4.9 Selection of a strain rateWhen

4.9 Selection of a strain rate
When testing clay specimens it is customary to perform drained tests. A drained test is one in which any porewater pressures generated by the application of the shearing load are allowed to escape from the test specimen. It does not necessarily imply zero porewater pressure in the sample. The time over which drained tests must be run is normally calculated according to a theory proposed by Gibson and Henkei (1954). In this theory, the shearing load, or rather the resultant generated porewater pressures, are inừoduceđ at a constant rate. Concurrently, water escapes from the specimen via the drains, and at the end of the loading period, only x% of the total applied porewater pressure remains in the worst place (usually the middle) of the specimen. For example, where X - 5%, this time, ÍỊ, for a doubly-drained soil sample is given by
_ 20 h2 if 5
3 Cv 
Constants equivalent to the 20/ầ factor for other drainage conditions and degrees of remaining porewater pressure are given by Bishop and Henkel (1971).
A strain rate is then chosen such that the test is run for this time to achieve the estimated failure strain. With the small specimen thickness of the simple ring shear apparatus, this approach yields very short test times, for instance with a Cv of 1 m2/year and a total specimen thickness 2h of 5 mm, if is about 22 minutes. Accordingly, our standard procedure for measurement of a residual strength demands that the torque transmitted through the specimen remain sensibly constant for at least this amount of time. When it has done so, it is possible to be sure that the drainage process is complete. It will normally take about half an hour to mobilize the reaction on the proving rings of the apparatus, so that for load stages after the first, (in which the shear surface is formed initially), about an hour in total is required.
The virtually unlimited ‘strain’ capacity of a ring shear device permits a completely novel approach. When shear-induced porewater pressures dissipate, they cause changes in the shear strength of the soil. This reflects in the torque transmitted through the apparatus. Thus when a constant torque is found, for example over a period of half an hour or so, or for a time equivalent to if in the above formula,. this demonstrates the complete elimination of transient porewater-pressure effects. A similar argument may be applied to the dissipation of porewater pressures induced by normal load: these may as well be allowed to escape during the shearing stage. The use of separate consolidation stages gives little additional benefit. Indeed, our standard procedure is to start the shearing as soon as the normal load is applied.
4.10 Achieving adequate total deformation
A major source of uncertainty is in ensuring that large enough strains have been obtained to completely develop the residual strength. Bishop et al. (1971) recommend plotting the load-deformation behaviour on a semi-logarithmic base (deformation on the logarithmic axis) since this is a severe test of the data. However, for rapid determinations, for example on a commercial basis, the time requirements for this are excessive. A more satisfactory alternative is to strain the sample until it appears that the residual has been reached and then to carry on with the next normal ỉoađ stage. When a full sequence of normal loads has been applied, the total load is reduced and the strength is re-evaluated at the initial norma] load. Provided that the strength is comparable with the original measurement, it is safe to assume that die additional deformation of the ỉater load stages has not further reduced the soil strength, and by inference, residual was achieved earlier. More than one point may be so checked.
Early in the development of the simple ring shear device, it became obvious that there was a conflict between several of the requừements that the apparatus needed to meet. For instance, the specimen thickness needed to be small, so that drainage during shear was rapid, and test times could be reduced. However, the small thickness of the sample meant that the monitoring of any consolidation stage undertaken was inaccurate. The procedure for observing the torque and using that as an indữect measure of the progress of consolidation was adopted to overcome what was seen to be a problem. It was only in retrospect that it proved to be a positive feature of the technique. Similarly, the early tests were done utilizing the semi-logarithmic plot of torque V. time. It was found that the time taken in the first load stage, and the attention it demanded, ruled out the measurement of residual strength with the ease and rapidity intended in the design.
The idea of returning to the first point on the residual sừength envelope was then tried. This was principally to see if there was an over-consolidation effect on the residual strength. It was found that the results were frequently erratic but, with further strain, the earlier residual strength could be obtained. In the course of exploring the erratic behaviour, the reasons for it were discovered, and a systematic experimental procedure found which was more in line with the initial concept of a simple and rapid method of residual strength determination.
