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Yielding in Soft Clay at Mastemyr, Norway
Authors: Clausen C.-J. F. , Graham J. , Wood D. M. 
Published: October 2009

A loading test on soft clay at Mastemyr, Norway, was carried out by the Norwegian Geotechnical Institute in 1968 to examine the build-up of displacements and pore pressures to failure. Although the test was heavily instrumented deductions from the measurements have not hitherto been published. The field observations of pore pressures and deformations are examined here for indications of the occurrence of yielding which is expected to be manifested in an increased rate of development of pore pressure and of strain with increase in loading. Information concerning the yielding of the clay was also obtained from the results of a programme of laboratory tests and this was used to produce a simple elastic-plastic model for the clay which could be used with various elastic analyses to study the manner in which yielding might be expected to develop in the clay under the loading. Factors which may influence the ability of simple models and the simple analyses to predict the development of yielding are discussed. Un essai de chargement sur de l'argile molle a été effectué par l'Institut Géotechnique Norvégien a Mastemyr (Norvège) en 1968 pour évaluer l'accroissement des déplacements et des pressions interstitielles jusqu'à la rupture. Bien qu'un système considérable d'instrumentation ait été employé, les conclusions tirées des mesures faites n'ont pas été encore publiées. L'article analyse les observations in situ des pressions interstitielles et des déformations afin de découvrir les indices d'apparition du fluage qui doivent se traduire probablement par une augmentation du taux d'accroissement des pressions interstitielles et des déformations à mesure que le chargement s'accroît. On a aussi obtenu des renseignements concernant le fluage de l'argile à partir des résultats, d'un programme d'essais de laboratoire. Cela a été utilisé pour construire un modèle élasto-plastique simple pour l'argile qu'on a pu employer pour étudier la manière dont on pourrait s'attendre à ce que le fluage se développe dans l'argile sous le chargement. L'article analyse les facteurs qui peuvent influencer l'utilité de modèles simples et analyses simples pour prédire l'apparition du fluage.
The analysis of pollutant migration in a non-homogeneous soil
Authors: Rowe R. K. , Booker J. R. 
Published: October 2009

A technique for accurate and computationally efficient determination of one-dimensional contaminant migration of a single pollutant species in a non-homogeneous soil is presented. The soil deposit may be split into layers with different hydraulic conductivities, dispersion coefficients, Sorption potential and seepage velocities. The implications of non-homogeneity for design are illustrated by considering a two-layer system consisting of a compacted clay liner overlying a natural silty clay. The effect of liner properties and thickness on both the concentration profile and the peak concentration in an underlying aquifer are examined. It is shown that for a given landfill geometry the maximum concentration within the aquifer may be controlled by the choice of an appropriate clay liner. It is also shown that the volume of leachate has a significant influence on the choice of liner and the performance of the liner-natural soil contaminant system. L'article décrit une technique pour déterminer de façon exacte et efficace la migration unidimensionnelle d'une seule espèce d'agent contaminateur dans un sol non homogène. Le dépôt de sol peut être divisé en des couches qui diffèrent entre elles en ce qui concerne la conductivité hydraulique, le coefficient de dispersion, le potentiel d'absorption–désorption et la vitesse de percolation. Les implications de la non-homogénéité pour les calculs sont illustrées par l'examen d'un bi-couche composé d'une argile compactée surmontant sur une argile limoneuse naturelle. L'article examine l'effet des caractéristiques et de l'épaisseur de l'écran horizontal sur le profil de concentration et la concentration maximale dans un aquifère sous-jacent. Il est démontré que pour une géométrie donnée de remblai la concentration maximale à l'intérieur de l'aquifère peut être déterminée par le choix d'un écran horizontal d'argile convenable. On a aussi trouvé que le volume du filtrat exerce une influence importante sur le choix de l'écran horizontal et sur la performance du système contaminant écran horizontal–sol naturel.
Stress–strain–strain rate relation for the compressibility of sensitive natural clays
Authors: Leroueil S. , Kabbaj M. , Tavenas F. , Bouchard R. 
Published: October 2009

