Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tác động của việc khô hạn và giao diện đất-nền trên hành vi của hỗn hợp đất mở rộng
Tóm tắt
Đất mở rộng thể hiện hành vi phức tạp liên quan đến những biến đổi thể tích đáng kể được kích thích bởi sự thay đổi độ ẩm do sự thay đổi các điều kiện môi trường. Loại quá trình này ảnh hưởng đến các đặc tính của đất, chẳng hạn như sức chịu cắt, độ cứng và độ thấm. Hơn nữa, các vết nứt thường hình thành khi đất bị khô. Hiện tại vẫn còn nhiều khoảng trống trong kiến thức trong lĩnh vực này, đặc biệt là liên quan đến các yếu tố ảnh hưởng đến sức chịu cắt của đất và kiểm soát việc hình thành các vết nứt do khô. Bài báo này tập trung vào tác động của một số yếu tố này đối với việc hình thành nứt và sức chịu cắt của hỗn hợp đất mở rộng bao gồm 75% kaolin và 25% bentonite, tính theo khối lượng. Ba yếu tố đã được xem xét trong nghiên cứu này; cấu trúc đất (liên quan đến các phương pháp chuẩn bị mẫu khác nhau), độ bão hòa ban đầu và kết cấu tại giao diện đất-nền. Hai loạt thử nghiệm trong phòng thí nghiệm gồm có thử nghiệm tấm khô và thử nghiệm sức chịu cắt giao diện đất-nền đã được thực hiện. Đối với mỗi loạt thử nghiệm, ba loại mẫu đất đã được chuẩn bị với các phương pháp chuẩn bị khác nhau (cùng với các cấu trúc đất khác nhau) và điều kiện độ bão hòa ban đầu, cụ thể là; bùn, mẫu nén bão hòa hoàn toàn và mẫu nén không bão hòa. Sức chịu cắt tại giao diện đất-nền đã được xác định bằng bốn kết cấu giao diện khác nhau; rãnh hướng vuông góc với hướng cắt, lồi lõm xoáy (hình tròn), rãnh song song với hướng cắt, và bề mặt nhẵn. Đối với các thử nghiệm tấm khô, hai loại kết cấu đã được áp dụng cho tấm-nền, cụ thể là, lồi lõm hình tròn và mặt nhẵn để nghiên cứu các điều kiện co ngót bị hạn chế và tự do, tương ứng. Kết quả từ các thử nghiệm khô cho thấy rằng các vết nứt phát triển trong tấm bị hạn chế (ví dụ, với các lồi lõm hình tròn), trong khi không có vết nứt nào được quan sát dưới điều kiện dịch chuyển tự do (ví dụ, bề mặt nhẵn). Các thử nghiệm cắt trực tiếp cho thấy rằng sức chịu cắt tại giao diện đất-nền bị ảnh hưởng mạnh bởi độ ẩm của mẫu, cấu trúc đất và hướng cắt liên quan đến sự định hướng của các rãnh. Đối với ba bộ thí nghiệm được thực hiện (tức là, bùn, nén-bão hòa, nén-không bão hòa), sức chịu cắt cao nhất được tìm thấy cho bề mặt có rãnh hướng vuông góc với hướng cắt và sức chịu cắt thấp nhất cho tấm nhẵn. Sức chịu cắt liên quan đến giao diện có các rãnh tròn nằm ở giữa giữa những giá trị quan sát cho tấm với các rãnh hướng vuông góc và song song với hướng cắt.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Albercht BA, Benson CH (2001) Effect of desiccation on compacted natural clay. J Geotech Geoenviron Eng 67(1):67–75. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241
Amarasiri A, Kodikara J, Costa S (2011) Numerical modelling of desiccation cracking. Int J Numer Anal Methods Geomech 35:82–96
ASTM (2005) Soil and rock (I). D 420–D 5611, West Conshohocken, PA
Atique A, Sánchez M, Romero E (2009) Investigation of crack desiccation in soil from a flood protection embankment. CRC Press, pp 413–418
Ayad R, Soulié M, Konrad J (1997) Desiccation of a sensitive clay: application of the model CRACK. Can Geotech J 34:943–951
Boynton SS, Daniel DE (1985) Hydraulic conductivity tests on compacted clay. ASCE J Geotech Eng 111(4):465–478
