Evaluation of flow liquefaction using post-liquefaction strength ratio and brittleness: review and discussion

RÉSUMÉ: La résistance post-liquéfaction, qui est la résistance au cisaillement mobilisée lors de grandes déformations après la liquéfaction, a été utilisée pour évaluer la stabilité des structures terrestres construites et fondées sur des sols liquéfiables. Suite aux récents échecs des barrages de résidus, les critères de conception sont modifiés pour suivre une approche de conception conservatrice avec la résistance au cisaillement post-liquéfaction lorsque le comportement des matériaux de remblai et/ou de fondation est fragile, quel que soit le mécanisme de déclenchement de la liquéfaction. Cela incite les ingénieurs de conception à comprendre le mécanisme de la résistance post-liquéfaction et les facteurs influents. Le ratio de résistance post-liquéfaction est généralement estimé à l'aide de corrélations empiriques et de la résistance à la pénétration sur le terrain (par exemple, CPT et SPT), ainsi que des tests de laboratoire avancés (par exemple, tests monotones et cycliques). De nombreux facteurs tels que la densité relative, la taille des particules, la gradation, la contrainte de confinement et le mode de cisaillement ont été identifiés comme influençant le ratio de résistance post-liquéfaction et ont été étudiés en laboratoire. D'autres facteurs tels que la redistribution des vides, le mélange des sols et les conditions de drainage ont été identifiés comme influençant le ratio de résistance post-liquéfaction sur le terrain et ne peuvent pas être étudiés en laboratoire. Cet article fournit une revue critique des facteurs influençant le ratio de résistance post-liquéfaction. Dans cette revue, des matériaux allant du naturel au fabriqué (résidus), des fines non plastiques au gravier fin, mal classés à bien classés, arrondis à angulaires, et de différentes origines géologiques ont été inclus. L'influence de plusieurs facteurs, y compris la densité relative, le paramètre d'état, la taille des particules, la distribution de la taille des particules, la forme des particules, la compressibilité au cisaillement, le mode de cisaillement (compression triaxiale, extension, cisaillement simple, cylindre creux), la vitesse des ondes de cisaillement, la résistance à la pénétration et la redistribution des vides sur le ratio de résistance post-liquéfaction ont été discutés. L'indice de fragilité déterminé par la liquéfaction de flux en laboratoire est lié au ratio de résistance post-liquéfaction. De plus, une ligne directrice générale de conception est présentée pour évaluer la liquéfaction de flux en utilisant la résistance post-liquéfaction et l'indice de fragilité à partir de la compréhension des fondamentaux, des facteurs influents et des leçons tirées des études de cas.

ABSTRACT: Post-liquefaction strength, which is the shear strength mobilized at large deformation following liquefaction, has been used to assess the stability of earth structures built and founded on liquefiable soils. Following recent tailings dams’ failures, design criteria are being modified to follow a conservative design approach with the post-liquefaction shear strength when behaviour of embankment and/or foundation materials is brittle regardless of liquefaction triggering mechanism. This urges design engineers to understand the mechanism of the post-liquefaction strength and factors affecting. The post-liquefaction strength ratio is typically estimated using empirical correlations and field penetration resistance (e.g., CPT and SPT), and advanced laboratory testing (e.g., monotonic and cyclic tests). Many factors, such as relative density, particle size, gradation, confining stress, and shearing mode have been identified to be influencing the post-liquefaction strength ratio and have been investigated in laboratory condition. Other factors such as void redistribution, soil intermixing, drainage conditions have been identified to be influencing the post-liquefaction strength ratio in the field and cannot be investigated in the laboratory condition. This paper provides a critical review on the factors influencing the post-liquefaction strength ratio. In this review, materials ranging from natural to man-made (tailings), non-plastic fines to fine gravel, poorly graded to well graded, rounded to angular, and from different geological origins have been included. Influence of several factors including relative density, state parameter, particle size, particle size distribution, particle shape, shearing compressibility, shearing mode (triaxial compression, extension, simple shear, hollow cylinder), shear wave velocity, penetration resistance, and void redistribution on post-liquefaction strength ratio have been discussed. Brittleness index determined through laboratory-based flow liquefaction is linked to post-liquefaction strength ratio. Further, a general design guideline is presented to evaluate flow liquefaction using the post-liquefaction strength and brittleness index from an understanding of fundamentals, factors affecting, and lessons learned from case studies.