Four types of oedometer tests (constant rate of strain tests, controlled gradient tests, multiple-stage loading tests and creep tests) were carried out on a variety of Champlain sea clays. Results obtained on five sites are used to demonstrate that the rheological behaviour of these clays is controlled by a unique stress-strain-strain rate relationship. This relationship can be simply described by two curves (σ-p′-ɛv and (σ′/σp′)-ɛv). The significance, the practical implications and the limitations of the model are also discussed. Quatre types d'essais oedométriques (a vitesse constante de déformation, à gradient contrôlé, à chargement en plusieurs étapes et avec fluage) ont été effectués sur diverses argiles marines Champlain. Les résultats obtenus sur cinq sites sont utilisés pour démontrer que le comportement rhéologique de ces argiles est régi par une relation unique contrainte-déformation/vitesse de déformation. Cette relation peut être décrite de façon très simple par deux courbes (σp-ɛv et (σv′/σp′)-ɛv). L'article analyse aussi la signification, les implications pratiques et les limitations du modèle.
Soil models in offshore engineering
Authors: Janbu N. 
Published: October 2009

The offshore activities in the North Sea have been a very demanding but fruitful challenge to geotechnical engineering for more than a decade now. It soon became evident that there was an urgent need for a better understanding of the behaviour of different types of soil under static and cyclic loading, for drained as well as undrained conditions. The experience from geotechnical engineering onshore was not sufficient, nor were the available models for soil behaviour readily adaptable to practical applications to this wider range of problems. Since about 1960, the Author has addressed himself to the problem of modelling soil behaviour within one consistent framework, namely the classical resistance concept. In particular, over the last 10-15 years this concept has been used extensively for typical offshore problems. During this time the entire staff of the Geotechnical Division at the Norwegian Institute of Technology has taken part in the development of elements of the model. Consequently data input comes from a large number of theoretical and experimental theses, many internal reports and several published papers. The practical result of this comprehensive work is the main content of this lecture. Depuis plus de dix années les opérations au large dans la Mer du Nord posent des problèmes d'ingénierie géotechnique d'une façon exigeante mais productive. Il est devenu rapidement évident qu'il y avait un besoin urgent d'une meilleure compréhension du comportement des sols différents sous des charges statiques et cycliques dans des conditions drainées et non-drainées. Les connaissances acquises à partir des constructions géotechniques à terre n'étaient pas suffisantes et les modèles disponibles pour l'étude du comportement des sols ne pouvaient pas s'adapter facilement dans la pratique à ces problèmes de plus grande envergure. Depuis environ 1960 l'auteur a étudié la modélisation du comportement des sols dans le cadre exclusif du concept classique de la résistance. Pendant les 10–15 dernières années ce concept a été souvent employé en particulier pour des problèmes se posant typiquement au large. Au cours de cette période tout le personnel de la Division technique de l'institut norwégien de la technologie a participé au développement du modèle. Par conséquent les données proviennent d'une grande quantité de thèses théoriques, de beaucoup de rapports internes et de plusieurs articles publiés. Cette conférence présente principalement des résultats pratiques de ce travail d'ensemble.
Calibration of constitutive models for granular materials using data from biaxial experiments
Authors: Vardoulakis I. , Graf B. 
Published: October 2009

The predictive capability of a class of rate-type constitutive equations for describing the behaviour of frictional dilatant materials is tested in plane strain compression experiments. The examination is restricted on shear band bifurcation states, where small deviations of the deformations from rectilinear extensions can be assumed. For predicting correctly both the state of bifurcation and the shear band inclination, the incipient shear modulus parallel to the geometric axis has to be estimated as the modified secant modulus. In addition a second hardening modulus, related to incipient contraction during the process of shear band formation, must be considered. On teste la possibilité de prevoir le comportement de matériaux possédant frottement et dilatance à partir de quelques lois rhéologiques du type rate. On se limite au cas d'un état de bifurcation avec bandes de cisaillement, où l'on peut supposer que les déviations par rapport à l'extension rectilinéaire sont petites. Pour prévoir correctement l'état de bifurcation et l'inclinaison de la bande de cisaillement on doit evaluer le module initial de cisaillement parallélement á l'axe géométrique par le module sécant modifié, et en doit introduire aussi un deuxième module decrivant la contractance initiale.
Seismic stability analyses for rockfill dams with central clay cores
Authors: Sarma S. K. , Barbosa M. R. 
Published: October 2009

