Application of the SASW-technique in geotechnical in-situ testing

Abstract

With the main aim to test the applicability of the surface wave seismic technique Spectral Analysis of Surface Waves (SASW), used for determination of the shear stiffness (shear modulus - Gmax), four areas of applications have been studied. The four areas have been sites with natural geological conditions, sites where non destructive testing is necessary, pavement testing and multichannel testing. A number of sites with a wide range of different geological conditions, varying from limestone to soft clay, were investigated and compared with results from a number of reference methods, such as seismic cone (SCPT), cone penetration testing (CPT), pressuremeter and vane shear testing. Testing of sites where non-destructiveness is necessary was carried out by combining SASW results and Continuous Vertical Electric Sounding (resistivity) results, and hence a methodology where two non-destructive geophysical methods are used for both stratigraphical and mechanical characterisation of the shallow subsurface was used. The pavement testing was performed in order to study the main problems with using SASW on the typical layering with extreme stiffness variations between the adjacent top layers, and, when compared with the most common natural soil layering, an inverse stiffness profile. Possible solutions to the pavement testing problems are discussed. The large potential in using profiling SASW-technique for continuity and spatial purposes is discussed. In order to demonstrate the potential in SASW profiling an 8-channel SASW-system was designed and tested where resistivity profiling and numerous geotechnical data was available.



Several conclusions are drawn in the thesis. The SASW moduli correlates in general with moduli from SCPT, except for two occasions. First, on the silty sites a big difference in the absolute values are seen. This may be explained by different degrees of saturation on the different occasions of testing. Secondly, when a stiffer layer overlays a less stiff layer the latter is not always detected. This problem is found to be related to the inversion technique that is used, and can be avoided if accurate a priori information of the layering is available. The methodology of combining SASW-technique and the resistivity method for a “complete” geotechnical characterisation of the subsurface was found to be successful on a landfill and a lime stabilised road embankment. With a multichannel SASW-system profiling was carried out and the shear stiffness was determined continuously along a line. The multichannel data was compared with reference data from soundings, soil sampling and resistivity profiling data, and the correlation between the different methods was good. This clearly demonstrated a useful possibility in geotechnical characterisation of sites.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Med syftet att utvärdera tillämpbarheten av den ytvågsseismiska tekniken Spectral Analysis of Surface Waves (SASW), vilken används för bestämning av skjuvmodulen (Gmax), har fyra olika tillämpningsområden studerats. De fyra områdena har varit lokaler med naturliga jordförhållanden, lokaler där enbart icke-förstörande metoder normalt är möjliga att använda, test av vägbank och användning mångkanalsteknik. I den första gruppen, naturliga jordar, valdes ett antal lokaler med olika egenskaper ut, varierande från kalkberg till lös lera. SASW-resultaten jämfördes med tillgängliga referensdata, i huvudsak seismisk kon (SCPT), CPT, pressometer och vingförsök. På de lokaler där förstörande metoder normalt inte är tillåtna kombinerades SASW och resistivitetsmätningar för att med två geofysiska metoder både på stratigrafisk och mekanisk information. Mätningarna utfördes på en avfallsdeponi och en kalkstabiliserad vägterrass. Försöken på färdig väg (belagd) utfördes för att få en förståelse för kända problem med användning av SASW-teknik på lokaler med väldigt hög fasthet i ytan. Ett mångkanals SASW-system utvecklades för att testa potentialen i användning av SASW-teknink för profilerande mätningar. Försöken utfördes där referensdata från profilerande resistivitetsmätning och rikligt med traditionell geoteknisk information fanns tillgänglig.



Ett antal slutsatser dras. SAW-resultaten, Gmax, är i allmänhet i överensstämmelse med Gmax från SCPT. I två fall är dock överensstämmelsen mindre god. Dels på de två siltlokaler som undersökts, och dels då ett fast lager överlagrar ett mindre fast. I det senare fallet upptäcks ibland inte det undre mindre fasta lagret. En tänkbar förklaring till diskrepansen på siltlokalerna är att vattenmättnadsgraden i materialet mellan de olika tillfällena varierat. Vid jämförelse med Gmax empiriskt utvärderad från CPT-data är överensstämmelsen bättre. Det andra fallet har funnits vara relaterat till den utvärdering som görs genom inversmodellering, och problemet kan till viss del lösas om god information om stratigrafin på den aktuella lokalen finns tillgänglig. En kombination av resistivitetsmätning och SASW-teknik har funnits vara en god metodik för att egenskapsbestämma undergrunden både stratigrafiskt och mekaniskt, på sådana lokaler där penetrerande metoder inte är möjliga att använda. Med ett 8-kanals SASW-system har profilerande mätningar utförts och resultaten korrelerar väl med referensdata. Möjligheten att upptäcka laterala förändringar av fastheten (Gmax) är uppenbar och med relativt enkel modifiering av utrustningen är profilering av 500-1000 m per dag rimligt att uppnå inom en snar framtid. Några generella rekommendationer för användandning av SASW-teknik ges.

• author: Svensson, Mats
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Prof Foged, Niels, DTU, Denmark
• organization: Departments at LTH
• publishing date: 2001
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Mechanical Engineering
• keywords: teknisk geologi, Hydrogeologi, Spectral Analysis of Surface Waves, shear modulus, SASW, multichannel, inversion, Gmax, teknisk geografi, Environmental technology, pollution control, Miljöteknik, kontroll av utsläpp, geographical and geological engineering, Hydrogeology, Civil engineering, hydraulic engineering, offshore technology, soil mechanics, Väg- och vattenbyggnadsteknik
• pages: 162 pages
• defense location: Room V:C, Civil Engineering, LTH (V-huset), John Ericssons väg 1
• defense date: 2001-05-18 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUTVDG/TVGT--1009--SE
• ISBN: 91-973723-1-5
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 0e3a2c32-dad9-44f8-958d-b80e9399da88 (old id 20061)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:33:01
• date last changed: 2018-11-21 21:05:35