A Pore pressure and stability model for a silty clay under repeated loading

Abstract

The behaviour of saturated clays subjected to low frequency cyclic loading is of considerable importance in the design of offshore structures. Monotonie strain-controlled and low frequency (0·1 Hz) repeated load triaxial tests have been carried out on reconstituted samples of Keuper Marl, a silty clay, under undrained conditions. The strain-controlled tests were carried out at overconsolidation ratios of 1, 4, 10 and 20 and the data from these tests were used to establish the stable state boundary surface. Results from repeated load tests on samples with overconsolidation ratios of 1 and 4 were compared with this boundary surface. Previous investigations have shown that the dry side of the state boundary surface for clays, sometimes known as the Hvorslev surface, forms an empirically determined stability criterion for cyclic effective stress paths of samples of all stress histories. Normally consolidated and lightly overconsolidated soils subjected to undrained cyclic loading become heavily overconsolidated, the movement of the effective stress path being governed by the build-up of porewater pressure. It has been shown that the rate of pore pressure development is a function of the number of cycles, the applied stress and the sample stress history. The combination of the stability criterion with the pore pressure relationship allows the prediction of the number of cycles to failure in terms of fundamental critical state constants and two further easily determined pore pressure parameters. Le comportement des argiles saturées soumises à des chargements cycliques de basse fréquence a une grande importance pour la construction en mer. Des essais triaxiaux monotones à chargement répétés ont été effectués avec déformations contrôlées et à basse fréquence (0·1 Hz) sous des conditions non-drainées sur des échantillons reconstitués de la marne Keuper (une argile limoneuse). Les essais à déformation contrôlée ont été effectués avec des rapports de surconsolidation de 1, 4, 10 et 20 et les résultats obtenues à partir de ces essais ont été utilisés pour établir la surface limite d'état stable. On a comparé les résultats des essais à chargements répétés sur des échantillons ayant des rapports de surconsolidation de 1 et 4 avec cette surface limite. Des recherches antérieures ont montré que le côté sec de la surface limite d'état dans le cas des argiles, auquel on donne parfois le nom de surface de Hvorslev, constitue un critère de stabilité déterminé de façon empirique pour les chemins de contraintes efficaces cycliques des échantillons soumis aux contraintes de façon quelconque dans le passé. Des sols normalement consolidés, ou légèrement surconsolidés, qui sont soumis au chargement cyclique dans des conditions non-drainées deviennent très surconsolidés, le mouvement du chemin de contrainte efficace étant régi par l'accroissement de la pression de l'eau interstitielle. On a démontré que la vitesse de développement de la pression interstitielle dépend du nombre de cycles, de la contrainte appliquée et de la contrainte à laquelle l'échantillon a été soumis dans le passé. La combinaison du critère de stabilité et du rapport de pression interstitielle permet la prévision du nombre de cycles jusqu'à la rupture en fonction de constantes d'état critiques fondamentales et de deux autres paramètres de pression interstitielle qui sont facilement déterminés.