A novel triaxial testing system for soil samples subject to freeze-thaw cycles

ABSTRACT: A soil triaxial device has been developed for testing on frozen samples. The temperature can be adjusted between - 57℃ and + 80℃ by a computer aided temperature control unit. Temperature variations could occur while isotropic or anisotropic consolidation stresses are being applied to simulate real conditions. It is not possible to measure the volume of the sample due to the freezing of the pore water with the conventional burette system. Therefore, a double-walled cell has been utilized in this innovative device. Precise calibration tests have been conducted to assure an accurate and stable volume change measurement in different temperatures. In numerous creep tests conducted under isotopic consolidation over an extended period, the measurement device has accurately detected volume changes. Furthermore, the given device is equipped with an in-cell ultrasonic measurement equipment that can measure P wave velocity (VP) during the process of temperature change and loading at any desired moment. When the sample is subjected to various temperatures and stresses, the ultrasonic measurement results are utilized to estimate the sample's frozen pore water content. Some experimental results are presented.

RÉSUMÉ: Un dispositif triaxial de sol a été développé pour les essais sur des échantillons gelés. La température peut être réglée entre -57℃ et + 80℃ par une unité de contrôle de température assistée par ordinateur. Des variations de température peuvent se produire pendant l'application de contraintes de consolidation isotropes ou anisotropes pour simuler des conditions réelles. Il n'est pas possible de mesurer le volume de l'échantillon en raison de la congélation de l'eau de pores avec le système de burette conventionnel. Par conséquent, une cellule à double paroi a été utilisée dans ce dispositif innovant. Des tests de calibration précis ont été menés pour assurer une mesure précise et stable des changements de volume à différentes températures. De plus, le dispositif donné est équipé d'une installation de mesure ultrasonique in-cellule qui peut mesurer la vitesse d'onde P VP pendant le processus de changement de température et de chargement à tout moment souhaité. Lorsque l'échantillon est soumis à diverses températures et contraintes, les résultats de mesure ultrasonique sont utilisés pour estimer le pourcentage d'eau de pores congelée de l'échantillon. Différents résultats expérimentaux sont présentés.