Shear stress-strain-time behaviour of clays

Abstract

Shear stress–strain–time models for soils were examined in terms of undrained triaxial compression tests, with pore water pressure measurement, using reconstituted specimens of kaolinite and Cucaracha shale. Multiple-step constant load and constant rate of deformation tests were performed. The testing variables included final equal all-round consolidation pressure (100–800 lb/in2), overconsolidation ratio (1–8) and the magnitude of the first load increment (20–82% in terms of shear stress level). Additional constant load test data reported in the literature were analysed. The parameters of an exponential stress–strain model were expressed and interpreted in terms of the parameters of the hyperbolic stress–strain model. The parameters of both models can be expressed in terms of the undrained modulus to undrained shear strength ratio Eu/Su and the axial strain at failure εf. The creep parameter λ which controls time or strain rate effects was correlated with Eu/Su. It appears that any soil has a potential total strain at any shear stress level, and that λ is directly related to the magnitude of the remaining strain. A large value of Eu/Su means a small strain at any small time. Therefore as Eu/Su increases, the remaining strain and thus λ increase. Alternative combinations of the hyperbolic stress–strain and either power strain–time or power strain–strain rate relationships are suggested as possible creep models for the analysis of field problems and interpretation of laboratory tests. Des modèles de cisaillement en fonction du rapport tension-déformation-temps ont été étudiés sous forme d'essais de compression triaxiaux sans drainage, avec mesure de la pression interstitielle et en se servant d'échantillons reconstitués de kaolinite et de schiste Cucaracha. Des essais d'augmentation successive de la charge constante et de la vitesse constante de déformation ont été réalisés, les variables d'essai comprenant une pression de consolidation globale initiale et finale (100–800 lb/in2), le rapport de sur consolidation (1–8) et la grandeur de la première augmentation de charge (20–82% en fonction de l'ampleur de l'effort de cisaillement). Des données complémentaires d'essai sous charge constante ont été analysées. Les paramètres d'un modèle exponentiel contrainte-déformation ont été exprimés et interprétés en fonction des paramètres du modèle contrainte-déformation hyperbolique. Les paramètres des deux modèles peuvent être exprimés en fonction du rapport module sans drainage sur résistance au cisaillement sans drainage Eu/Su, et de la déformation axiale à la rupture εf. La corrélation a été établie entre le paramètre de fluage λ, qui régit les effets du temps ou de la vitesse de déformation, et Eu/Su. Il apparaît que n'importe quel sol a un potentiel de déformation global à n'importe quelle valeur de contrainte en cisaillement et que λ est directement relié à l'ampleur de la déformation résiduelle. Une valeur élevée de Eu/Su implique une petite contrainte en toutes occasions; par conséquent, à mesure que Eu/Su augmente, la déformation résiduelle augmente également ainsi que λ. Des variantes de combinaisons des rapports contrainte-déformation hyperbolique et soit du rapport effort-temps, soit du rapport vitesse effort-déformation sont avancées comme possibilités de modèles de fluage pour l'analyse des problèmes de chantier et l'interprétation des essais de laboratoire. Discussion on this Paper closes 1 March 1982. For further details see inside back cover.