A possible elastic-plastic framework for unsaturated soils with high-plasticity

The paper proposes a new elastic-plastic framework for unsaturated, high-plasticity, clayey soils and sand- clay mixtures. The framework considers possible coupling of stress- and suction-induced hardening, leading to a yield surface that is closed or "capped" as suctions increase. This produces a stress state boundary surface in three- dimensional p-q-s stress space (where p is the net mean stress, q is the deviator stress, and s is the matric suction) which differs from that of other conceptual models of its kind. Yielding, a hardening law, and failure criteria for satu - rated soils are incorporated into the stress state boundary surface. Two parameters, equivalent pressure pe and stress ra- tio η s, are introduced to form the basis of the proposed elastic-plastic framework for highly plastic soils with high suctions. This provides an alternative for the stress variables net mean stress and matric suction that are commonly used in modeling unsaturated soils with lower plasticity and lower suctions. This framework has allowed results of ex- periments on an unsaturated sand-bentonite mixture to be successfully described using elastoplasticity. Yield and fail - ure envelopes associated with the proposed state boundary surface in p-q-s space can be normalized using pe and η s in such a way that they agree with a comparable envelope for saturated specimens. Resume : L'article propose un nouveau cadre de travail elasto-plastique pour des sols argileux non satures fortement plastiques et des melanges sable-argile. Le cadre de travail considere le couplage possible du durcissement induit par la contrainte et de celui induit par la succion, ce qui conduit a une surface de limite elastique fermee, ou « enveloppe », lorsque la succion augmente. Ceci produit une surface d'etat de contraintes frontiere dans l'espace de contraintes tridi- mensionnelles p-q-s qui differe de celle des autres modeles conceptuels de la sorte. On a incorpore dans la surface frontiere de l'etat de contraintes, la limite elastique, une loi de durcissement, et un critere de rupture pour les sols satu- res. On a introduit deux parametres, la pression equivalente pe et le rapport de contraintes s, afin de constituer la base du cadre de travail elasto-plastique pour les sols fortement plastiques avec des succions elevees. Ceci fournit une alter- native pour les variables de contrainte, la contrainte mediane nette et la matrice de succion, qui sont communement uti- lisees dans la modelisation des sols non satures avec une plasticite et des succions plus faibles. Ce cadre de travail a permis de decrire avec succes, au moyen de l'elasto-plasticite, les resultats des experiences sur un melange sable-ben - tonite non sature. Les enveloppes de limite elastique et de rupture associees a la surface d'etat frontiere proposee dans l'espace p-q-s peuvent etre normalisees par rapport a pe et s de facon telle qu'elles concordent avec une enveloppe comparable pour les specimens satures. Mots cles : non sature, elasto-plastique, triaxial, matrice de succion, surface frontiere d'etat, sable-bentonite. (Traduit par la Redaction) Tang and Graham 907