Corte A, Higashi A (1960) Experimental research on desiccation cracks in soil. U.S. Army Snow, Ice and Permafrost Research Establishment, Hanover, N.H. Research report 66
Daniel DE, Wu YK (1993) Compacted clay liners and covers for arid sites. J Geotech Eng ASCE 119(2):223–237
El Mountassir G, Sánchez M, Romero E (2014) An experimental study on the compaction and collapsible behaviour of a flood defence embankment fill. Eng Geol 179:132–145. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2014.06.023
Greve A, Andersen M, Acworth M (2010) Investigations of soil cracking and preferential flow in a weighing lysimeter filled with cracking clay soil. J Geotech GeoEnviron Eng 393:105–113
Greve A, Andersen M, Acworth R (2012) Monitoring the transition from preferential to matrix flow in cracking clay soil through changes in electrical anisotropy. Geoderma 179–180:46–52
Gui YL, Hu W, Zhao ZY, Zhu X (2018) Numerical modelling of a field soil desiccation test using a cohesive fracture model with Voronoi tessellations. Acta Geotech 13:87–102
Hajjat J, Sánchez M, Avila G (2017) Unsaturated and saturated soil-structure interface effect on cracking behavior of soil. PanAm unsaturated soils 2017: swell-shrink and tropical soils. GSP 303:371–378. https://doi.org/10.1061/9780784481707.037
Hamid T, Miller G (2009) Shear strength of unsaturated soil interfaces. Can Geotech J 46:595–606
ImageJ (2019) User manual and instructions. https://imagej.nih.gov/ij/. 01/01/Accessed 01 May 2019
Kodikara JK, Choi X (2006) In: Miller GA, Zapata CE, Houston SL, Fredlund DG (eds) Unsaturated soils, vol 2. ASCE Geotechnical Special Publication. Simplified analytical model for desiccation cracking of clay layers in laboratory tests, pp 2558–2567
Konrad JM, Ayad R (1997) Desiccation of a sensitive clay: field experimental observations. Can Geotech J 34(6):929–942. https://doi.org/10.1139/cgj-34-6-929
Lakshmikantha M, Prat P, Ledesma A (2009) Image analysis for the quantification of a developing crack network on a drying soil. Geotech Test J 32(6):505–515
Lloret A, Ledesma A, Rodriguez R, Sánchez M, Olivella S, Suriol J (1998) Crack initiation in drying soils. In: Second international conference on unsaturated soils. Beijing, China. Aug. 1998
Louati F, Houcem T, Jamei M (2018) Unsaturated permeability prediction using natural evaporation method in cracked clay. In Proceedings of the 7th international conference on unsaturated soils (2018), Hong Kong, China
Manzoli O, Sánchez M, Maedo M, Hajjat J, Guimarães L (2018) An orthotropic FE interface damage model for simulating drying processes in porous materials. Acta Geotech. https://doi.org/10.1007/s11440-017-0608-3
McBrayer M, Mauldon M, Drumm E (1997) Infiltration tests on fractured compacted clay. J Geotech GeoEnviron Eng. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(1997)123:5(469)
Menson S, Song X (2019) Coupled analysis of desiccation cracking in unsaturated soils through a non-local mathematical formulation. Geosciences 9:428. https://doi.org/10.3390/geosciences9100428
Miller C, Mi H, Yesiller N (1998) Experimental analysis of desiccation crack propagation in clay liners. J Am Water Resour Assoc 34(3):677–686. https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.1998.tb00964.x
Miller GA, Hassanikhah A, Varsei M (2015) Desiccation crack depth and tensile strength in compacted soil. Unsaturated soil mechanics—from theory to practice. In: Proc., 6th Asia Pacific conf. on unsaturated soils, CRC Press, Boca Raton, FL
