parameter is victim of large variations in numerical value and is tricky to determine in sand, silts or mixtures of these with finer grain material.
In this study, new methods and tools for in-situ measurements and calculations of hydraulic conductivity was employed at sandy, silty test site NGTS Øysand, just outside Trondheim, Norway. In addition, hydraulic triaxial tests were performed on a previous frozen sample from the same test site. The Flow Cone and Hydraulic Profiling Tool was tested at two different test locations at NGTS Øysand and compared to in-situ falling head tests, estimation of hydraulic conductivity by CPTU data and results from hydraulic triaxial tests.
A frozen 103 mm sample of mostly sandy silt with some clay content was trimmed, cored and cut with great caution to not reduce the temperature of the specimens. Two horizontal specimens and one vertical specimens was gathered from the 103 mm frozen sample. In addition, an older piston sampled sandy, clayey silt specimen was made available and tested in triaxial cell.
Field tests were performed by the author with help of crew and boring rig from NGI. In total, four standpipes were relative closely installed at different depths for in-situ falling head tests. Three HPT runs and one Flow Cone run was performed at various locations. Different methodologies were employed to interpret and calculate the hydraulic conductivity. In addition, a excess pore pressure dissipation methodology for estimation of horizontal coefficient of consolidation was trialled for the Flow Cone.
Big variation in results for the different employed methodologies for HPT is eminent, but one method shows good correlation with in-situ falling head tests. Unfortunately, only three of the depth internal Flow Cone tests were acceptable in terms of determining a value for hydraulic conductivity, but the results are promising, compared to CPTU estimations. Estimated coefficients of horizontal consolidation is presented for each internal depth test.
All hydraulic conductivity results were compared with other results from respective locations. By a process of comparison with results from the other tests, the methodology which gave the best fit was presented as hydraulic profile for its position. At last, evaluation of employed methodologies is presented.