Analysis of wedge penetration in clay

Abstract

A variety of devices designed to penetrate soil is used in soil engineering practice to measure soil properties or to emplace instrumentation, although the mechanics of the steady state penetration process is not well understood. Consequently the two-dimensional problem of steady state wedge penetration is examined. Solutions are obtained for wedge penetration in an ideal rigid plastic medium representing a clay. It is found that the solution requires the presence of a cavity behind the wedge, and the geometry of this cavity is established. A lower limit of the soil/wedge friction coefficient is derived, above which the wedge is considered rough. The force required to push the wedge is calculated as a function of wedge point angle and is shown to reach a minimum for a rough wedge at a point angle of about 67°. For axisymmetric penetration some finite element solutions were obtained and show that cone and wedge penetration mechanisms are similar. The mechanism and patterns of flow movement past the wedge for different point angles are demonstrated. Practical implication of the results and their extension to axisymmetric cone penetration are discussed. Une variété d'appareils destinés à pénétrer dans le sol, est utilisée dans le pratique de la technique du sol, pour mesurer les propriétés du sol ou pour l'emplacement de l'instrumentation, bien que la condition permanente de la mécanique du procédé de pénétration ne soit pas bien comprise. Par conséquent le problème à deux dimensions de la condition permanente de la pénétration de la cale, est examiné Des solutions sont obtenues pour la pénétration de la tale dans un milieu idéal rigide-plastique, représentant une argile. Il est découvert que la solution exige la présence d'une cavité derrière la cale et la géométrie de cette tale est établie. Une limite plus basse du coefficient du frottement du prisme est dérivée, audessus de laquelle, la cale est considérée rugeuse. La force exigée pour pousser la cale, est calculée en fonction de l'angle à la pointe de la cale, et est montrée atteignant un minimum pour une tale rugeuse à angle à la pointe d'à peu prés 67°. Pour une pénétration axisymétrique quelques solutions d'élément fini ont été obtenues et montrent que les mécanismes de la pénétration au cône et de la tale sont semblables. Le mécanisme et les modèles pour le mouvement de l'écoulement au-delà de la cale à de différents angles à la pointe, sont démontrés. Une implication pratique des résultats et leur extension à la pénétration au cône axisymétrique sont discutées.