Morris PH, Graham J, Williams DJ (1992) Cracking in drying soils. Can Geotech J 29:263–277
Nahlawi H, Kodikara J (2006) Laboratory experiments on desiccation cracking of thin soil layers. Geotech Geol Eng 24(6):1641–1664
Omidi G, Thomas J, Brown K (1996) Effect of desiccation cracking on the hydraulic conductivity of a compacted clay liner. Water Air Soil Pollution 89:91–103
Péron H, Hueckel T, Laloui L (2009a) Fundamentals of desiccation cracking of fine-grained soils: experimental characterization and mechanisms identification. Can Geotech J 46:1177–1201
Péron H, Laloui L, Hueckel T, Hu L (2009b) Desiccation cracking of soils. Eur J Environ Civ Eng 13:869–888
Rayhani MHT, Yanful EK, Fakher A (2008) Physical modeling of desiccation cracking in plastic soils. Eng Geol 97:25–31
Rodríguez R, Sánchez M, Lloret A, Ledesma A (2007) Experimental and numerical analysis of a mining waste desiccation. Can Geotech J 44:644–658
Sánchez M, Atique A, Kim S, Romero E, Zielinski M (2013) Exploring desiccation cracks in soils using a 2D profile laser device. Acta Geotech 8:583–596. https://doi.org/10.1007/s11440-013-0272-1
Sánchez M, Manzoli O, Guimarães L (2014) Modeling 3-D desiccation soil crack networks using a mesh fragmentation technique. Comput Geotech 62:27–39
Shin H, Santamarina JC (2011) Desiccation cracks in saturated fine-grained soils: particle-level phenomena and effective-stress analysis. Géotechnique 61(11):961–972. https://doi.org/10.1680/geot.8.P.012
Tang C, Cui Y, Shi B, Tang A, Liu C (2011a) Dessication and cracking behaviour of clay layer from slurry state under wetting-drying cycles. Geoderma 166(1):111–118. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2011.07.018
Tang S, Shi B, Liu C, Suo B, Gao L (2011b) Experimental characterization of shrinkage and desiccation cracking in thin clay layer. Appl Clay Sci 52:69–77
Tang CS, Shi B, Cui YJ, Liu C, Gu K (2012) Desiccation cracking behavior of polypropylene fiber reinforced clayey soil. Can Geotech J 49(9):1088–1101
Tang C, Wang D, Shi B, Li J (2016) Effect of wetting-drying cycles on profile mechanical behavior of soils with different initial conditions. CATENA 139:105–116
Tollenaar RN, van Paassen LA, Jommi C (2017) Observations on the desiccation and cracking of clay layers. Eng Geol 230:23–31. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2017.08.022
Trabelsi H, Jamei M, Zenzri H, Olivella S (2012) Crack patterns in clayey soils: experiments and modeling. Int J Numer Anal Methods Geomech 36(11):1410–1433
Varsei M, Miller G, Hassanikhah A (2016) Novel approach to measuring tensile strength of compacted clayey soil during desiccation. Int J Geomech 16(6):1
Yesiller N, Miller C, Inci G, Yaldo K (2000) Desiccation and cracking behavior of three compacted landfill liner soils. Eng Geol 57:105–121
Yoshida S, Adachi K (2004) Numerical analysis of crack generation in saturated deformable soil under row-planted vegetation. Geoderma 120:63–74
Zhang Z, Zhou H, Zhao Q, Lin H, Peng X (2014) Characteristics of cracks in two paddy soils and their impacts on preferential flow. Geoderma 228–229:114–121
Zhang Y, Ye WM, Chen B, Chen YG, Ye B (2016) Desiccation of NaCl-contaminated soil of earthen heritages in the site of Yar City, northwest China. Appl Clay Sci 124:1–10
Zielinski M, Sanchez M, Romero E, Alvis A (2014) Precise observation of soil surface curling. Geoderma 226–227:85–93