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Properties of the London Clay at the Ashford Common Shaft: in-Situ and Undrained Strength Tests
Authors: Ward W. H. , Marsland A. , Samuels S. G. 
Published: October 2009

Summary During the construction of the Ashford Common shaft by the Metropolitan Water Board undisturbed block specimens were obtained from six levels at depths varying from 30 to 140 ft in the London Clay. At the same levels a series of plate loading and penetrometer tests were carried out in the shaft. In a special boring alongside the shaft a series of Dutch cone penetrometer tests were made and some special samples taken. The Metropolitan Water Board also made available the results on conventional borehole samples from eight borings in the neighbourhood of the shaft. In this Paper the results of an extensive series of quick undrained compression tests on the block specimens are presented and the undrained shear strength–depth relationships obtained from the several types of laboratory and in-situ tests compared. These vary considerably and the differences are discussed in terms of the fissured nature of the clay and the effects of excavation. The penetrometer tests cannot bc evaluated satisfactorily. Au cours de la construction du puits du Communal d'Ashford par le Service des Eaux Métropolitain, on a prélevé une série de blocs-échantillons intacts à six niveaux de profondeurs variant de 10 à 50 mètres dans l'argile londonienne. On a fait une série d'essais de charge sur plaque et au pénétromètre dans le puits aux mêmes niveaux. Dans un sondage spécial près du puits on a fait une série d'essais au pénétromètre à cône hollandais et on a prélevé des échantillons spéciaux. Le Service des Eaux Métropolitain a communiqué aussi les résultats obtenus sur des échantillons de trou de sondage conventionnel de huit sondages dans le voisinage du puits. Dans cet article on présente les résultats d'une vaste série déssais de compression à teneur en eau constante sur des blocs-échantillons et on compare les rapports de résistance au cisaillemcnt à teneur en eau constante avec le profondeur, obtenus avec les types multiples d'essais en laboratoire et in situ. Ces derniers varient considérablement et les différences y sont discutées d'aprés la nature fissurée de l'argile et les effets d'excavation. On n'a pas pu évaluer les essais au pénétromètre d'une manière satisfaisante.
Consolidation of Clay with Non-linear Viscosity
Authors: Barden Laing 
Published: October 2009

Synopsis Consideration of the assumptions made in Terzaghi's theory of consolidation indicates that a main source of error is in the assumed rheological behaviour of the soil skeleton. Based on the Terzaghi-Taylor concept of secondary consolidation a more natural non-linear rheological model is proposed and an approximate finite difference solution obtained using a digital computer. This solution, obtained in dimensionless form, emphasizcs the continuous nature of the consolidation process and indicates errors involved in arbitrary divisions into primary and secondary stages. The amount of secondary compression is shown to be strongly dependent on the thickness of the sample and on the pressure increment ratio, but the solution provides a simple method of accounting for this in the extrapolation of settlementtime data obtained in laboratory tests to the field scale. L'étude des hypothèses faites dans la théorie de consolidation de Terzaghi indique qu'il y a une source d'erreur fondamentale dans la comportement rhéologique supposé du squelette du sol. On propose un modèle rhéologique non-linéaire plus natural basé sur le concept Terzaghi-Taylor de consolidation secondaire et on obtient une solution de différence limite approximative en employant une calculatrice digitale. Cette solution, obtenue sous une forme sans dimensions, fait ressortir la nature continue du procédé de consolidation et indique des erreurs qui se produisent par la division arbitraire en étapes primaire et secondaire. On montre que l'importance de la compression secondaire depend largement de l'epaisseur de l'echantil-lon et du coefficient d'augmentation de pression, mais la solution fournit une methode simple pour entenir compte par l'extrapolation des renseigncments obtenus par les essais en laboratoire a l'echelle de chantier.
The Mechanics of Brown Coal
Authors: Trollope D. H. , Rosengren K. J. , Brown E. T. 
Published: October 2009

