Fundamental Considerations On The Shear Strength Of Soil
Authors: Bjerrum Laurits 
Published: October 2009

Synopsis

In this Paper attention is drawn to the importance of the water content in relatidn to the shear strength of saturated clay.

Following Hvorslev, the shear strength is divided into a true cohesion, which is merely a function of the water content at the point considered, and an internal friction, determined by the effective normal stress on the plane under consideration.

It is suggested in the shear-strength diagram (Fig. 1) that the cohesion be plotted as a function of the equivalent consolidation pressure; a curve then appears which indirectly establishes the relationship between cohesion and water content.

For normally consolidated saturated clay it can be stated that an interdependence exists between water content and effective major principal stress— that is, the water content depends solely on the magnitude of the effective major principal stress and, conversely, if the external stresses are changed under undrained conditions, the effective major principal stress remains unaltered at the value corresponding to the water content. These rules are illustrated in the Paper by means of drained and undrained triaxial tests (Figs 2 and 3).

If, for a normally consolidated clay, shear strength is plotted against water content at failure, all points will fall on or near a single curve, independent of the method of test, pore-water pressures, and so on. Fig. 4 shows such a strength/water-content curve, which is seen to run approximately parallel to the consolidation curve.

From the relationship between cohesion and water content it can be stated that, in the same way that different initial water contents result in different consolidation curves, there will be a strength/water-content curve for each initial water content (Fig. 6).

The most important shear-strength property of a clay is, apart from the angle of internal friction, the relationship between cohesion and water con-tent. In Fig. 7 the cohesion/water-content curves I are plotted for ten different c ays, whilst, in Fig. 8, the same curves are replotted with the consistency index as ordinate.

Cette étude est consacrée à l'importance de la teneur en eau en relation avec la resistance au cisaillement des argiles saturés.

Selon Hvorslev on divise la resistance au cisaillement en deux parties: la cohésion vraie, qui dépend seulement de la teneur en eau, et le frottement inteme, qui est déterminé par la tension normale effective su le plan considéré.

Dans le diagramme de résistance au cisaillement (Fig. 1) on suggére de reporter la cohésion en fonction de la pression de consolidation equivalente. Ainsi apparaît une courbe qui établit indirectement la relation entre cohesion et teneur en eau.

Pour les argiles satunés normalement consolidés on peut affirmer qu'il existe une interdépendance entre la teneur en eau et la plus grande tension principale effective, c'est-á-dire que la teneur en eau dépend uniquement de la grandeur de la tension principale maximale et qu'inversement la tension principale maximale effective conserve la valeur constante qui correspond à la teneur en eau lorsqu'on modifie les sollicitations exterieures sans drainer. Des essais triaxiaux avec et sans drainage illustrent ces règles dans l'étude (Figs 2 et 3).

Si I'on reporte pour un argile normalement consolidé la resistance au cisaillement en fonction de la teneur en eau à la rupture, tous les points se situent approximativement sur une courbe unique, indepéndante de la technique de l'essai, de la pression de l'eau interstitielle, etc. La Fig. 4 montre une telle courbe dont on remarquera le parallelisme approximatif avec la courbe de consolidation.

De la relation entre la cohésion et la teneur en eau on peut déduire que, de même qu'à des teneurs en eau initiales differentes correspondent différentes courbes de consolidation, on aura différentes courbes de résistance en fonction de la teneur en eau pour chaque teneur en eau initiale (Fig. 6).

La propriété la plus fmportante d'un argile relativement a la résistance au cisaillement est. à côté de l'angle de frottement interne, la relation entre la cohesion et la teneur en eau. Dans la Fig. 7 la cohésion est reportée en fonction de la teneur en eau pour dix argiles différents et la Fig. 8 montre les mêmes courbes obtenues en reportant en ordonnée l'indice de consistance.