Development of Critical State Constitutive Model for Silty Sand

Abstract

Most existing soil models are for clay and/or sand. Recent researches show an attempt to study the behavior of sandy silt and silty sand by using microscopic models. This research aims to develop the elastoplastic soil model for silty sand in the macroscopic level using the concept of critical state soil mechanic. In the study a good sand model was selected as a based model and then was developed to incorporate with the simple and suitable variable, i.e., the non-plastic fine content fc (0% ≤ fc ≤ 100%) and the influence of silt grains in the silty sand structure. The model adopted two principles: 1) using a more realistic relation of e-ln(p) which takes into account the effect of void ratio via the variable β (0 ≤ β ≤ 1), and 2) considering the effect of roundness and sizing of soil grains as well. A whole set of soil parameters can be evaluated from triaxial test, consolidation test, gradation test and photo of soil grains. The laboratory tests of sand mixed with silt were carried out to compare with the prediction results obtained from the proposed model using the explicit integration (Euler backward scheme). The model can predict the soil strength reasonably and can capture the effect of the fc value on the soil strength for silty sand having the same β.

แบบจำลองดินที่มีส่วนใหญ่เป็นแบบจำลองเพื่อดินเหนียว และ/หรือดินทราย งานวิจัยในปัจจุบันมีความพยายามศึกษาพฤติกรรมของดินตะกอนปนทรายรวมถึงดินทรายปนดินตะกอน แต่ส่วนใหญ่เป็นแบบจำลองระดับไมโคร การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาแบบจำลองดินอีลาสโตพลาสติกสำหรับดินทรายปนดินตะกอนในระดับมาโคร โดยใช้หลักการของกลศาสตร์ดินในสภาพวิกฤติในการศึกษาได้เลือกแบบจำลองสำหรับดินทรายที่ดีเป็นพื้นฐาน ทำการพัฒนาให้มีตัวแปรที่ดี และง่ายสำหรับดินตะกอนในแบบจำลอง ได้แก่ปริมาณดินตะกอนที่ปะปนในดินทรายซึ่งแทนด้วยตัวแปร fc (0% ≤ fc ≤ 100%) รวมถึงอิทธิพลของดินตะกอนต่อโครงสร้างดินทรายปนดินตะกอน หลักการสองประการหลักของแบบจำลองใหม่คือ ข้อแรก ใช้ความสัมพันธ์ระหว่าง e-ln(p) ที่เหมาะสมมากขึ้นซึ่งได้รวมอิทธิพลของอัตราส่วนช่องว่างผ่านตัวแปร β (0 ≤ β ≤ 1) ข้อสองคือพิจารณาผลของความกลมมนและขนาดของเม็ดเดินในแบบจำลองด้วย พารามิเตอร์ของแบบจำลองสามารถทดสอบได้จากการทดสอบ แรงอัดสามแกน การทดสอบอัดตัวคายน้ำ การทดสอบการกระจายขนาด และภาพถ่ายเม็ดดิน การทดสอบดินทรายผสมดินตะกอนในห้องปฏิบัติการเพื่อเปรียบเทียบผลกับการคำนวณจากแบบจำลอง โดยวิธีทางตรงแบบ Euler Backward การเปรียบเทียบให้ผลกำลังสูงสุดที่สอดคล้องระหว่างทั้งสองกรณีและยังพบว่าแบบจำลองสามารถให้ค่ากำลังสูงสุดแปรเปลี่ยนตามค่า fc ได้สำหรับดินที่มี β เดียวกัน