The effects of stress relief on some overcopsolidated clays
Authors: Kirkpatrick W. M. , Khan A. J. , Mirza A. A. 
Published: October 2009

This Paper describes an examination of the effects of stress relief on the undrained stress-strain behaviour of some overconsolidated clays. It is an extension of the work on normally consolidated clays previously published by Kirkpatrick and Khan with which the results can be compared. The present research was conducted as in previous work on kaolins and illites manufactured in the laboratory. Lightly overconsolidated materials were prepared by consolidating the clays and then allowing them to swell under one-dimensional conditions to overconsolidation ratios OCR of between 2 and 3. Heavily overconsolidated illites were also prepared but by hydrostatic consolidation and swelling to OCRs of 5. The scope of the examination of the heavily overconsolidated clays was limited. In the research, the stress changes which occur in sampling were simulated by the method of applying stress relief to zero pressure. Specimens which had been subjected to this relief are referred to as ‘samples’. Clay which was tested under undrained triaxial compression directly, without unloading, is termed ‘in situ’ soil. The results of the present tests showed that, compared with in situ soils, stress-relieved samples suffered appreciable loss of strength and increase in failure strain and produced considerably different effective stress paths to failure. This behaviour was more pronounced with increasing sample age and more acute for the kaolin than for the less permeable illites. Certain of these behaviour aspects showed similarities with those of the normally consolidated clays. Although tests were performed on clays with different OCRs and different amounts of stress relief, the present tests did not allow the influence of these two variables to be completely separated. The results indicate, however, that stress relief effects will not be important if the mean stress level from which the clays are unloaded to atmospheric pressure is less than about 100 kPa. It was found for the moderately relieved lightly overconsolidated clay samples that reconsolida- tion to the in situ stresses existing before relief was suc- cessful in returning the clay to a condition which allowed the in situ undrained properties to be recalled from laboratory tests with reasonable accuracy. Cet article presente une etude des effets de la diminution des contraintes sur le comportement contraintedéformation de quelques argiles surconsolidees dans l'état non-drainé et constitue une continuation du travail sur les argiles normalement consolidées qui a été déjà publié par Kirkpatrick et Khan et avec lequel les résultats peuvent être comparés. Les recherches furent conduites comme précédemment sur des kaolins et des illites fabriqués en laboratoire. Des matériaux légére-ment consolidés furent prépares par la consolidation d'argiles, suivie de leur gonflement sous des conditions unidimensionnelles à des taux de surconsolidation compris entre 2 et 3. Des illites fortement surconsolidees furent aussi préparées, mais cette fois par consolidation hydrostatique suivie d'un gonflement à un taux de surconsolidation de 5. Les argiles fortement surconsolidees ne furent examinées que partiellement. Au cours des recherches les changements de contrainte qui ont lieu pendant 1'échantillonnage furent simulés par la méthode consistant a appliquer la diminution des contraintes jusqu'à une pression nulle pour obtenir des spécimens qu'on appelle des échantillons. De 1'argile éprouvée directement sans déchargement sous compression tri-axiale non-drainée est appelée du sol en place. Les resultats des experiénces ont indiqué qu'en comparaison avec des sols en place les échantillons à contrainte dé-chargée ont subi une perte considérable dé resistance et une déformation de rupture accrue et qu'ils ont produit des chemins de contrainte effective qui différaient de façon marquée jusqu'à la rupture. Ce comportement était plus prononcé au fur et à mesure que l'âge des échantillons s'accroissait et il était plus marqué dans le cas du kaolin que dans celui des illites de moindre per-meabilité. Certains de ces aspects de comportement étaient analogues à ceux des argiles normalement consolidees. Bien que les essais aient ete effectues sur des argiles avec des taux differents de surconsolidation et des decharges de contrainte differentes, il n'a pas ete possible de separer completement l'influence de ces deux variables. Les resultats indiquent cependant que les effets de la decharge des contraintes n'auront pas d'importance si le niveau moyen de contrainte à partir duquel les argiles sont dechargees jusqu'à la pression atmosphérique est inferieur à environ 100 kPa. Dans le cas des échantillons d'argile légèrement surconsolidée a décharge de contrainte moderee on a trouve que la reconsolidation aux contraintes en place qui existaient avant le déchargement a réussi de réétablir dans 1'argile une condition qui a permis la reconstruction des prop-riétés non-drainées en place a partir des essais en laboratoire avec une precision raisonnable.