Small-strain stiffness of reconstituted clay compressed along constant triaxial effective stress ratio paths

Abstract

The work described in the paper is an experimental investigation of the effects of anisotropic stress states and histories on the small-strain shear stiffness of reconstituted clays as measured with bender element tests. A brief review is made of previous work dealing with the dependence of small-strain shear modulus on stress state and history in isotropic conditions of confinement, and the rational link that exists between void ratio, e, effective stress, σ′, and overconsolidation ratio, OCR, is considered. Under isotropic stress conditions, only two out of the three variables e, σ′ and OCR are required to describe the dependence of the small-strain stiffness of a clay on current state and history. The same approach proved useful in the analysis of the data from tests with anisotropic stress conditions. The values of the small-strain shear modulus of reconstituted samples compressed along stress paths with constant triaxial effective stress ratios were higher than those measured on isotropically compressed samples. The observed differences increased with increasing stress ratio and could be explained only in part in terms of the smaller void ratios of the anisotropically compressed samples at the same mean effective stress. Simple relationships to evaluate the stiffness indexes of clays that have undergone anisotropic stress histories are proposed. L'article décrit des recherches expérimentales sur les effets de l'état de contrainte anisotrope et des contraintes anisotropes déjà subies sur la rigidité au cisaillement d'argiles reconstituées soumises à de petites contraintes, la rigidité etant measurée a l'aide de languettes piezoelectriques vibrantes (bender elements). Il présente un aperçu de travaux antérieurs sur la variabilité du module de cisaillement, dans le cas de petites contraintes, en fonction de l'état de contrainte et des contraintes déjà subies, dans des conditions de confinement isotropes, et examine le lien rationnel entre l'indice des vides (e), la contrainte intergranulaire (σ′) et le coefficient de préconsolidation (OCR). En conditions de contrainte isotropes il suffit de connaître deux des trois variables e, et σ′ OCR pour décrire la variation de la rigidité au cisaillement de l'argile soumise à de petites contraintes en fonction de l'état de contrainte et des contraintes déjà subies. La même méthodologie s'est avérée utile pour analyser les résultats d'essais réalisés en conditions de contrainte anisotropes. Les valeurs du module de cisaillement d'éprouvettes reconstituées, comprimées le long des parcours de contrainte avec des rapports constants de contrainte intergranulaire triaxiale sont supérieures aux valeurs mesurées sur des éprouvettes à compression isotrope. Les écarts observés augmentent avec le rapport de contrainte et s'expliquent en partie par le fait que, pour une même contrainte intergranulaire moyenne, les éprouvettes à compression anisotrope ont un indice des vides moins élevé. L'article propose de simples rapports pour évaluer les indices de rigidité des argiles qui ont subi des contraintes anisotropes.