4.11 Effect of strain rate on residual strength
Since in the ring shear test it is possible to achieve full drainage at whatever strain rate is chosen, merely by extending the test, it is practical to assess the influence of strain rate on the drained residual shear strength. The effect has been explored by Lupini et al. (1981) who show that increases in Sữain rate can cause increased sứength in the soil with some brittleness becoming apparent when the strain rates are subsequently reduced. This is explained as a result of the disruption by viscous drag forces of the strongly orientated zone produced under slower shearing conditions. At strain rates below a threshold value the influence of strain rate is negligible. This strain rate threshold has been found to correspond to a speed of r/minute in a 100 mm diameter shear apparatus for most clay soils, and a much slower speed of typically 0.048Vmin provides a safety factor on this as well as allowing a convenient test programme schedule in the laboratory.
• High rates of shear may be applied deliberately or inadvertently in ring shear testing. Should the normal load be reduced, for instance, the energy stored in the torque measuring system will cause rapid deformation of the specimen with consequent changes to the nature of the shear surface. This rapid deformation takes place in the direction of shearing, and so is not related to the effect of a reversal where a change in the direction of shearing upsets the particle alignment By way of analogy, this can be visualized by thinking of stroking a cat’s back. Do it repeatedly in the same direction, and the fur becomes orientated and smooth. However, if the fur is then stroked the ‘wrong way’, it stands on end. That is the effect in a reversal test. Consider then the effect of stroking the cat the ‘right
way’, but at high speed. Static electricity is then generated so that the fur refuses to lie flat.
It was this effect that was causing the erratic behaviour of test specimens when unloaded to try to reproduce the residual strength of the first load stage. Reduction in torque is therefore essential before relieving the normal load* Notwithstanding this, some brittleness may still be imroduced into the slip surface by unloading, but not so much that the routine of about an hour’s further straining is not adequate to re-establish the drained residual strength to an appropriate experimental degree of accuracy. The mechanisms for this secondary effect are not fully understood.
A rapid assessment of the strain rate sensitivity of the soil can be made by switching off the drive. If the specimen can hold the applied torque then the test has been made at a rate to which the soil is insensitive, and may be deemed satisfactory. A significant loss of torque should give rise to concern that the sưain rate was too fast. About an hour is ample time to check this.
Typical test results from a ring shear test are given in Figure 4.6.

Kết quả (Việt) 1:

4.9 lựa chọn của độ căng thẳngKhi thử nghiệm mẫu vật đất sét đó là phong tục để thực hiện đầu nguồn bài kiểm tra. Một thử nghiệm để ráo nước là một trong đó bất kỳ áp lực porewater được tạo ra bởi các ứng dụng của tải cắt được cho phép để thoát khỏi mẫu thử nghiệm. Nó không nhất thiết phải bao hàm không áp lực porewater trong mẫu. Thời gian qua mà thoát nước tốt các bài kiểm tra phải được chạy bình thường được tính theo một lý thuyết được đề xuất bởi Gibson và Henkei (1954). Theo lý thuyết này, tải cắt, hoặc thay vì kết quả tạo ra áp lực porewater, là inừoduceđ với tốc độ không đổi. Đồng thời, nước thoát từ các mẫu vật thông qua cống, và vào cuối thời gian tải, chỉ x % của áp lực tất cả ứng dụng porewater vẫn còn tại chỗ (thường giữa) tồi tệ nhất của mẫu vật. Ví dụ, trong trường hợp X - 5%, thời gian này, ÍỊ, cho một đất thoát nước tốt gấp đôi mẫu được cho bởi_ 20 h2 nếu 5 3 Cv Hằng số tương đương với các yếu tố 20/ầ về những điều kiện thoát nước và độ còn lại porewater áp lực được đưa ra bởi giám mục và cho Henkel (1971).