A novel method for determining the small-strain shear modulus of soil using the bender elements technique - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Canadian Geotechnical Journal Année : 2017

A novel method for determining the small-strain shear modulus of soil using the bender elements technique

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Yejiao Wang
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 776837
  • IdRef : 197581528
Yu-Jun Cui
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 2792
  • IdHAL : yu-jun-cui
Anh Minh A.M. Tang

Résumé

Bender elements technique has become a popular tool for determining shear wave velocity, V s , hence the small-strain shear modulus of soils, G max , thanks to its simplicity and nondestructive character among other advantages. Several methods were proposed to determine the first arrival of V s. However, none of them can be widely adopted as a standard and there is still an uncertainty on the detection of the first arrival. In this study, bender elements tests were performed on lime-treated soil and both shear wave and compression wave velocities at various frequencies were measured. In-depth analysis showed that the S-wave received signal presents an identical travel time and opposite polarity compared with that of the S-wave components in P-wave received signal, especially at high frequency. From this observation, a novel interpretation method based on the comparison between the S-wave and P-wave received signals at high frequency is proposed. This method enables the determination of the arrival time of the S-wave objectively, avoiding a less reliable first arrival pickup point. Furthermore, the "-point " method and cross-correlation method were also employed and the obtained results agree well with those from the proposed method, indicating the accuracy and reliability of the latter. The effects of frequency on the shear wave velocity are also discussed.
La technique avec des éléments piézocéramiques (« bender elements ») est devenue un outil populaire pour la détermination de la vitesse des ondes de cisaillement, Vs, d’où le module de cisaillement à faible déformation des sols, Gmax, grâce à sa simplicité et son caractère non destructif, avec d’autres avantages. Plusieurs méthodes ont été proposées pour déterminer la première arrivée de Vs. Cependant, aucune d’entre elles ne peut être largement adopté comme norme et il y a encore une incertitude concernant la détection de la première arrivée. Dans cette étude, des essais avec des éléments piézocéramiques ont été réalisés sur un sol traité à la chaux et les vitesses des ondes de cisaillement et de compression à différentes fréquences ont été mesurées. Une analyse approfondie a montré que le signal reçu de l’onde-S présente un temps de parcours identique et une polarité opposée par rapport au temps de parcours et à la polarité des composants de l’onde-S dans le signal reçu de l’onde-P, en particulier à haute fréquence. De cette observation, une méthode d’interprétation novatrice basée sur la comparaison entre les signaux reçus des ondes-S et des ondes-P à une haute fréquence est proposée. Cette méthode permet de déterminer le moment d’arrivée de l’onde-S objectivement, en évitant une détection moins fiable du premier point d’arrivée. En outre, la méthode « -point » et la méthode de corrélation croisée ont également été utilisées et les résultats obtenus concordent bien avec ceux de la méthode proposée, ce qui indique la précision et la fiabilité de celle-ci. Les effets de la fréquence sur la vitesse des ondes de cisaillement sont également discutés.
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Dates et versions

hal-01515958 , version 1 (28-04-2017)

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Citer

Yejiao Wang, Nadia Benahmed, Yu-Jun Cui, Anh Minh A.M. Tang. A novel method for determining the small-strain shear modulus of soil using the bender elements technique. Canadian Geotechnical Journal, In press, 54 (2), pp.280-289. ⟨10.1139/cgj-2016-0341⟩. ⟨hal-01515958⟩
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