Synopsis Brown coal, which occupies the lower region of the Coal Series, has a structure consisting of aggregate units of organic molecules, cross-linked to form a porous skeleton. In principle, this structure is similar to that of engineering clays and the strength and deformation properties of the two materials should be similar. Characterized by high moisture content, brown coal is a saturated material and consolidates in the same manner as does a clay, with significant secondary consolidation. Its behaviour in triaxial compression is profoundly influenced by the drainage conditions, undrained tests showing highly developed pore pressures and drained tests large volume decreases before failure. Failure is brittle in character and is governed by an effective stress law.For the range of stresses and moisture contents studied Hvorslev's law is approximately applicable, but it has been found necessary to develop a generalised effective stress equation to describe fully the strength of brown coal. In general, the mechanical behaviour of brown coal closely parallels that of clays, with the exception that it has a significant drained tensile strength arising from the primary chemical bonds in the brown coal structures. La lignite, qui se place au degré inférieur de la série des charbons, a une structure comprenant des ensembles d'agrégats de molécules organiques reliés pour former un squelette poreux. En principe, cette structure est similaire à celle des argiles de construction, et les propriétés de résistance et de déformation des deux matériaux devraient être similaires. La lignite, caractérisée par une teneur en eau élevée, est une matière saturée et elle consolide de la même manière qu'une argile, avec une consolidation secondaire importante. Son comportement lors de la compression triaxiale est influencé profondément par les conditions de drainage, les essais à teneur en eau constante montrant des pressions interstitielles développées élevées et les essais drainés montrant de fortes diminutions de volume avant la rupture. La rupture est de caractere cassant et est gouvernée par une loi de tension effective. Pour la gamme des tensions et des teneurs en eau étudiées, la loi de Hvorslev est à peu près applicable, mais on a trouvé qu'il fallait développer une équation de tension effective généralisée pour décrire entièrement la tension de la lignite. En général, le comportement mecanique de la lignite est étroitement parallèle à celui des argiles, sauf qu'elle a une résistance à la traction drainée importante par suite des liens chimiques primaires dans les structures de la lignite.
Automatic Embankment Analysis: Equilibrium and Instability Conditions
Authors: Brown C. B. , King I. P. 
Published: October 2009

Synopsis A remark by Maxwell to G. H. Darwin (1883) postulated the occurrence of many stress states in a body of sand, each state depending upon the manner in which final configuration of the body was obtained. This concept has been formalized (Goodman and Brown, 1963) and the restricted class of soluble boundary value problems are here extended by the use of the finite element method for plane elasticity and the solution of the resulting algebraic equations by digital computer. The difference between built-up and cut-down embankments is illustrated with reference to possible slip-lines. An automatic plot of these lines together with printout statements of a measure of safety for each line allow the potential failure surfaces in an embankment to be accurately described. The importance of the initial local state of stress in the earth's surface prior to construction of an embankment is graphically illustrated. Maxwell faisait remarquer à G. H. Darwin (1883) que de nombreuses conditions de contrainte se produisent dans une masse de sable, claaque condition dépendant de la mamièree dont la configuration finale de la masse a été obtenue. Cette conception a été. formulée (Goodman et Brown, 1963) et la classe restreinte de problèmes de valeur de limite soluble est élargie ici par l'emploi de la methode d'élément fini pour élasticité plane et la solution des équations algebriques résultantes par calculatrice digitale. La différence entre les talus en remblai et en déblai est illustree avec une référence aux lignes de glissement possibles. Un tracé automatique de ces lignes ainsi que des indications imprimées d'une mesure de sécurite pour chaque ligne permet de decrire avec précision les surfaces de rupture potentielle dans un talus. L'importance de la condition locale initiale de contrainte dans la surface de la terre avant la construction d'un talus est illustrée graphiquement.
Stresses in Foundation Soils Due to Vertical Subsurface Loading
Authors: Geddes J. D. 
Published: October 2009

