Investigation and Measurements of the Shear Strengths of Saturated Cohesive Soils
Authors: Haefeli R. 
Published: October 2009

Synopsis

Methods for the determination of the shear strength of cohesive soil have been in process of development since 1935 in the Laboratory for Soil Mechanics at the Federal Institute of Technology in Zurich, and the combined use of the ring shear apparatus and the triaxial apparatus has been specially studied. Through a division of the shear strength in friction and cohesion, and based on tensile tests and cone tests with artificially consolidated samples, it is proved that the cohesive part increases linearly with the pressure. For conditions without stressed pore water the relationship between shear strength and consolidation pressure (a-line) is set up in parallel to the relationship between shear strength and water content. The special conditions which must be observed during shear tests with relieved samples are dictated by the change in volume which takes place during the test. As a complement to the shear strength the residual shear stress is introduced.

Through a number of tests. the theoretical relationships are investigated and deviations established. The results of ring shear and triaxial apparatus tests carried out with confined and hydrostatically consolidated samples show a satisfactory confirmation. It is proved that for active lateral pressures the triaxial test gives reliable values even for very small heights of the sample.

The practical applications of the test results are demonstrated by calculation of the stability of a dam slope. Special attention is drawn to the creep before failure, which is again related to the progressive failure. The introduction of the residual shear stress makes it possible to estimate, in a simple way, the stability for the progressive failure.

Dés 1935, les laboratoires de recherches hydrauliques et de mécanique des sols annexés a l'E.P.F. (Zurich) ont Béudie les méthodes de détermination de la resistance au cisaillement des sols cohérents. Ces méthodes sont caractérisées par I'emploi combiné de l'appareil de cisaillement rotatif et de l'appareil triaxial. Si l'on répartit la résistance au cisaillement en une part due à la cohésion et une part due au frottement, on démontre, par des essais de traction et des essais de cône, que la part de la cohésion est à peu prés proportionnelle à la pression de consolidation. Lorsqu'il n'y a pas de pression interstitielle, la relation entre résistance au cisaillement et pression de consolidation (ligne-a) est mise en paralléle avec la relation entre résistance au cisaillement et teneur en eau. Les circonstances particuliéres lors d'essais de cisaillement à l'etat décharge sont étudiées sur la base du changement de volume pendant l'essai. En outre la notion de tension de cisaillement résiduelle est introduite comme complément de la résistance au cisaillement.

Les relations théoriques ont été contrôlées par une série d'essais et on a noté les écarts. I1 y a une concordance satisfaisante entre les resultats donnés par les échantillons consolidés par une pression axiale et par une pression hydrostatique d'une part et par les essais avec l'appareil de cisaillement rotatif et l'appareil triaxial d'autre part. Lorsqu'il y a pression latérale active l'essai triaxial donne de bons résultats même pour de faibles hauteurs de l'échantillon.

L'application pratique des bases expérimentales est exposée pour le probléme de la stabilité des talus d'un barrage. Les mouvements de rampement qui précédent la rupture y jouent un rôle particuliérement important et sont en relation étroite avec l'apparition de ruptures progressives. L'introduction de la tension de cisaillement résiduelle permet d'apprécier de facon simple le degré de sécurité du talus en tenant compte de la rupture progressive, resp. de la formation de surfaces de glissement.