EFFECT OF SATURATION ON THE SHEAR STRENGTH AND COLLAPSE SETTLEMENT OF GRAVELLY MATERIAL USING DIRECT SHEAR TEST APPARATUS
D r i e d g r a n u l a r m a t e r i a l s u b j e c t e d t o s a t u r a t i o n u n d e r c e r t a i n v e r t i c a l s t r e s s e s, r e s u l t s i n c o l l a p s e s e t t l e m e n t, d u e t o s l i d i n g i n t h e g r a i n c o n t a c t s, p a r t i c l e r e a r r a n g e m e n t a n d b r e a k a g e. I n t h i s r e s e a r c h, t h e e f f e c t s o f s a t u r a t i o n o n s h e a r s t r e n g t h p a r a m e t e r s a n d t h e c o l l a p s e b e h a v i o r o f c l e a n g r a v e l s a r e i n v e s t i g a t e d v i a a l a r g e s c a l e d i r e c t s h e a r t e s t. F o r i n s t a n c e, f i r s t, a l l p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f t h e g r a v e l l y m a t e r i a l w e r e e v a l u a t e d v i a s o m e s p e c i f i c l a b o r a t o r y t e s t s, i n c l u d i n g g r a d i n g a n a l y s i s, s p e c i f i c g r a v i t y o f s o i l s o l i d s, u n i t w e i g h t o f s o i l s a n d L o s A n g e l e s a b r a s i o n t e s t s. M a x i m u m a n d m i n i m u m d e n s i t i e s w e r e d e t e r m i n e d i n o r d e r t o p r o v i d e s a m p l e s i n a s p e c i f i c r e l a t i v e d e n s i t y. T h e m a t e r i a l s, w h i c h w e r e s e l e c t e d f o r c o l l a p s e t e s t s w e r e c l a s s i f i e d a s G P a n d S P, d u e t o t h e i r p o t e n t i a l f o r c o l l a p s e d u r i n g s a t u r a t i o n. I n o r d e r t o c o m p a r e t h e s h e a r s t r e n g t h p a r a m e t e r s i n d r y a n d w e t s t a t e s, l a r g e-s c a l e d i r e c t s h e a r t e s t a p p a r a t u s w i t h a s a m p l e d i m e n s i o n o f $30t i m e s 30t i m e s15c m$ w a s u s e d, a n d s t r a i n c o n t r o l t e s t s w e r e d o n e o n t h e s a t u r a t e d a n d d r i e d s a m p l e s. V e r t i c a l s t r e s s e s o f 1, 3 a n d 5 $K g/c m^2$ w e r e a p p l i e d t o t h e s a m p l e s a n d s h e a r i n g c o n t i n u e d u n t i l 4.5 c m s h e a r d i s p l a c e m e n t. C o l l a p s e t e s t s w e r e d o n e b y t h e d i r e c t s h e a r a p p a r a t u s o n t h e i n i t i a l l y d r y s a m p l e s, w h i c h w e r e f l o o d e d d u r i n g s h e a r i n g a t t h e s p e c i f i c s t r a i n o r i n t h e s p e c i f i c s h e a r s t r e s s l e v e l s. R e s u l t o f l a b o r a t o r y t e s t s s h o w e d t h a t i n m o s t s a m p l e s, s h e a r s t r e n g t h p a r a m e t e r s d e c r e a s e d w i t h i n u n d a t i n g t h e m a t e r i a l, w h e r e a s t h e p a r a m e t e r s i n c o l l a p s e a n d s a t u r a t e d t e s t s w e r e c l o s e t o e a c h o t h e r. A n i m p o r t a n t p a r t o f t h i s p a p e r i s s t u d y i n g t h e e f f e c t o f d i f f e r e n t p a r a m e t e r s o n t h e c o l l a p s e p h e n o m e n o n i n g r a v e l l y m a t e r i a l. S p e c i f i c p a r a m e t e r s w e r e s e l e c t e d a s v e r t i c a l s t r e s s, s o i l d e n s i t y, c o a r s e n e s s o r f i n e n e s s o f p a r t i c l e s, i n i t i a l w a t e r c o n t e n t, a n d s h e a r d i s p l a c e m e n t o r s h e a r s t r e s s l e v e l. V e r t i c a l s t r e s s a n d s h e a r s t r e s s l e v e l s h a d a d i r e c t e f f e c t o n t h e c o l l a p s e s e t t l e m e n t; i n f a c t, a n i n c r e a s e i n v e r t i c a l a n d s h e a r s t r e s s l e v e l s r e s u l t s i n m o r e c o l l a p s e s e t t l e m e n t a n d m o r e s t r e s s r e l e a s e d u r i n g s a t u r a t i o n. A n o t h e r f a c t o r i s s a n d c o n t e n t i n t h e w h o l e s a m p l e. I t w a s s h o w n t h a t a l t h o u g h s a n d p a r t i c l e s w e r e n o t p r o n e t o c r a c k d u e t o t h e i r s m a l l s i z e, t h e c o l l a p s e p o t e n t i a l i n t h e s a n d s a m p l e s w a s m u c h h i g h e r t h a n g r a v e l l y m a t e r i a l. I n f a c t, p a r t i c l e r e a r r a n g e m e n t w a s t h e f u n d a m e n t a l c a u s e o f c o l l a p s e i n s a n d y s o i l s, w h i l e p a r t i c l e b r e a k a g e i n g r a v e l l y m a t e r i a l i s a n o t h e r r e a s o n f o r t h e c o l l a p s e. A l s o, e x p e r i m e n t a l r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t a d d i t i o n o f m o i s t u r e c o n t e n t, e v e n i n s m a l l a m o u n t s, w o u l d c a u s e a h i g h r e d u c t i o n i n c o l l a p s e s e t t l e m e n t. F u r t h e r m o r e, t h e e f f e c t o f s o i l d e n s i t y w a s s t u d i e d i n t h e c o l l a p s e s e t t l e m e n t a n d i t w a s o b s e r v e d t h a t c o l l a p s e d e c r e a s e s w i t h a n i n c r e a s e i n r e l a t i v e d e n s i t y. T h u s, i n o r d e r t o d e c r e a s e c o l l a p s e s e t t l e m e n t i n t h e c o m p a c t e d m a t e r i a l, s o i l m a s s m u s t b e w e l l c o m p a c t e d a n d p r e p a r e d i n a w e t s t a t e.
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