Synopsis Based on the work of R. D. Mindlin solutions have been obtained for the stresses created by vertical subsurface loading in a semi-infinite, homogeneous, isotropic, elastic medium obeying Hooke's law. The original Mindlin solution and two extensions of it have been considered and the results are presented in the form of dimensionless stress coefficients. For practical application the complex expressions for the vertical-stress coefficients have been evaluated by electronic computer and the results given in tabular form. Coefficients for the other stress components are presented for positions lying on the axis of loading. The results of the vertical-stress computations are compared with those resulting from using the Boussinesq expression as if it applied to subsurface loading. From the results it can be deduced that such a misuse of the Boussinesq equation may give rise to over-estimates of up to 180% for the range of parameters with which calculations have been performed. Des solutions baseés sur le travail de R. D. Mindlin ont été obtenues pour les contraintes crées par chargement vertical de sous-sol dans un milieusemiillimité homogène, isotropique, eĺastique conforme à la loi de Hooke. La solution originale de Mindlin et deux de ses corollaires ont été considérées et les résultats sont présentésous la forme de coefficients de contrainte sans dimension. Pour l'application pratique les expressions complexes des coefficients de contrainte verticale ont été évaluées par calculatrite électronique et lés résultats sont donnés sous forme tabulaire. Les coefficients pour les autres composants de contrainte sont présentés pour des positions prises sur l'axe de chargement. Les résultats des calculs de contrainte verticale sont comparés à ceux obtenus en utilisant l'expression Boussinesq comme si elle s'appliquait à un chargement de sous-sol. D'après les résultats on peut déduire qu'un tel mésusage de l'équation Boussinesq peut causer des surestimations atteignant 180% de la gamme des parametres avec lesquels les calculs ont été faits.
The Bearing Capacity of large footings and Embankments on clays
Authors: Raymond Gerald Patrick 
Published: October 2009

Synopsis Many earth dams and highway embankments are built on soft clay deposits. The materials of which these dams and embankments are built are often brittle enough for tension cracks to develop throughout their full height. Alternatively they are constructed of granular material. Since a slip circle drawn through the foundation will be almost vertical through the granular mass, it seems reasonable, as a first approximation, to ignore the strength contributed by the granular mass. The Paper derives a solution for the bearing capacity of a uniformly-loaded flexible surface-footing on a frictionless soil exhibiting a linear change in strength with depth. The application of the solution to the stability of an embankment or dam is given. In addition, the effect of footing shape, depth to which the base has been buried below the surface and the effect of an upper desiccated crust is discussed. Seven published case records are analysed and reasonable agreement is found between the records and the proposed solution. De nombreux barrages en terre et remblais de routes sont construits sur des dépôts d'argile mobile. Les matériaux avec lesquels sont construits ces barrages et remblais sont souvent assez cassants pour qu'il se produise des fissures de tension sur toute leur hauteur. 11s peuvent aussi être construits avec des matériaux granulés. Comme un cercle de glissement tiré au travers de la fondation sera presque vertical dans la masse granulée, il semble raisonnable à première vue, d'ignorer la résistance causée par la masse granulée. L'article arrive à une solution pour la capacité portante d'une surface-semelle flexible uniformément chargée sur un sol sans frottement montrant un changement linéaire en force avec profondeur. On donne l'application de la solution à la stabilité d'un remblai ou d'un barrage. De plus on discute l'effet de la forme de semelle, la profondeur à laquelle la base a été enfouie au dessous de la surface et l'effet d'une croûte déshydratée. On a analysé les notes de sept cas publiés et on a trouvé que les notes s'accordaient raisonnablement avec la solution proposée.
A New Soil Testing Apparatus
Authors: Ko Hon-Yim , Scott Ronald F. 
Published: October 2009

