Strength and dilatancy of sand before and after stabilisation with colloidal-silica gel

Abstract

To evaluate the effect of stabilisation by using a colloidal silica aqueous gel on the subsequent behaviour of sand, the dilatancy and peak and ultimate strength characteristics of M31 sand were investigated before and after stabilisation. Triaxial compression tests were performed in drained and undrained mode, at effective stresses ranging from 100 to 6000 kPa. Important changes in the sand's mechanical behaviour were observed after stabilisation, including a significant increase in stress ratio and dilatancy rate at peak and a relocation of the treated sand's critical state line in the e–p′ plane, substantially above that manifested by the untreated sand; however, the two lines converged at high stresses. The results confirm a state-dependent behaviour for the sand that is not applicable to the treated sand, which exhibits predominantly stress-dependent behaviour. A modified state parameter was used to normalise the treated sand's behaviour at peak failure.

The Effect of Carbon Nanotubes on the Strength of Sand Seeped by Colloidal Silica in Triaxial Testing

“…% is above this threshold of colloidal silica concentration. Previous literature has shown that, for Portland-cement-based matrix, with the increase of carbon nanotube content there are three possible trends in the compressive strength: (1) the compressive strength remains unchanged or even decreases [33,34]; (2) the compressive strength increases [35][36][37][38][39][40][41][42]; or (3) the compressive strength increases first and then decreases [43][44][45]. Our study shows similar trends in carbon-nanotube-reinforced sand-gel composites, and such trends depend on the concentrations of colloidal silica, as shown in Figure 5: (1) at 10 wt.…”

Experimental study of the anisotropic flow deformation and critical state of sand

“…6.20b for drained and undrained loading tests. It can be seen that the stress ratio ηp decreases linearly with ψp in both loading modes though its value is somewhat higher at a given ψp in drained than in undrained mode because the contribution of dilation to shearing resistance is higher than that of dilative constantvolume remoulding (Triantafyllos et al 2020b). Nevertheless, the common trend line shown in Fig.…”

“…Η κατάσταση αυτή αντιστοιχεί στο παρατηρούμενο φαινόμενο διαρκούς διατμητικής παραμόρφωσης του κοκκώδους υλικού υπό σταθερό όγκο και σταθερές τάσεις (αποκλίνουσα και ισοτροπική). Η αξία της ΘΚΚ έγκειται στο γεγονός ότι η αναφορά στην τελική κατάσταση (ultimate state) μέσω κάποιας καταστατικής παραμέτρου αποτελεί την πεμπτουσία της αποτελεσματικής περιγραφής και προσομοίωσης της ελαστοπλαστικής συμπεριφοράς των κοκκωδών υλικών , Triantafyllos et al 2020b). Στα πλαίσια της ΘΚΚ διατυπώνονται δύο ικανές και αναγκαίες συνθήκες για την επίτευξη και διατήρηση της κρίσιμης κατάστασης σύμφωνα με τις οποίες ο αποκλίνων λόγος τάσεων (deviatoric stress ratio, ηc = (q / p')c = M) είναι μία σταθερά του υλικού και ο δείκτης πόρων (void ratio, ec) είναι μία μοναδική συνάρτηση της ισοτροπικής τάσης (isotropic stress, p')· σημειώνεται ότι q είναι η αποκλίνουσα τάση X Το «πείραμα σκέψης» που περιγράφηκε προηγουμένως ) στοχεύει στο να διερευνηθεί εάν το εδαφικό υλικό που βρίσκεται στην ΚΚ, όταν ικανοποιούνται ταυτόχρονα οι δύο διατυπωμένες ικανές και αναγκαίες συνθήκες, παραμείνει στην ΚΚ καθώς εκκινείται η στροφή των κύριων αξόνων τάσεως, διατηρώντας σταθερές τις ενεργές κύριες τιμές τάσεως.…”

“…Τα Σχήματα 1a και b δείχνουν τις ενεργές τασικές οδεύσεις (effective stress paths) στο qp' επίπεδο και τις καμπύλες αποκλίνουσας τάσης -παραμόρφωσης (q -εq), αντιστοίχως, από τις δοκιμές ελεύθερης στράγγισης, ενώ τα Σχήματα 1c και d δείχνουν τα ίδια διαγράμματα από τις δοκιμές εμποδιζόμενης στράγγισης. Τα πειραματικά αποτελέσματα υποδεικνύουν την ύπαρξη μίας μοναδικής γραμμής στον p'eq χώρο στην οποία καταλήγουν οι οδεύσεις φόρτισης (loading paths) όταν ο ρυθμός των τάσεων και των πλαστικών ογκομετρικών παραμορφώσεων της άμμου μηδενίζεται πρακτικώς ύστερα από εκτεταμένη παραμόρφωση , Been et al 1991, Triantafyllos et al 2020b). Η Γραμμή Κρίσιμης Κατάστασης (ΓΚΚ) προσδιορίστηκε ανεξαρτήτως της αρχικής τιμής του δείκτη πόρων και της μέσης ενεργού τάσης και ανεξαρτήτως του τύπου της όδευσης φόρτισης (ελεύθερης ή εμποδιζόμενης στράγγισης), όπως φαίνεται στα Σχήματα 2a και b τα οποία απεικονίζουν την προβολή της ΓΚΚ στα qp' και ep' επίπεδα.…”

“…In the case of high-pressure loading the tests are terminated as soon as the aforementioned conditions are first attained, to avoid the continued grain crushing and alteration of the critical state characteristics. Under these conditions the states determined at the end of testing using the data obtained by global measurements can be considered representative of the true ultimate material states (critical states) for normalisation purposes albeit the deformation being inhomogeneous (Triantafyllos et al 2020b). Figure 6.14 shows the ultimate states in the q -p' plane for drained and undrained triaxial compression tests on sand specimens; the ultimate conditions discussed previously were attained in these tests.…”