Fast shearing of pre-existing shear zones in soil
Authors: Tika T. E. , Vaughan P. R. , Lemos L. J. L. J. 
Published: October 2009

The paper presents results from a laboratory investigation into the influence of fast rates of displacement on the residual strength of soil. This influence was studied in the ring shear apparatus. Shear zones were formed by slow drained shearing and then tested at alternately fast and slow rates of displacement. Results from a wide range of natural soils are presented. All soils show initially an increase in strength when resheared at fast rates of displacement. The strength then tends to decrease with fast displacement to a minimum value—the fast residual strength. Three types of rate effects on the residual strength are identified: a positive rate effect in soils showing a fast residual strength higher than the slow residual; a neutral rate effect in soils showing a constant fast residual strength, equal to the slow residual, irrespective of rate of displacement; and a negative rate effect in soils showing a significant drop in fast residual strength below the slow residual when sheared at rates higher than a critical value. The relation between the types of displacement rate effect and the basic shearing modes of slow residual strength (turbulent, transitional and sliding) is considered and the causes of the negative rate effect and the influence of the apparatus on it have been investigated. The practical implications of the results in the context of slope stability and displacement piles are also discussed.

L'article présente différents résultats expérimentaux qui ont permis d'étudier l'influence d'une vitesse de déplacement rapide sur la résistance résiduelle d'un sol. Les essais ont consisté à cisailler des échantillons taillés en cylindres creux. Les zones de cisaillement sont créées par cisaillement lent, drainé, puis sont soumises à des vitesses de déplacement alternativement rapides puis lentes. On présente les résultats obtenus pour une large gamme de sols naturels. Tons les sols présentent un accroissement initial de leur résistance lorsqu'ils sont cisaillés à vitesse de déplacement rapide. Cette résistance tend ensuite à décroitre, pour des vitesses de plus en plus rapides, jusqu'à une valeur minimale appelée—resistance résiduelle rapide. On met en évidence trois effets différents de la vitesse sur la résistance résiduelle: un effet positif pour les sole présentant une résistance résiduelle rapid supérieure à résistance résiduelle lente; un effet neutre pour les sols ayant une résistance résiduelle rapide constante et égale à la résistance résiduelle lente, et ce indépendamment de la vitesse de déplacement; un effet négatif pour les sols présentant une chute importante de la résistance résiduelle rapide, qui devient inférieure à la résistance résiduelle lente pour des vitesses de cisaillement supérieures àune valeur critique. On étudie la relation existant entre les effets induits par la vitesse de déplacement et les modes de cisaillement pour des résistances résiduelles lentes (mode turbulent, transitoire, par glissements) ainsi que les causes de l'effet négatif et al part due à l'appareillage. On discute également de la possibilité d'utiliser ces résultats dans le domaine de la stabilité des pentes et du déplacement des fondations sur pieux.