Experimental investigation of the monotonic triaxial behaviour of saturated sand under drained, undrained and partially drained conditions at different relative densities.
Author
Mu, Jiasen
Term
4. term
Education
Publication year
2026
Submitted on
2026-06-04
Abstract
This thesis investigates the monotonic triaxial behaviour of saturated Cuxhaven sand under fully drained, undrained and restricted drainage conditions at different relative densities. A systematic laboratory test programme was carried out at relative densities of about 20 %, 50 % and 80 % and initial mean effective stresses mainly of 100, 200 and 300 kPa. The drained tests establish the frictional and volumetric reference response and are interpreted using critical state soil mechanics. The results show that peak strength increases with density because dilation provides a state-dependent contribution beyond the critical state resistance. The undrained tests exhibit the same state dependence through pore water pressure: loose specimens generate positive excess pore pressure and lose mean effective stress, whereas dense specimens, after an initial contractive phase, develop negative excess pore pressure that raises the effective stress and allows higher deviator stress; no static liquefaction was observed within the investigated strain range. Partial drainage was explored by increasing strain rate, using a needle valve, and installing an air-bubble chamber. Increased strain rate produced a response close to fully drained behaviour, and the needle valve restricted flow only within a narrow range of openings. The air-bubble chamber generated a gas-volume-dependent coupled response at about 50 % relative density and 100 kPa mean effective stress, but the stress paths remained drained-like at small strains and showed no clear turning point, so this behaviour is interpreted as stiffness-controlled restricted drainage rather than fully controllable partial drainage. Overall, the study demonstrates that the monotonic response of saturated sand cannot be defined by relative density alone, but must be understood in terms of the state relative to the critical state, expressed through volume change, excess pore water pressure and effective stress path.
Denne afhandling undersøger den monotone triaxiale opførsel af mættet Cuxhaven-sand under fuldt drænede, udyrnede og begrænset drænede forhold ved forskellige relative densiteter. Der gennemføres systematiske laboratorieforsøg med relative densiteter omkring 20 %, 50 % og 80 % og indledende middel effektive spændinger primært på 100, 200 og 300 kPa. I de drænede forsøg fastlægges sandets friktions- og volumenrespons som reference og analyseres inden for rammerne af critical-state jordmekanik. Resultaterne viser, at toppstyrken stiger med densitet, idet dilatans giver et tilstandsafhængigt bidrag ud over critical-state modstanden. De udyrnede forsøg viser tilsvarende tilstandsafhængighed gennem porevandtryk: løse prøver udvikler positivt overskydende porevandtryk og mister middel effektivspænding, mens tætte prøver efter en initial kontraktiv fase udvikler negativt overskydende porevandtryk, hvilket øger den effektive spænding og tillader højere deviatorspænding; statisk liquefaktion blev ikke observeret inden for den undersøgte tøjningsinterval. Delvist drænede forhold blev forsøgt etableret ved øget tøjninghastighed, en nåleventil og et luftboble-kammer. Øget tøjninghastighed gav respons tæt på drænede forhold, og nåleventilen begrænsede strømningen kun for et snævert åbningsinterval. Luftboble-kammeret gav ved cirka 50 % relativ densitet og 100 kPa middel effektivspænding en koblet respons, der afhang af gasvolumen, men spændingsvejene forblev dræningslignende ved små tøjninger og havde ingen tydelig vendepunkt, så denne respons tolkes som stivhedsstyret begrænset dræning snarere end fuldt kontrolleret delvis dræning. Samlet viser studiet, at den monotone opførsel af mættet sand ikke kan beskrives ved relativ densitet alene, men må forstås ud fra tilstanden i forhold til critical state, udtrykt gennem volumenændring, overskydende porevandtryk og den effektive spændingsvej.
[This abstract has been generated with the help of AI directly from the project full text]
Keywords