The effect of calcium ions in pore water on the residual shear strength of kaolinite and sodium montmorillonite

Abstract

This paper reviews the literature concerning the effects of pore water chemistry on residual shear strength (τ;.). It presents the results of index limit and residual shear strength testing undertaken on kaolinite and sodium montmorillonite, using concentrations of calcium chloride similar to the calcium levels measured in groundwaters obtained from landslipped calcareous mudrock of the Fuller's Earth Formation. The residual shear strength of the sodium montmorillonite increased markedly for the sample treated and tested with 80 mg/1 Cat+ compared with that tested with deionized water. Greater concentra-tions of Ca2+ resulted in only a marginal further increase in the residual shear strength. These changes were also reflected in the interpreted parameters, Ør' and c;. The liquid limit of the montmorillonite decreased dramatically when the samples were treated with 80 mg/1 Ca2+, and this effect persisted and/or was slightly enhanced when the concentration of Ca2+ was increased. The residual shear strength and Atterberg limits of kaolinite were much less sensitive to Ca2+. The paper briefly discusses the implications of the findings for slope stabi-lity and the importance of using an appropriate chemical solution in the water bath when under-taking residual shear strength testing. As the laboratory-measured τ; is shown to vary with the chemistry of the pore water, this provides a possible explanation for the difference between results calculated by back-analysis and those obtained in the laboratory using deionized water. Attention is drawn to the necessity of defining the complete residual failure envelope as, if this is curved, the residual shear strength parameters &tu;;, &slah; and c;) will vary with σn. Ce papier passe en revue les ouvrages traitant des effets de la chimie de Peau de porosit6 sur la résistance résiduelle au cisaillement (τ ). Il présente les r&acutesultats d'essais de mesure de limite de liquidit&acute et de résistance résiduelle au cisaillement, conduits, sur de la kaolinite et de la montmorillonite de sodium en utilisant des concentrations de chlorure de calcium identiques aux concentrations de calcium mesurées dans les eaux souterraines de la pélite calcaire éboulée de la formation de terre à foulon. La résistance résiduelle au cisaillement de la mont-morillonite de sodium a augment&acuté de manière significative pour l&gravechantillon traité et testé avec 80 mg/1 de Ca2+ par rapport à celui qui était testé avec de Peau d&acuteionisée. Les concen-trations supérieures de Cat+ Wont conduit qu'à une augmentation supplémentaire marginale de la résistance résiduelle au cisaillement. Ces changements se sont aussi traduits dans les paramètees interprétés, Ør' et c;. La limite li-quide de la montmorillonite a considérablement baissé quand les échantillons étaient traités avec 80 mg/1 de Ca2+ et cet effet a persisté, voire a &acuteté 1égèrement renforcé quand la concentration de Ca2+ augmentait. La résistance résiduelle au cisaillement et les limites d'Atterberg de la kaolinite étaient beaucoup moins sensibles à la pr´sence de Ca2+. Le papier discute sommairement des conséquences des résultats trouvés en cc concerne la stabilité de pente et de l'impor-tance de ľutilisation d'une solution chimique appropriée dans le bain ďean lors de la con-duite des essais de résistance résiduelle au cisaillement. Comme on a montré que le τr; mesuré en laboratoire variait avec la chimie de Ľeau de porosité, on a une explication possible de la différence entire les r&acutesultats calculés par titrage en retour et ceux provenant du labora-toire et faisant appel à de Peau déionisée. On attire Ľattention sur la nécessit&acte; de définir une enveloppe de rupture résiduelle complète car, si elle est courbe, les paramètres de résistance résiduelle au cisaillement (τ, &slash et c;) varieront avec σn.