Synopsis The design and construction of a soil test box, capable of applying any combination of three principal stresses to a cubical soil specimen, is described. The principal stresses can be varied independently or by means of a stress control device which is a mechanical-hydraulic analog of an octahedral plane in the principal stress space. The three principal strains are measured, together with an independent measurement of the volume change of the soil sample. The behaviour of a medium dense Ottawa sand in an axial compression test at constant octahedral stress in the equipment is compared withthat of the same material in a conventional triaxial apparatus. On décrit la conception et la construction d'une boite d'essais de sol permettant d'appliquer n'importe quelle combinaison de trois contraintes principales à un échantillon de sol cubique. Les contraintes principales peuvent être variées indépendamment ou au moyen-d'un appareil de contrôle de contrainte qui est mécaniquement-hydrauliquement analogue à un plan octaédrique dans l'espace de contrainte principale. On a fait la mesure de trois déformations principales ainsi qu'une mesure indépendante de chargement volumétrique de l'echantillon de sol. On-compare le comportement d'un sable d'ottawa moyennement dense dans un essai de compression axial sous une contrainte octaédrique constante dans l'appareil avec celui du même matériel dans un appareil triaxial conventionnel.
A Note on the Stability of Soil Subject to Seepage Forces Adjacent to a Sheet Pile
Authors: Gray Hamilton , Nair Keshavan 
Published: October 2009

Synopsis In this note an approximate but very convenient method for analysing the stability of soil adjacent to a sheet piling against seepage forces is presented. The errors introduced by the approximation are discussed. Graphs facilitating the computation and estimation of errors are presented. A solvedexample is presented to illustrate the method. The method is based upon a principle analogous to that of St Venant in elasticity coupled with simple analytic solutions of the Laplace equation. Cette note présente une méthode approximative mais très pratique d'analyse de la stabilitié du sol adjacent à des palplanches centre les forces de filtration. On discute des erreurs causées par l'approximation. Des graphiques facilitent les calculs et les évaluations d'erreurs. Un exemple résolu illustre la méthode. La méthode est basée sur un principe analogue à celui de St Venant en élasticité associé à des solutions analytiques simples de l'equation de Laplace.
An Apparatus for Forming Uniform Beds of Sand for Model Foundation Tests
Authors: Walker B. P. , Whitaker Thomas 
Published: October 2009

Synopsis An apparatus is described which deposits dry sand over a wide range of porosities. It has been used to prepare beds of sand in a 3 ft diameter container for a series of model pile experiments. Direct measurement of porosity and the results of model pile tests show that the bed is homogeneous and the resulting porosity is reproducible. On décrit un appareil qui dépose du sable set sur une gamme étendue de porosités. On l'a utilisé pour préparer des couches de sable dans des récipients de 3 pieds de diamètre pour une série d'experiences modèles de pieux. La mesure directe de porosité et les résultats des essais modèles de piéux montrent que la couche est homogène et la porosité obtenue est reproductible.
Stress Analysis of Rock as a ‘No Tension’ Material
Authors: Zienkiewicz O. C. , Valliappan S. , King I. P. 
Published: October 2009

Synopsis A rock mass in its natural state cannot sustain tensions due to the presence of cracks and fissures. Linear, elastic, solutions which indicate regions of tensions are therefore of little significance in real situations. If, however, a solution based on elastic-compression behaviour but permitting no tension can be developed then such a solution will present a valuable ‘bound’ in many real situations from which stability can be assessed. The Paper shows how such solutions can be obtained by use of an iterative ‘stress transfer’ method using a finite element formulation. In the final solution no tension is present and as statics are satisfied to any degree of approximation required a lower bound on the stability of the rock structure is given. Examples of a dam, a tunnel and an underground power station are included. Une masse de rocher à son état nature1 ne peut pas supporter des tensions causées par la présence de crevasses et de fissures. Des solutions linéaires, élastiques qui indiquent des zones de tensions ont done peu de signification dans des situations réelles. Si, cependant, une solution basée sur le comportement élastique à la compression mais ne permettant pas de tension peut être développée une telle solution présentera alors une ‘borne’ de valeur dans les cas de nombreuses situations réelles à partir desquelles la stabilité pourra être évaluée. L'exposé indique comment de telles solutions peuvent être obtenues en utiiisant une méthode itérative de ‘transfert de la contrainte’ utilisant une expression à éléments finis. Dans la solution finale il n'existe aucune tension et comme la statique est satisfaite à n'importe quel degré d'approximation requise une borne inférieure relative à la stabilité de la structure du rocher est donnée. Des exemples d'un barrage, d'un tunnel et d'une centrale souterraine sont compris.
Field and Laboratory Behaviour of a Lightly Overconsolidated Clay
Authors: Parry R. H. G. 
Published: October 2009