By using a two-wedge sliding mechanism it is possible to estimate the seismic stability of a rockfill dam with a central clay core in terms of the critical acceleration factor or one of its related parameters. The analysis presented herein is carried out using limit equilibrium principles, the linear Mohr-Coulomb failure criterion and assuming that undrained conditions prevail in the clay core. The critical acceleration factor, which in itself is a measure of the maximum acceleration that a dam withstands under a seismic event before failure occurs, is presented in graphical form as a function of dimensionless parameters which define the cross-sectional characteristics and material properties. The various parameters involved in the analysis are also discussed. En utilisant un mécanisme de glissement à deux coins il est possible d'évaluer la stabilité sismique d'un barrage constitué d'un remblai rocheux avec un noyau central d'argile en fonction du facteur critique d'accélération ou d'un de ses paramètres associés. L'analyse décrite dans cet article s'effectue en employant les principes de l'équilibre limite et le critère linéaire de rupture de Mohr-Coulomb, tout en admettant que des conditions non-drainées régnent dans le noyau argileux. Le facteur critique d'accélération, qui est en lui-même une mesure de l'accélération maximale qu'un barrage supporte lors d'un événement sismique avant que la rupture n'ait lieu, est présenté sous forme de graphiques en fonction de paramètres sans dimensions qui définissent les caractéristiques de la section droite et les propriétés des matériaux. Les divers paramètres qui jouent un rôle dans l'analyse sont aussi discutés.
An evaluation of direct simple shear tests on clay
Authors: Airey D. W. , Wood D. M. 
Published: October 2009

Normally consolidated samples of kaolin have been tested in two direct simple shear apparatuses. The first apparatus is specially instrumented with load cells in the horizontal boundaries to investigate the uniformity of the stresses acting on the samples. The internal deformations and strains are determined using radiographic techniques. The radial stress is determined from membranes reinforced with resistance wire. The second apparatus is a standard commercially available device supplied by Geonor. The stresses and strains are shown to be uniform in the central region of the sample, away from the vertical boundaries, until failure. Values of the stress and strain variables determined from the central region are representative of a uniform simple shear deformation in plane strain. In all tests the samples fail by developing approximately horizontal ruptures. Values of the shear modulus and shear strength estimated from the average stresses in the Geonor apparatus underestimate, by approximately 10%, the simple shear values. Des échantillons normalement consolidés de kaolin ont été testés dans deux appareils pour mesurer le cisaillement simple direct. Le premier appareil était équipé de cellules de chargement aux limites horizontales afin d'évaluer l'uniformité des contraintes auxquelles les échantillons ont été soumis. Les déformations internes ont été déterminées à l'aide de techniques radiographiques, tandis que la contrainte radiale fut obtenue à partir de membranes armées de fil de résistance. Le deuxième appareil était un modèle normal commercialisé fourni par Geonor. On démontre que les déformations et les contraintes sont uniformes jusqu'à la rupture dans la zone centrale de l'échantillon à distance des limites verticales. Les valeurs des variables de déformation et de contrainte déterminées à partir de la zone centrale représentent une déformation à cisaillement simple uniforme en déformation plane. Dans tous les essais les échantillons se rompe par suite de ruptures approximativement horizontales. Les valeurs du module de cisaillement et de la résistance à la rupture au cisaillement évaluées à partir des contraintes moyennes dans l'appareil de Geonor sousestiment les valeurs de cisaillement simple d'environ 10%.
The behaviour of normally consolidated clay as observed in undrained direct shear tests
Authors: Wroth C. P. 
Published: October 2009

