This report presents a quantitative investigation into the impact of shearing velocity variation on the obtained shear strength from DSS tests on varved clays originating from the Uppsala region, particulary within the planned reconstruction route of road 55 between Örsundsbro and Kvarnbolund in eastern Sweden. Varved clays are prevalent in this region, and understanding their mechanical properties are crucial for infrastructure projects such as road improvements.The study employs a comprehensive quantitative approach, involving the development and analysis of extensive data and statistics derived from various field and laboratory methods, such as vane tests, CPT tests, undisturbed routine analyses and DSS tests. These tests are supplemented with disturbed routine analyses, CRS tests and ground water measurments specific to the road 55 area.The results demonstrate that the shearing velocity does not correlate with the obtained shear strength. The shear strength remains independent of the shearing velocity.Consequently, the conclusion drawn is that increasing the shearing velocity during DSS tests for varved clays ias advisable, as it does not significantly affect the test results. This finding suggests the potential for improving testing efficency without compromising accuracy in geotechnical assessments for road construction projects with similar geotechnical conditions such as the road 55 reconstruction project.

In Sweden, there exists a large number of dams. Many of them are founded on rock masses normally affected by the presence of sub-horizontal rock fractures, which makes sliding along rock joints under the dam foundation one of the most critical failure mechanism. Various attempts have been made to relate the peak shear strength of rock joints to measurable parameters. However, the uncertainty in the determination of the shear strength of rock joints is nonetheless still significant.The main aim of this thesis is to investigate, develop and apply analytical and numerical techniques for estimation of peak shear strength of natural and unfilled rock joints. In a first step, the peak shear strength of several natural and unfilled rock joint was calculated by using surface aperture measurements from high-resolution optical scanning and a modified version of the analytical criterion previously developed by Johansson and Stille in 2014. In a second step, PFC2D was utilised to perform numerical shear tests on two-dimensional profiles selected from high-resolution optical scanning on unweathered and perfectly mated tensile induced rock joints.The results from the analytical approach show that the calculated peak shear strengths of the analysed samples are in good agreement compared with the laboratory investigations. Conversely, the obtained results from the numerical approach show lower peak shear strengths in the analysed two-dimensional profiles compared with the conducted laboratory shear tests.The analytical approach together with the advanced techniques to measure surface roughness available today, may be a possible way forward towards a methodology to determine peak shear strength of large-scale natural rock joints in-situ. / Bergsprickors skjuvhållfasthet är en avgörande faktor för att kunna bestämma säkerheten mot gliding för dammar där sub-horisontella utbredda bergsprickor existerar. Samtidigt är parametern svår att bestämma då den påverkas av flera faktorer som sprickytans råhet, vittringsgrad, normalspänning, skala samt passning. Skjuvhållfasthet av bergsprickor kan bestämmas genom att använda empiriska och analytiska brottkriterier samt numeriska metoder. Problemet med de befintliga metodikerna är att de inte beaktar inverkan från sprickans passning. Detta innebär att hållfastheten riskerar att överskattas.Det övergripande syftet med denna licentiatuppsats är att studera, utveckla och tillämpa analytiska och numeriska metoder för uppskattning av skjuvhållfasthet för naturliga och ofyllda bergsprickor. I ett första steg beräknades skjuvhållfastheten för ett antal naturliga och ofyllda bergsprickor. Detta gjordes genom att mäta aperturen baserat på högupplöst skanning och en vidareutvecklad version av det analytiska kriteriet som föreslogs av Johansson och Stille 2014. I ett andra steg användes PFC2D för att genomföra numeriska skjuvtester på två-dimensionella sprickprofiler baserat på högupplöst skanning av perfekt passade och draginducerade bergsprickor.Resultaten från uppskattad skjuvhållfasthet med den analytiska metodiken visar på en bra överensstämmelse i jämförelse med de utförda skjuvförsöken. Resultaten från de utförda analyserna med PFC2D visar på en något lägre skjuvhållfasthet än vad som observeras i verkligheten.Den utvecklade analytiska metodiken, tillsammans med de avancerade tekniker som idag finns för att mäta sprickytornas råhet, bedöms kunna utgöra ett första steg mot att bättre kunna bestämma den storskaliga skjuvhållfastheten för bergsprickor i fält. / <p>QC 20190402</p>