Synopsis An extensive series of flood levées up to 10 ft high is being constructed in Launceston, Australia. The levées rest on a soft clay and a major failure occurred on raising the levées to 7 ft height. An investigation has been made to analyse the failure and recommend on future construction procedure. Laboratory testing showed the soil to be lightly overconsolidated and observations on a full size instrumented test levée indicate that the degree of overconsolidation, although small, influences field behaviour to a marked extent. Total stress analyses gave a factor of safety against general shear failure of 1·60, and an effective stress analysis gave slightly below unity assuming c′ = 0, indicating that critical state conditions may apply. A four stage construction procedure has been recommended on the basis of results from the investigation. Une série étendue de digues de hauteurs allant Jusqu'à 3,04 m (10 pieds) est en train d'être construite à Launceston en Australie. Les digues reposent sur un argile mou et une rupture de première importance s'est produite lorsque l'on éleva les digues à une hauteur de 2,13 m (7 pieds). Une enquête a été menée pour faire une analyse de la rupture et pour faire des recommendations sur les procédés futurs de construction, Des essais en laboratoire ont fait apparaitre que le sol était légèrement trop consolidé et des observations portant sur une digue d'essai de grandeur nature pourvue d'instruments indiquent que le degré de surconsolidation, quoique réduit, a une influence sur le comportement sur place à un degré notable. Des analyses de la contrainte totale donnèrent un facteur de sécurité par rapport à un défaut de cisaillement général s'élevant à 1,60 et une analyse de la contrainte effective a produit un chiffre légèrement inférieur à l'unité en supposant que c′ = 0, indiquant que des conditions d'état critique e peuvent s'appliquer. Un procédé de construction en quatre stages a été recommandé à partir des résultats de l'enquête.
Les Injections et les Drainages de Fondation de Barrages: en Roches Peu Permeables
Authors: Sabarly F. 
Published: October 2009

Resume Some aspects of the grouting and drainage of dam foundations are considered, with particular reference to rocks of low permeability. The relative merits of grout and drainage curtains are given. The effect of pressure on discharge in Lugeon-type water tests is considered. In certain cases, this discharge varies as the fourth power of the pressure. The opening of joints under pressure effects can account for most of the discrepancies observed between water test results and the amount of cement injected. The influence of cement grain sizes on groutability is mentioned. The grouting pressures currently used in America and Europe are discussed. Inevitable movements in arch dams during impounding can completely inhibit the performance of grout curtains if not properly designed. The effects of grouting and drainage on bank abutment stability are compared. Sundry comments on drainage systems are made. Quelques aspects des injections et des drainages des fondions de barrages, en particulier en roches peu perméables. Mérites réciproques des écrans d'injection et de drainage. Effet de la pression sur les débits des essais d'eau Type Lugeon. Ces débits varient dans certains cas comme la quatrieme puissance de la pression. L'ouverture des fissures sous l'effet de la pression peut expliquer la plupart des divergences observées entre les résultats des essais d'eau et les quantités de ciment injectées. Influence de la granulométrie des ciments sur l'injectabilite. Discussion concernant les pressions d'injection utilisées couramment en Amérique et en Europe. Les mouvements inévitables des barrages voûtes lors de leur mise en eau peuvent faire perdre toute efficacité aux écrans d'injection si ceux-ci sont ma1 disposés. Effct comparé des injections et des drainages sur les stabilités des rives. Quelques remarques concernant les dispositifs de drainage.