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Directional Variation of Elastic Wave Velocities in Oriented Clay

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

Arley G. Franklin
Affiliation:
Department of Civil Engineering, Northwestern University, Evanston, Illinois 60201, U.S.A.
Phillip A. Mattson*
Affiliation:
Department of Civil Engineering, Northwestern University, Evanston, Illinois 60201, U.S.A.
*
*Present address: 6 Gates Court, Auburn, Mass., U.S.A. 01501
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Abstract

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Sonic anisotropy of clay resulting from particle orientation was studied by means of velocity measurements on anisotropically consolidated kaolinite. Samples were prepared from a kaolin-water slurry under consolidation pressures ranging from 80 to 400 psi, with two distinct stress histories. Directional velocity measurements were made over a wide range of water contents as saturated samples were allowed to dry by evaporation to water contents below the shrinkage limit. Directional variation was most pronounced with partial saturation, when directional velocities differed by as much as a factor of two. The degree of sonic anisotropy is seen to correlate with variation in the shrinkage limit, showing a systematic dependence on particle orientation, but no unique relation to consolidation stress exists because of the overriding influence of stress history.

Résumé

Résumé

L’anisotropie de l’argile vis a vis des ondes sonores, résultant de l’orientation des particules, a été étudiée au moyen de mesures de vitesse sur une kaolinite consolidée d’une façon anisotrope. Les échantillons étaient préparés à partir d’une pâte eau-kaolin, sous des pressions de consolidation allant de 80 psi à 400 psi, avec deux systèmes de précontrainte distincts. Les mesures de vitesse directionnelle ont été effectuées pour un grand domaine de teneurs en eau puisque les échantillons saturés étaient séchés par évaporation jusqu’à des humidités inférieures à la limite de retrait. La variation directionnelle était la plus forte pour une saturation partielle, avec des vitesses directionnelles pouvant différer d’un facteur deux. Le degré d’anisotropie vis à vis des ondes sonores est à corréler avec la variation de la limite de retrait en montrant une dépendance systématique envers l’orientation des particules; il n’y a pas de relation unique avec la contrainte de consolidation à cause de l’influence prédominante du système de précontrainte.

Kurzreferat

Kurzreferat

Die sich aus der Teilchenorientierung ergebende Anisotropie von Ton wurde untersucht mit Hilfe von Geschwindigkeitsmessungen an anisotropisch konsolidiertem Kaolinit. Es wurden Proben Tiergestellt aus einer Kaolin-Wasseraufschlämmung mit Versichtungsdrucken, die sich von 80 psi bis 400 psi erstreckten, mit zwei verschiedenen Beanspruchungsverläufen. Richtungsgeschwindigkeitsmessungen wurden über einen weiten Bereich von Wassergehalten durchgeführt, indem man gesättigte Proben durch Verdampfung bis auf Wassergehalte unterhalb der Schrumpfgrenze trocknen liess. Richtungsmässige Unterschiede waren am deutlichstem bei Teilsättigung wo festgestellt wurde, dass sich die Richtungsgeschwindigkeiten bis zu einem Faktor von zwei voneinander unterschieden. Es wird gezeigt, dass sich der Grad sonischer Anisotropie in Korrelation mit der Schrumpfgrenze befindet, mit einer systematischen Abhängigkeit von der Teilchenorientierung, jedoch besteht keine eindeutige Beziehung zur Verdichtungsspannung infolge des überwiegenden Einflusses des Spannungsverlaufes.

Резюме

Резюме

Звуковая анизотропия глины возникающая вследствии ориентации частиц изучается путем измерения скоростей на анизотропически отвердевшем каолините. Из водяного шламма каолина приготовили образцы под давлением консолидации от 80 фунт/дюйм2 до 400 фунт/дюйм2, с двумя резко выраженными ходами развития напряжения. Провели измерения скорости волны в поле давления, зависящей от направления, по широкому диапазону содержания воды в то время как насыщенные образцы высушивались испарением воды ниже предела усадки. Направленная вариация была наиболее заметна при частичном насыщении, когда направленные скорости различались, по крайней мере, на два значения. Степень звуковой анизотропии, кажется, находится в корреляции с разницей в пределе усадки, проявляя систематическую зависимость от ориентации частиц, но не проявляя особой зависимости от напряжения отвердевания вследствие преобладающего влияния хода развития напряжения.

Type
Research Article
Copyright
Copyright © Clay Minerals Society 1972

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