The Discrete element method (DEM) is a methodology to investigatethe interactions among granular materials. It analyzes the behavior of par-ticulate environments by solving force-displacement equations that adhereto Newton’s second law of motion. Despite its usefulness, the DEM is notwithout limitations, and researchers are still facing certain challenges thatrestrict them from performing detailed analyses of granular materials. Thisstudy addresses two issues in DEM modeling of granular materials in rail-way embankments. Firstly, the long computational time required by theDEM for modeling fine angular particles in granular materials is addressedby exploring the effects of particle scaling on the shear behavior of granularmaterial. This study investigates the impact of particle size distribution,particle angularity, and the amount of scaling on the accuracy and compu-tational efficiency of DEM. Secondly, the limitations of DEM in includingthe continuous rail beam structure in the track are addressed by verifyinga DEM model against physical measurements of a full-scale ballasted trackand investigating the influence of including the rail beam structure on high-speed railway ballasted tracks. The results show that the use of particlescaling in the first study significantly improves the computational efficiencyof the DEM while maintaining accuracy, and this method is used in thesecond study to investigate the influence of the rail beam structure on thebehavior of railway tracks. / Diskreta elementmetoden (DEM) är en effektiv metod för att undersö-ka interaktioner i granulära material. Metoden analyserar samverkan mellanpartiklar genom att lösa kraft-deformationsekvationer som följer Newtonsandra lag. Trots dess användbarhet har DEM vissa begränsningar och fors-kare stöter fortfarande på vissa utmaningar som hindrar dem från att ge-nomföra detaljerade analyser av granulära material. Denna studie tar upptvå frågeställningar vid DEM-modellering av granulära material i järnvägs-bankar. För det första behandlas den långa beräkningstiden som krävs föratt modellera granulära material genom att utforska effekterna av parti-kelskalning på skjuvbeteendet. Studien undersöker effekten av partikelstor-leksfördelning och spetsighet på noggrannheten och beräkningseffektivite-ten. För det andra behandlas begränsningarna hos DEM när det gäller attinkludera den kontinuerliga rälsstrukturen i spåret genom att verifiera enDEM-modell mot fysiska mätningar av ett ballasterat spår i full skala ochundersöka inverkan av att inkludera rälsstrukturen. Resultaten i den förstastudien visar att tillämpningen av partikelskalning avsevärt förbättrar be-räkningseffektiviteten samtidigt som noggrannheten bibehålls. Partikelskal-ning används i den andra studien för att undersöka inverkan av rälsstruk-turen på beteendet hos järnvägsspår. / <p>QC 230508</p>

The undrained shear strength and preconsolidation pressure are key parameters in describing the characteristics of soft clays. The two parameters both reflect the clay’s structure and state of stress, and hence empirical correlations for undrained shear strength normalized with respect to preconsolidation pressure are widely used to assess soil behavior. The empirical correlations given in the literature are typically dependent on liquid limit, or plasticity index, but some studies have questioned the dependency and proposed correlations constant for consistency limits. Data from geotechnical projects often display a considerable scatter and deviate from established empirical correlations. In this thesis, statistical analyses are performed and evaluated qualitatively on direct simple shear, constant rate of strain and fall cone test data from 146 sampling points with a total of 596 soil samples from Stockholm, Gothenburg and Uppsala. The aim is to investigate the correlation between shear strength and the preconsolidation pressure. The thesis evaluates the normalized shear strength’s dependency on liquid limit, how the data corresponds to Hansbo’s (1957) and Swedish Geotechnical Institute’s (2007) linear empirical correlations, and the correction factor applied to shear strength measured by the fall cone test. The results of the study show that the correction factor typically reduces the shear strength from fall cone tests too much with respect to shear strength from direct simple shear tests. The normalized shear strength’s dependency on liquid limit may be rejected for the fall cone test data. The results for direct simple shear test data however, indicates a correlation with liquid limit. The data scatter is considerable, especially for fall cone test data, and the relevance of describing the normalized shear strength from fall cone test with a linear empirical correlation to liquid limit may conclusively be questioned. / Skjuvhållfasthet och förkonsolideringstryck är två viktiga jordparametrar för lösa leror. Båda parametrar reflekterar lerans struktur och spänningstillstånd, och empiriska korrelationer för odränerad skjuvhållfasthet, normaliserad mot förkonsolideringstrycket, används därför ofta för att bedöma en leras egenskaper. De empiriska korrelationerna är vanligen kopplade till flytgräns eller plasticitetsindex. Dessa korrelationer har däremot ifrågasatts av studier som i vissa fall istället föreslagit ett konstant förhållande mellan normaliserad odränerad skjuvhållfasthet och plasticitetsgränser. Mätvärden från geotekniska projekt i Sverige visar allmänt stor spridning avseende dessa parametrar och data avviker ofta från etablerade empiriska korrelationer. I examensarbetet har data från direkta skjuvförsök, ödometerförsök och fallkonförsök utvärderats statistiskt och kvalitativt. Totalt omfattar studien 596 jordprover från 146 provtagningspunkter från Stockholm, Göteborg och Uppsala. Syftet med studien är att undersöka korrelationen mellan odränerad skjuvhållfasthet och förkonsolideringstryck. Studien behandlar den normaliserade skjuvhållfashetens flytgränsberoende, Hansbos (1957) och Statens Geotekniska Instituts (2007) empiriska korrelationer, samt den korrektionsfaktor som ska tillämpas på skjuvhållfastheter från fallkonförsök. Resultatet visar att korrektionsfaktorn reducerar skjuvhållfastheten för mycket och att korrigerade skjuvhållfastheter är i sämre samstämmighet med skjuvhållfastheter från direkta skjuvförsök än okorrigerade. Data från fallkonförsök uppvisar inget tydligt flytgränsberoende, medan resultaten från direkta skjuvförsök indikerar ett beroende. Spridningen i data är dock påfallande, särskilt för fallkonförsöket. Relevansen i att tillämpa en linjär empirisk korrelation för odränerad normaliserad från fallkonförsök mot förkonsolideringstryck beroende av flytgräns bör ifrågasättas.