A numerical and experimental study of London Clay subjected to passive stress relief
Authors: Fourie A. B. , Potts D. M. 
Published: October 2009

The stress paths experienced by soil at the base of an excavation are vastly different from those normally imposed in laboratory triaxial tests. This Paper presents experimental and numerical simulations of a soil element subjected to so-called ‘passive stress relief’ stress paths which are intended to represent conditions at the base of an excavation. Three laboratory tests on identically prepared samples of London Clay indicated that both the stress path and the relationship between volumetric and axial strain for a soil element undergoing passive stress relief are dependent on the imposed relationship between horizontal total stress and axial extension. This latter factor is of importance as it defines the imposed boundary conditions in a passive stress relief test. Numerical simulations of the above test were carried out using two different elasto-plastic constitutive laws for the soil; the first assumed a Mohr–Coulomb definition of failure, while the second was based on the modified Cam clay critical state model. The modified Cam clay model was found to reproduce qualitatively the laboratory stress paths and volumetric straiwaxial strain relationship. This analysis also showed that the stress paths observed in the laboratory, which have been interpreted as evidence of a very high mobilized friction angle, may be explained by invoking the concept of a Hvorslev state boundary surface on the ‘dry’ side of the critical state.

Les chemins de contrainte subis par le sol à la base d'une excavation sont extrêmement differents de ceux qui sont normalement imposés dans les essais triaxiaux effectués en laboratoire. Cet articie présente des simulations expérimentales et numériques d'un élément de sol soumis à des chemins de contrainte d'un ‘déchargement passif’ de contrainte représentant les conditions à la base d'une excavation. Trois essais effectés en laboratoire sur des échantillons d'argile de Londres indiquèrent que le chemin de contrainte aussi bien que la relation entre la contrainte volumétrique et la contrainte axiale pour un élément de sol soumis à un déchargement passif de contrainte dépendent de la relation imposée entre la contrainte totale horizontale et I'extension axiale. Ce dernier facteur eat important, puisqu'il définit les conditions limites imposées dans un essai de déchargement passif de contrainte. Des simulations numériques de cet essai furent effectuées en employant deux lois constitutives élasto-plastiques différentes pour le sol; la première de ces lois admettait une définition Mohr–Coulomb de la rupture, tandis que la seconde était basée sur le modèle d'état critique Cam clay modifié. On trouva que le modèle Cam clay modifié reproduit de façon qualitative les chemins de contrainte en laboratoire et la relation entre la contrainte volumétrique et la contrainte axiale. Cette analyse démontra aussi que les chemins de contraintes observės en laboratoire et interprétés dans le passé comme témoignage d'un angle de frottement mobilisé extrêmement élevé peuvent s'expliquer à I'aide du concept d'une surface limite d'état type Hvorslev sur le côté ‘set’ de I'état critique.