Inherent anisotropy in a sand
Authors: Arthur J. R. F. , Menzies B. K. 
Published: October 2009

Present knowledge of inherent anisotropy is reviewed and the development of a cubical triaxial cell for studying the inherent anisotropy of non-cohesive granular materials is described. This apparatus is unusual as it offers potential independent control of the three principal stresses through flexible stress controlled boundaries, and some discussion of the relative merits of different types of true triaxial cells is offered. Uniform local strain distributions were measured radiographically and favourable comparisons were made with shear box and conventional triaxial results. Samples were prepared in a tilting mould to give different directions of sample deposition with respect to the sample axes and applied principal stress directions.

It was found that the inherent geometrical anisotropy produced in samples by pouring through air in one direction corresponded to a strength and prefailure stress-strain anisotropy. For the rounded Leighton Buzzard sand tested in drained triaxial compression, rotating the directions of pouring through 90°, relative to the principal stress axes, resulted in a change in stress ratio at failure of 10% for the same porosity. Differences of well over 200% in the axial strains taken to reach a given prefailure stress ratio were demonstrated. Coincidence between the principal axes of stress and strain increment was shown while these anisotropic effects were occurring.

On passe en revue l'état présent des connaissances dans le domaine de l'anisotropie inhérente et on décrit le développement d'une cellule triaxale cubique permettant d'etudier l'anisotropie inhérente de matériaux granularies non-cohésifs. Cet appareil est inhabituel en ce qu'il offre une possibilité de contrôle indépendant des trois contraintes principales au moyen de surfaces flexibles controllées par les contraintes, et on discute des mérites relatifs des divers types de cellules purement triaxiales. On a mesuré les distributions des déformations locales uniformes par une méthode radiographique et on a effectué des comparaisons favorables avec les résultats obtenus dans une boite de cisaillement et dans une cellule triaxiale conventionnelle. On a préparé les échantillons dans un moule que l'on pouvait faire pivoter, de manière à donner diverses directions de dépositton d'échantillon par rapport aux axes de l'échantillon et aux directions des contraintes principales appliqutes.

On a trouvé que l'anisotropie géométrique inhérente produite dans les échantillons obtenus en les versant dans l'air sous une certaine direction correspondait à une anisotropie contrainte-déformation pour la résistance et la prérupture. Pour le sable arrondi Leighton Buzzard qui a été utilisé lors des essais de compression triaxiaie avec drainage, une rotation de 90° dans la direction de versement par rapport à l'axe de la contrainte principale a eu pour conséquence un changement de rapport des contraintes à la rupture de 10% pour la même porosité. On a montré qu'il y avait des différences bien supérieures à 200% dans les déformations axiales nécessaires pour obtenir un rapport des contraintes donné. On a montré que les axes principaux des contraintes et des déformations étaient superposés lors de ces effets d'anisotropie.