The direct shear test as conventionally used for measuring the strength parameters of soil for use in classical stability analyses has the major disadvantage that the stress conditions in the specimen during the test are not known. The shear stress and normal stress acting on the central (horizontal) plane of the specimen are deduced from the observations made on the boundary; the values measured at failure are assumed to lie on the Mohr-Coulomb failure envelope from which the strength parameters are derived. Two special types of apparatus that apply simple shear allow measurements to be made from which the complete stress system (assumed to be uniform) within the specimen can be deduced. The effective stress paths obtained in shear tests on two normally consolidated clays reveal complex patterns of behaviour. In particular, they show that the conventional interpretation of the direct shear test is wrong; the stress point associated with the horizontal plane at failure does not lie on the failure envelope and the maximum shear stress is not the same as the undrained shear strength. L'essai de cisaillement direct employé traditionnellement pour mesurer les paramètres de résistance du sol pour les analyses classiques de stabilité a un grave défaut: les conditions de contrainte dans l'échantillon au cours de l'essai ne sont pas connues. La contrainte de cisaillement et la contrainte normale agissant sur le plan central (horizontal) de l'échantillon sont déduites des observations effectuées à la limite et on admet que les valeurs mesurées lors de la rupture sont situées sur l'enveloppe de rupture Mohr-Coulomb, à partir de laquelle les paramètres de résistance sont calculés. Deux appareils spéciaux, qui appliquent le cisaillement simple, permettent des mesures à partir desquelles on peut déduire le système entier supposé uniforme des contraintes dans l'échantillon. Les chemins de contraintes effectives obtenus dans deux essais de cisaillement sur deux argiles normalement consolidées montrent un comportement complexe et plus particulièrement ils indiquent que l'interprétation traditionnelle de l'essai de cisaillement direct est erronée: le point de contrainte associé avec le plan horizontal lors de la rupture n'est pas situé sur l'enveloppe de rupture et la contrainte de cisaillement maximale n'est pas identique à la résistance à la rupture au cisaillement dans l'état non-drainé.
Tests of the interface between sand and steel in the simple shear apparatus
Authors: Kishida H. , Uesugi M. 
Published: October 2009

The simple shear apparatus is used for tests on the interface between soil and other construction materials. A comparison was made of its advantages and disadvantages, as well as of the test results for sand-steel interfaces, with respect to three other types of interface testing apparatuses: the direct shear, the annular shear and the ring torsion types. A simple shear apparatus is less sophisticated than a ring torsion apparatus mainly in the non-uniformity of the stress distributions, but it can be used with much less technical difficulty. Good agreement was observed between the results from the three types on the correlations between the coefficient of friction and the roughness of the steel surface. The sliding displacement measured in simple shear tests showed good agreement with the observation in the ring torsion type of apparatus, but the tangential displacement in the direct shear test was larger, possibly because it included the displacement due to the strain in the sand mass inside the shear box. A modification was made to the evaluation of the steel surface roughness. The modified roughness was divided by the 50% diameter of the sand and called the normalized roughness. A good correlation was obtained between the coefficient of friction and the normalized roughness over a wide range of sand diameters. L'appareil de cisaillement simple s'emploie pour effectuer des essais sur l'interface entre le sol et d'autres matériaux de construction. On a comparé ses avantages et ses défauts aussi bien que les résultats de quelques essais sur des interfaces sable-acier avec ceux de deux autres types d'appareil pour effectuer des essais sur les interfaces, c'est-à-dire celui de cisaillement direct, celui de cisaillement annulaire et celui de cisaillement circulaire par torsion. Un appareil de cisaillement simple est moins évolué que celui de cisaillement circulaire par torsion, surtout à cause du manque d'uniformité des distributions de contraintes, mais on peut employer celui-là avec beaucoup moins de difficultés techniques. Les résultats obtenus à partir des trois types sont analogues et confirment la corrélation entre le coefficient de friction et la rugosité de la surface d'acier. Le déplacement glissant mesuré dans des essais de cisaillement simple correspond bien celui enregistré à l'aide de l'appareil de cisaillement circulaire par torsion, mais dans l'essai de cisaillement direct le déplacement tangentiel était plus grand, peut-être parce qu'il comprenait le déplacement provoqué par la contrainte dans la masse de sable à l'intérieur de la boîte de cisaillement. On modifia l'évaluation de la rugosité de la surface d'acier. La rugosité modifiée fut divisée par la moitié du diamètre du sable et appelée la rugosité normalisée. Une bonne corrélation fut obtenue entre le coefficient de friction et la rugosité normalisée pour un large intervalle de diamètres du sable.
Direct shear tests on reinforced sand
Authors: Jewell R. A. , Wroth C. P. 
Published: October 2009

