Stiffness determination and deformation analysis for a trial excavation in Oxford Clay
Authors: Hird C. C. , Pierpoint N. D. 
Published: October 2009

Block samples of the heavily overconsolidated Oxford Clay were retrieved from a 10m deep, instrumented, trial excavation at Elstow, Hertfordshire, and from a nearby brick pit. Triaxial stress path tests were conducted on 100 mm diameter specimens to determine appropriate stiffness parameters for numerical modelling of the excavation. Each test followed a succession of constant p' (mean effective normal stress) and constantq (deviator stress) paths in the extension region. Small axial and radial strains were measured locally using a proximity transducer system, permitting stiffness parameters for the coupled deviatoric and volumetric behaviour to be derived and plotted against changes of strain energy for modelling purposes. The maximum shear stiffness, G0, was also determined using bender elements. During the multistage tests, stiffness behaviour at small strains appeared to be governed by the recent strain history and recent stress history effects were not as prominent as those reported in the literature for other clay soils. Finite element modelling of the excavation was carried out, employing a non-linear cross-anisotropic elastic model in which stress path dependent stiffnesses were specified. Predicted lateral displacements were modestly overestimated by comparison with field measurements, but vertical displacements were generally underpredicted and to a greater degree. Des blocs d'échantillonnage d'argile d'Oxford fortement préconsolidée ont été prélevés dans une fouille de recherche instrumentée, profonde de 10m, à Elstow dans le Hertfordshire, ainsi que dans une argilière voisine. On a effectué des essais de parcours de contraintes triaxiales sur des échantillons de 100 mm de diamètre pour déterminer les paramètres de rigidité convenant à une modélisation numérique de la fouille. Chaque essai a suivi une succession de parcours de contrainte constante p' (contrainte intergranulaire normale moyenne) et de contrainte constante q (contrainte déviatrice) dans la zone d'allongement. On a mesuré localement les petites contraintes axiales et radiales à l'aide d'un réseau de capteurs de proximité en vue de calculer les paramètres de rigidité pour le comportement dévuatorique et volumétrique jumelé et de les mettre en corrélation avec les variations d'énergie de contrainte à des fins de modélisation. In a également déterminé la rigidité maximale au cisaillement G0 &agrave; l'aide d'é1éments de flexion. Dans les essais à étages multiples, la rigidité aux petites contraintes a semblé &circtre dictée par les contraintes subies récemment, et les effets des tensions récentes ne semblent pas aussi importants que ceux dont font état d'autres travaux portant sur d'autres sols argileux. On a effectué une mod6lisation de la fouille par é1éments finis en utilisant un mod&gravele élastique trans-anisotrope non linéaire où l'on a précisé des rigidités tributaires des parcours de contrainte. Les déplacements latéraux prédits ont été 1égèrement supérieurs aux déplacements mesurés sur le terrain, tandis que les déplacements verticaux ont W généralement sous-estimés et dans de plus grandes proportions.