Độ căng thẳng sau đó được lựa chọn như vậy mà các bài kiểm tra chạy cho thời gian này để đạt được sự căng thẳng ước tính thất bại. Với độ dày nhỏ mẫu vật của bộ máy cắt vòng đơn giản, phương pháp này sản lượng thời gian kiểm tra rất ngắn, ví dụ với một Cv của 1 m2/năm và tất cả mẫu vật dày 2h 5 mm, nếu là khoảng 22 phút. Theo đó, chúng tôi thủ tục tiêu chuẩn đo lường của một sức mạnh còn lại yêu cầu rằng mô-men xoắn được truyền thông qua các mẫu vật vẫn thoại đúng cách liên tục cho tối thiểu số tiền này trong thời gian. Khi nó đã làm như vậy, nó có thể để đảm bảo rằng trình thoát nước được hoàn tất. Nó thông thường sẽ mất khoảng nửa giờ để huy động phản ứng trên các vành đai minh của bộ máy, vì vậy mà cho giai đoạn sau khi lần đầu tiên (trong đó bề mặt cắt được thành lập ban đầu), khoảng một giờ trong tổng số là cần thiết.Hầu như không giới hạn 'căng thẳng' năng lực của một thiết bị cắt vòng cho phép một cách tiếp cận hoàn toàn mới. Khi áp lực gây ra cắt porewater tiêu tan, họ gây ra thay đổi trong sức mạnh cắt của đất. Điều này phản ánh trong mô-men xoắn được truyền thông qua các cơ quan. Do đó khi mô-men xoắn liên tục được tìm thấy, ví dụ trong khoảng nửa giờ hoặc như vậy, hoặc trong một thời gian tương đương nếu ở trên công thức. Điều này chứng tỏ việc loại bỏ hoàn toàn thoáng qua porewater-áp lực tác dụng. Một đối số tương tự có thể được áp dụng cho tản porewater áp lực gây ra bởi tải bình thường: cũng có thể được cho phép để thoát khỏi trong giai đoạn cắt. Việc sử dụng các giai đoạn riêng biệt củng cố cho lợi ích bổ sung ít. Thật vậy, thủ tục tiêu chuẩn của chúng tôi là bắt đầu chia sẻ ngay sau khi tải bình thường được áp dụng.4.10 đạt được đầy đủ tất cả sự biến dạngMột nguồn chính của sự không chắc chắn là trong việc bảo đảm rằng đủ lớn chủng đã được thu được hoàn toàn phát triển sức mạnh còn lại. Giám mục et al. đề nghị (1971) âm mưu hành vi biến dạng tải trên một cơ sở bán lôgarít (biến dạng trên trục hàm lôgarit) vì đây là một thử nghiệm nghiêm trọng của dữ liệu. Tuy nhiên, đối với quyết định nhanh chóng, ví dụ trên một cơ sở thương mại, các yêu cầu thời gian cho việc này là quá nhiều. Một thay thế thỏa đáng hơn là căng thẳng mẫu cho đến khi nó xuất hiện rằng dư đã đạt tới và sau đó để mang về với giai đoạn bình thường ỉoađ tiếp theo. Khi một chuỗi đầy đủ các tải bình thường đã được áp dụng, tải tổng là giảm và sức mạnh là tái đánh giá tại norma ban đầu] tải. Miễn là sức mạnh có thể so sánh với các phép đo ban đầu, nó là an toàn để giả định rằng chết thêm sự biến dạng của giai đoạn tải ỉater đã không tiếp tục giảm sức mạnh của đất, và do suy luận, dư đã đạt được trước đó. Nhiều hơn một điểm có thể được kiểm tra vì vậy.Đầu trong sự phát triển của thiết bị cắt vòng đơn giản, nó trở nên rõ ràng rằng đã có một cuộc xung đột giữa một số requừements công cụ cần thiết để đáp ứng. Ví dụ, độ dày mẫu cần thiết để được nhỏ, do đó hệ thống thoát nước trong quá trình cắt được nhanh chóng, và thời gian thử nghiệm có thể được giảm. Tuy nhiên, độ dày nhỏ của mẫu vật có nghĩa rằng giám sát bất kỳ giai đoạn củng cố thực hiện là không chính xác. Các thủ tục để quan sát mô-men xoắn và sử dụng đó như là một biện pháp indữect của sự tiến bộ của củng cố được thông qua để vượt qua những gì được coi là một vấn đề. Nó đã chỉ trong nhìn lại nó đã chứng tỏ là một tính năng tích cực của các kỹ thuật. Tương tự, các xét nghiệm ban đầu đã được thực hiện bằng cách sử dụng các lô bán lôgarít mô-men xoắn V. thời gian. Nó được tìm thấy rằng thời gian thực hiện trong giai đoạn đầu tiên tải, và sự chú ý nó yêu cầu, cai trị trong đo lường dư sức mạnh với sự dễ dàng và nhanh chóng thiết kế trong thiết kế.