New data are presented from internal measurements in direct shear tests on sand. An interpretation is given for the plane strain angle of friction and the angle of dilation of sand in a direct shear test. The direct shear angle of friction deduced from the conventional analysis is shown to under-estimate the frictional shearing resistance of sand by about 20%. Results are presented from direct shear tests on reinforced samples and these are fitted by a limit equilibrium analysis in which all the parameters are independently measured. Plastic incremental strains cause dilation in dense sand and dominate the deformation with increasing stress ratio. The rate of increase of the reinforcement force in shearing sand is shown to depend on the angle of dilation. The maximum bond angle of friction between sand and the rough surface of reinforcement is also determined by plastic deformation in the sand. A theoretical analysis for the bond is supported by the test results which show that the maximum bond angle of friction for rough reinforcement equals the direct shear angle of friction. Thus the modified direct shear test is a good way to measure bond strength parameters for design. L'article présente de nouvelles données obtenues à partir des mesures internes effectuées au cours de quelques essais de cisaillement direct dans le sable. Une interprétation est donnée à l'égard de l'angle de frottement en déformation plane et de l'angle de dilatance du sable dans un essai de cisaillement direct. L'angle de frottement du cisaillement direct déduit de l'analyse normale sousestime la résistance au cisaillement à friction du sable d'environ 20%. Des résultats de quelques essais de cisaillement direct effectués sur des échantillons renforcés sont présentés. Des déformations plastiques incrémentielles sont la cause de la dilatance du sable dense et dominent la déformation au fur et à mesure que le rapport des contraintes s'accroît. La vitesse d'accroissement de la force de renforcement dans du sable soumis au cisaillement dépend de l'angle de dilatance. L'angle de liaison maximal de frottement entre le sable et la surface rugueuse de renforcement est déterminé aussi par la déformation plastique dans le sable. Une analyse théorique de la liaison est confirmée par les résultats des essais qui indiquent que l'angle de liaison maximal de frottement pour le renforcement rugueux est égal à l'angle de cisaillement de la frottement. L'essai de cisaillement direct modifié est une bonne méthode pour mesurer les paramètres de résistance des liaisons.
Constant normal stiffness direct shear testing for socketed pile design in weak rock
Authors: Johnston I. W. , Lam T. S. K. , Williams A. F. 
Published: October 2009

It is demonstrated that the development of side shear resistance of piles socketed in weak rock can be controlled by conditions of constant normal stiffness. To model this behaviour and to provide data for the development of more rational and economic methods of design, constant normal stiffness direct shear test equipment has been manufactured. The principles and details of this testing technique are presented along with a brief discussion of applications. On a démontré qu'il est possible de contrôler à l'aide des conditions de rigidité normale constante le développement de la résistance au cisaillement latéral des pieux implantés dans des roches tendres. Afin de modeliser ce comportement et d'obtenir des données pour la mise au point de méthodes plus rationnelles et plus économiques de la construction on a produit du matériel pour effectuer des essais de cisaillement direct à rigidité normale constante. Les principes et les détails des techniques de ces essais sont présentés avec une discussion sommaire de leurs applications.