Friction Angle

131 Pages·2012·6.28 MB·English

16th Nordic Geotechnical Meeting
Copenhagen
Geotechnical Site Exploration 
in the Year 2012 and Beyond
Paul W. Mayne, PhD, P.E.
Georgia Institute of Technology
10 May 2012
Purposes: Geotechnical Site Investigation
 A must prior to all geotechnical projects
 Determine geostratigraphy for site development
 Information for construction and foundation 
selection
 Collect geotechnical data for parameter evaluation
 Input to analytical models and numerical FEM
 Minimize surprises during construction 
 Mitigate potential for legal involvement
Geotechnical Site Characterization in 2012
 State‐of‐the‐Art (SOA)  = What we CAN do
 State‐of‐the‐Practice (SOP)  = what we ARE 
doing
 Brief remarks on International Geotechnical 
Experimentation Sites (IGES)
 Geotech Education: overemphasis on lab
 Best Practices:.... small projects.... vs. medium  
..... vs. large‐projects
 This talk = short SOA to improve current SOP
Mayne ≠ SOB

Initial Conditions
INDICES STATE
 Geologic Origin  Void Ratio, e
0
 Age, A Z  Unit Weight, 
G w
T
 Grain Sizes, D
 Relative Density, D
50
R
 Mineralogy Z  State Parameter, 
 Plasticity, PI
 Vertical Stress, 
vo
 Shape (fractals)
 Hydrostatic Pressure, u
o
 Sphericity, S Soil 
 Yield Stress Ratio, YSR
ph
Element A
 Roundness, R
 Saturation, S (%)
n
 Angularity, A
 Geostatic K =  ’/ ’
ng
0 ho vo
 Packing limits: e and e
 Stiffness, G = G
max min
0 max
 Specific Surface, S
S  State Parameter, ψ
 Particle characteristics for DEM 
 Degree of cementation
(crushing strength, modulus, 
 Fabric and void index, I
vo
roughness, friction)
 Continuity (intact or fissured)
Geotechnical Parameters
CONDUCTIVITY STIFFNESS
 Stiffness:  G = G
 Hydraulic:  k , k
0 max
v h
 Shear Modulus, G' and G
 Thermal:  k
u
e
 Electrical:   Elastic Modulus, E' and E
u
 Chemical:  D  Bulk Modulus, K’
f
 Transmissivity, T  Constrained Modulus, D’
m
 Permittivity, P  Tensile Stiffness, K
m T
 Poisson’s Ratio, 
COMPRESSIBILITY
 Effects of Anisotropy (G /G )
 Recompression index, C vh hh
r
 Nonlinearity (G/G vs  )
 Yield Stress,  ' (and YSR) max s
y
 Subgrade Modulus, k
 Preconsolidation,  ’ (and OCR) s
p
 Spring Constants, k , k , k , k
 Coefficient of Consolidation, c z x  θ
v
 Virgin Compression index, C STRENGTH
c
 Swelling index, C  Drained and Undrained, 
s max
 Peak (s , c’, ’)
RHEOLOGICAL
u
 Post‐peak, '
 Strain rate, t
 Remolded strength
 Time since consolidation (T)
 Softened or critical state, s
 Coef. secondary compression, C u (rem)

 Residual (c ’,  ’)
 Creep rate,  r r
R
 Cyclic Behavior ( / ')
 Time to failure, t cyc vo
f
“...when you can measure what you are 
speaking about and express it in numbers, 
you know something about it; but when 
you cannot express it in numbers, your 
knowledge is of a meager and 
unsatisfactory kind"    Lord Kelvin (1883)
Jaksa (2005)
US National Geotechnical Experimentation Sites (NGES)
Established in USA jointly by:

National Science Foundation 

(NSF) 
Federal Highway Administration 

(FHWA)
ASCE Geo‐Institute

6 NGES in continental USA

ASCE Geotechnical
Special Publication 
(GSP) No. 93 (2000)
NGES: Texas A&M Sand Site
US National Geotechnical Test Site
(Briaud & Gibbens, 1999;  Briaud, 2007)
SPT‐N value, N  (bpf) Tip Resistance, q (MPa) Limit Pressure, P (kPa) DMT Pressures (bars) Velocity, V (m/s)
60 t L s
0 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 0 500 1000 1500 0 10 20 30 40 50 0 100 200 300 400
0
 Upper
Pleistocene Clean
CHT
1
 Sands (SP)
DMT
2
3
4
) 
 silty Sands (SP‐SM) ers 5 CPT
t
e
m
h ( 6
t
p
e
D
  Silty to Clayey 7
 Sands (SC ‐ SM)
SPT
8
9
PMT
10
p0
 Hard Eocene Clay
p1
 Shale 11 Crosshole 2‐1
12
NGES:  Opelika, Alabama
Piedmont residual fine sandy silts
(Vinson and Brown, 1997;  Mayne & Brown, 2003)