Ý tưởng của trở về đến độ đầu tiên trên phong bì dư sừength sau đó đã cố gắng. Đây là chủ yếu để xem nếu có ảnh hưởng over-củng cố sức mạnh còn lại. Nó được tìm thấy rằng các kết quả đã thường xuyên thất thường, nhưng với thêm căng thẳng, sức mạnh còn lại trước đó có thể được lấy. Trong quá trình khám phá các hành vi thất thường, những lý do cho nó được phát hiện, và một thủ tục thử nghiệm hệ thống tìm thấy mà đã nhiều hơn phù hợp với các khái niệm ban đầu về một phương pháp đơn giản và nhanh chóng của dư sức mạnh quyết tâm.4.11 tác động của tốc độ biến dạng dư sức mạnhKể từ khi trong thử nghiệm cắt vòng có thể đạt được hệ thống thoát nước đầy đủ tại bất cứ điều gì tỷ lệ chủng được chọn, chỉ bằng cách mở rộng các thử nghiệm, đó là thực tế để đánh giá ảnh hưởng của tốc độ căng thẳng trên sức mạnh để ráo nước dư cắt. Hiệu quả đã được khám phá bởi Lupini et al. (1981) người Hiển thị tăng Sữain tỷ lệ có thể gây ra tăng sứength trong đất với một số giòn trở nên rõ ràng khi tỷ giá căng thẳng sau đó giảm. Điều này được giải thích là kết quả của sự gián đoạn nhớt kéo lực lượng của khu định hướng mạnh mẽ được sản xuất theo chậm hơn sự xén lông trừu điều kiện. Mức giá căng thẳng bên dưới một giá trị ngưỡng ảnh hưởng của tốc độ căng thẳng là không đáng kể. Ngưỡng tỷ lệ này căng thẳng đã được tìm thấy để tương ứng với một tốc độ của r/phút trong một máy cắt đường kính 100 mm cho hầu hết các đất sét, và một tốc độ chậm hơn nhiều thường 0.048Vmin cung cấp một yếu tố an toàn về đây cũng như cho phép một lịch trình chương trình thử nghiệm thuận tiện tại Trung tâm.• Giá cao của cắt có thể được áp dụng cố ý hoặc vô tình trong vòng cắt thử nghiệm. Nên tải bình thường được giảm, ví dụ, năng lượng được lưu trữ trong mô-men xoắn đo hệ thống sẽ gây ra các biến dạng nhanh chóng của các mẫu vật với kết quả là sự thay đổi đối với bản chất của bề mặt cắt. Biến dạng nhanh chóng này diễn ra trong sự chỉ đạo của chia sẻ, và do đó không liên quan đến tác dụng của một đảo ngược mà một sự thay đổi theo hướng của sự xén lông trừu rối loạn liên kết hạt bằng cách tương tự, điều này có thể được hình dung bằng cách nghĩ đến stroking trở lại của một con mèo. Làm điều đó nhiều lần trong cùng một hướng, và lông trở thành định hướng và mịn. Tuy nhiên, nếu lông sau đó vuốt ve 'sai đường', nó đứng vào cuối. Đó là hiệu quả trong một thử nghiệm đảo ngược. Sau đó xem xét tác động của stroking mèo các ' đúng cách ', nhưng ở tốc độ cao. Tĩnh điện sau đó được tạo ra để lông từ chối nằm phẳng.Nó đã là hiệu ứng này đã gây ra hành vi thất thường của mẫu vật thử nghiệm khi bốc dỡ để cố gắng sao chép sức mạnh còn lại của giai đoạn đầu tiên tải. Giảm mô-men xoắn là do đó rất cần thiết trước khi làm giảm các bình thường tải * Tuy nhiên điều này, một số giòn vẫn có thể imroduced thành bề mặt chống trượt bởi xếp dỡ, nhưng không quá nhiều mà các thói quen của về một giờ thêm căng thẳng không phải là đủ để thiết lập lại sức mạnh để ráo nước còn lại để một mức độ thử nghiệm phù hợp chính xác. Các cơ chế cho hiệu ứng phụ này không hoàn toàn hiểu rõ.Một đánh giá nhanh chóng của sự căng thẳng tốc độ nhạy cảm của đất có thể được thực hiện bằng cách chuyển ra khỏi ổ đĩa. Nếu các mẫu vật có thể chứa mô-men xoắn ứng dụng sau đó các thử nghiệm đã được thực hiện tại một tỷ lệ mà đất là không nhạy cảm, và có thể được coi là thỏa đáng. Một thiệt hại đáng kể của mô-men xoắn nên làm phát sinh để quan tâm rằng tỷ lệ sưain là quá nhanh. Khoảng một giờ là thời gian để kiểm tra điều này.Kết quả điển hình kiểm tra thử nghiệm cắt vòng được đưa ra trong hình 4.6.