Derivation and application of cone factors in Danish soils: Cone factors in Søvind Marl
Translated title
Udledning og anvendelse af keglefaktorer i danske jordarter: Keglefaktorer i Søvindmergel
Author
Nadj, Jakob Lund
Term
4. term
Education
Publication year
2019
Submitted on
2019-06-06
Pages
126
Abstract
Denne afhandling undersøger fire empiriske modeller til at bestemme lerens udrænede forskydningsstyrke (styrken når vandet ikke kan nå at dræne) ud fra CPT-målinger (keglepenetrationsforsøg, hvor en instrumenteret kegle presses ned i jorden og måler modstand og poretryk). For at afprøve modellerne er der indsamlet CPT- og triaxialforsøg i Søvindmergel, en fed og sprækket ler, bl.a. ved Aarhus Havn. Modellerne ligner hinanden, men bruger forskellige CPT-parametre og hver sin empiriske keglefaktor: N_K, N_KT, N_ke og N_Δu. Disse faktorer kalibreres ved at sammenligne CPT-parametre med resultater fra triaxialforsøg i laboratoriet. Litteraturstudiet er todelt. Første del samler tidligere bestemte værdier for keglefaktorerne og kendte sammenhænge til f.eks. poretryksforhold og plasticitetsindeks; for Søvindmergel er der kun fundet publicerede værdier for N_K og N_KT. Anden del beskriver forhold, der påvirker CPT-målinger, herunder standarder for penetrationshastighed og hældning af penetrometeret. Afvigelser kan give forkerte målinger af spidsmodstand og dybde, og keglespids samt filtre skal mættes grundigt for at måle poretryk korrekt. Data fra to projekter ved Aarhus Havn (i alt 21 triaxialforsøg) anvendes, med én repræsentativ CPT-profil per projekt; det ene er et 'down the hole test', det andet en kontinuerlig CPT. Begge projekter har problemer med målte poretryk, men data bruges efter behandling. Inden brug korrigeres CPT-data for fejl for at undgå, at de smitter af på keglefaktorer og styrke. I Projekt 2 fjernes op til 56 % af målepunkterne pga. for høj penetrationshastighed, og en betydelig hældning gør, at 120 m penetrationslængde rettes til 90 m penetrationsdybde. Ekstremværdier fjernes med 'peak over threshold', og de målte poretryk i Projekt 2 korrigeres. De udledte intervaller for keglefaktorerne er 7,0–27,2 for N_K, 7,6–31,3 for N_KT, 6,8–29,8 for N_ke og 0,9–12,1 for N_Δu. Den karakteristiske udrænede forskydningsstyrke bestemmes derefter efter metode i Anneks D til EN 1990. De tre modeller baseret på N_KT, N_ke og N_Δu sammenlignes for at vælge den mest fordelagtige. De har omtrent samme modelusikkerhed omkring 0,4, hvilket er relativt højt. Modellen med N_KT er mindst påvirket af de dårligere poretryksmålinger og vælges derfor. Studiet viser, at den fysiske usikkerhed i styrken kan reduceres ved at tage højde for størrelsen af den geotekniske konstruktion, men effekten er lille, fordi modelusikkerheden er dominerende.
This thesis examines four empirical models for estimating the undrained shear strength of clay (its strength when water cannot drain during loading) from CPT measurements (cone penetration tests, where an instrumented cone is pushed into the ground to record resistance and pore pressure). To test the models, CPT and triaxial data were collected in Søvindmergel, a fat, fissured clay found at Aarhus Harbour. The models are similar but rely on different CPT parameters and on their own empirical cone factors: N_K, N_KT, N_ke and N_Δu. These factors are calibrated by comparing CPT parameters with triaxial laboratory results. The literature review has two parts. The first compiles previously reported cone-factor values and relationships to, for example, pore pressure ratio and plasticity index; for Søvindmergel, published values were found only for N_K and N_KT. The second part describes factors that affect CPT measurements, including standards for penetration rate and cone inclination. Deviations can lead to incorrect tip resistance and depth, and the cone tip and filters must be carefully saturated to measure pore pressure correctly. Data from two projects at Aarhus Harbour (21 triaxial tests in total) are used, each with one representative CPT profile; one project is a 'down the hole test' and the other a continuous CPT. Both have issues with measured pore pressures, but the data are used after processing. Before analysis, CPT data are corrected to prevent errors from propagating to cone factors and strength. In Project 2, up to 56% of measurement points are removed due to excessive penetration rate, and significant inclination means 120 m penetration length is corrected to 90 m penetration depth. Outliers are removed using the 'peak over threshold' method, and pore pressures in Project 2 are corrected. The derived cone-factor ranges are 7.0–27.2 for N_K, 7.6–31.3 for N_KT, 6.8–29.8 for N_ke and 0.9–12.1 for N_Δu. The characteristic undrained shear strength is then determined using the method in Annex D of EN 1990. The three models based on N_KT, N_ke and N_Δu are compared to select the most advantageous one. They have similar model uncertainty of about 0.4, which is relatively high. The N_KT-based model is least affected by poor pore pressure measurements and is therefore chosen. The study shows that physical uncertainty in strength can be reduced by considering the size of the geotechnical structure, but the reduction is small because model uncertainty dominates.
[This abstract was generated with the help of AI]
Keywords
Documents