Observation of Biot compressional wave of the second kind in granular soils

Abstract

The compressional wave of the second kind which was predicted theoretically by Biot (1956a) was observed in granular soils using very sensitive transducers. The Biot theory models both the individual and coupled behaviour of soil skeleton and pore fluid using the permeability, porosity, viscosity, densities and appropriate elastic constants of the solid, pore fluid and solid skeleton. The measured Biotwave velocities agree well with the theoretical values computed using properties and parameters which were obtained primarily from laboratory tests. The good agreement demonstrates that the Biot theory is valid for granular soils. The propagation of the P- and S-waves in granular materials was measured under different confining pressures and in both dry and saturated conditions. An empirical relationship between shear modulus G (in kPa) and confining pressure σc (in kPa) for Monterey sand and crystal silica sand samples was found to be given by G = 1·10(σc)0·42 1·64(σ)0·46. The measured Poisson's ratio of the soil skeleton is in the range 0·323–0·418, and it decreases as the confining pressure increases. The results of theoretical studies of the effect of frequency on wave velocities and the influences of other parameters are also presented. Ĺonde de compression du deuxiéme type prédite en théorie par Biot (1956a) a été observée dans des sols granulaires à ľaide de capteurs très sensibles. La théorie de Blot modélise le comportement individuel et le comportement couplé du squelette du sol et de ľeau interstitielle en utilisant la permébilit*eacute;, la viscosité, les densités et les constantes élastiques voulues du solide, de ľeau interstitielle et du squelette solide. Les vitesses mesurées de ľonde de Blot concordent bien avec les valeurs théoriques calculées à ľaide de propriètès et de paramétres obtenus principalement partir ďessais en laboratoire. Cette bonne concordance montre que la théorie de Biot śapplique aux sole granulaires. On a mesuré la propagation des ondes P et S dans des matériaux granulaires secs et saturés á diverses pressions de confinement. On a constaté qúil existait un rapport empirique entre le module de cisaillement G (en kPa,/sub>) et la pression de confinement σc' (en kPa) pour les échantillons de sable de Monterey et de sable siliceux cristallin: G = 1,07(σc')0·42 1,54(σc')0·42. Le coefficient de Poisson mesuré du squelette du sol se situe dans la bretelle de 0,323 ´ 0,418 et diminue á mesure qúaugmente la pression de confinement. Ĺexposé présente également les résultats des études théoriques de ĺeffet des fréquences sur la vitesse de propagation des ondes, ainsi que de ĺinfluence dautres paramétres.