Constitutive modeling of gassy sand behaviour

摘要

The behaviour of loose gassy sand was investigated with the use of a constitutive model. The constitutive model was modified from an existing model that focused on assessing the liquefaction of loose sands over a wide range of states and loading conditions. The modifications involved taking into account the compressibility and solubility of the pore gas and liquids. Hilf's equation, which calculates the pore-pressure change in a gassy or unsaturated soil subjected to an applied total stress, was incorporated into the model formulation. The initial degree of saturation is needed for model prediction, and the coefficient of volumetric solubility (Henry's constant) was introduced as a new model parameter. The modified model was used to predict the effect of gas on the undrained static behaviour of loose sand. The laboratory results of saturated specimens were modeled, and the predicted and observed behaviours were found to agree well. Results from gassy specimens were also predicted, and again the model predictions matched the test results. The model was used to confirm that gas has the effect of decreasing, but not eliminating, the susceptibility of loose sand to flow liquefaction. The major shortcoming of the modified model was its inability to predict the slight increase in effective normal stress that was observed in the initial stages of all the undrained triaxial tests. This shortcoming resulted in differences between the predicted and observed behaviour especially of strain-hardening specimens.Key words: gassy soil, liquefaction, constitutive modeling, triaxial testing.On a étudié le comportement de sables meubles gazeux au moyen d'un modèle constitutif. Le modèle constitutif a été modifié en partant d'un modèle existant développé par, et qui portait sur l'évaluation de la liquéfaction des sables meubles pour une large plage de conditions d'état et de chargements. Les modifications impliquaient la prise en compte de la compressibilité et de la solubilité des gaz et des liquides dans les pores. L'équation de Hilf qui calcule le changement de pression interstitielle dans un sol gazeux ou non saturé soumis à l'application d'une contrainte totale a été incorporée dans la formulation du modèle. Le degré initial de saturation est requis pour la prédiction du modèle, et le coefficient de solubilité volumétrique (constante de Henry) a été introduit comme un nouveau paramètre du modèle. Le modèle modifié a été utilisé pour prédire l'effet du gaz sur le comportement statique non drainé du sable meuble. Les résultats en laboratoire des spécimens saturés ont été modélisés, et on a trouvé qu'il y avait une bonne concordance entre les comportements prédits et observés. Les résultats pour les spécimens gazeux ont aussi été prédits et les prédictions du modèle s'accordaient là aussi avec les résultats des essais. Le modèle a été utilisé pour confirmer que le gaz a pour effet de diminuer, mais sans l'éliminer, la susceptibilité à l'écoulement par liquéfaction dans le sable meuble. La limitation majeure du modèle modifié était son incapacité de prédire le faible accroissement de la contrainte effective normale qui a été observé dans les stades initiaux de tous les essais triaxiaux non drainés. Cette limitation découlait des différences entre les comportements prédit et observé spécialement des spécimens sujets à l'écrouissage.Mots clés : sol gazeux, liquéfaction, modélisation constitutive, essai triaxial.[Traduit par la Rédaction]