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Consolidation of clays compacted ‘dry’ and ‘wet’ of optimum water content
Authors: Barden L. 
Published: October 2009

An experimental investigation of the consolidation process in clays ccmpacted ‘dry’ and ‘wet’ of optimum water content has led to the following findings. ‘Dry’ of optimum water content the air voids are continuous, resulting in rapid dissipation of pore-air pressures; hence there is no consolidation in the classical sense and the entire compression-time behaviour can be represented in terms of a simple rheological model. The settlement problem in this state is associated with collapse on wetting. ‘Wet’ of optimum, with occluded air voids, there is the likelihood of high pore-water pressures and consolidation is a major engineering problem. It is seen that Terzaghi theory is generally as relevant as any of the more complex theories attempting to take proper account of the effect of the occluded air. However, the relevance of Terzaghi theory decreases as the transition is approached in the region of optimum water content. The existence of a separate transition process cannot be dismissed, particularly in the case of field compaction which results in zones of different water content. Compaction at optimum water content is clearly good engineering practice, and it is unfortunate that Terzaghi theory often provides only a crude indication of behaviour in this region. Une investigation expérimentale du processus de consolidaticn dans les argiles ccmpactées à sec et avec la teneur en eau optimum, a conduit aux résultats suivants. En compactage sec les vides remplis d'air sont continus, ce qui conduit à une dissipation rapide des pressions interstitielles; il n'y a done pas de consolidation au sens clasaique, et l'ensemble du comportement compression–temps peut être représentée par un simple modèle rhéologique. Dans cet état le problème de tassement est associé à l'effondrement sous l'effet de l'humidité. En compactage humide, avec des vides bouchés, il y a possibilité de pressions élevées des eaux interstitielles et la consolidation devient un problème majeure de technique. I1 est constaté que la théorie de Terzaghi se révèle, en général, aussi pertinente qu'aucune des théories plus complexes visant à bien tenir compte de l'effet de l'air emprisonné. De toutes façons la validité de la théorie de Terzaghi décroît au fur et à mesure de l'approche de la transition dans la zone de teneur en eau optimum. On ne peut ignorer l'existence d'un processus séparé de transition, surtout dans le cas de compactage sur chantier conduisant à des zones de teneur en eau différentes. Il est evident que le compactage à teneur en eau optimum est une bonne technique, et il est fâcheux que la théorie de Terzaghi ne donne fréquemment qu'une indication grossière du comportement dans cette zone.
The stability of slender piles during driving
Authors: Burgess I. W. 
Published: October 2009

It is known that slender driven or jacked piles, especially in soft soils, tend to wander away from their assumed lines of action during installation. Since the forces acting on a flexible pile are mainly of a non-conservative nature a dynamic analysis of directional stability of the pile during installation is performed. Two different types of instability are possible with different load configurations, the more important being the wholly non-conservative type known as flutter. Very simple assumptions are made about the loadings on the pile in this initial study, but the treatment is capable of extension to more realistic assumptions. Several examples of the stability limits for steel pile sections in cohesive soil are presented, and it is shown that, even allowing for the simplifying assumptions, directional instability can be a problem within the working ranges of many practical piles. On sait que les pieux battus légèrement ou les pieux enfoncés avec un vérin, spécialement dans des sols tendres, ont tendance à s'écarter de leurs lignes d'action présumées pendant l'installation. Puisque les forces agissant sur un pieu fléxible sont d'une nature principalement non-conservative, une analyse dynamique de la stabilité de direction du pieu pendant l'installation est réalisée. Deux genres différents d'instabilité sont possibles avec des conditions de chargement différentes, le plus important étant le genre entièrement non-conservatif connu comme agitation. Des hypothèses très simples sont faites au sujet des chargements sur le pieu, dans cette étude initiale, mais le traitement peut être étendu à des hypothèses plus réalistes. Plusieurs exemples des limites de stabilité pour des sections de pieu d'acier dans des sols cohérents sont présentés, et il est montré que, même avec les hypothèses simplificatrices, l'instabilité de direction peut être un probléme dans la gamme d'utilisation de nombreux pieux courants.
A theoretical and experimental investigation into soil–structure interaction
Authors: Majid K. I. , Cunnell M. D. 
Published: October 2009

In this Paper the three-dimensional isoparametric finite element method is used to carry out the non-linear analysis of soil, foundations and superstructures as parts of a single integral system. The method is then employed to calculate the stresses and deformations of space frames resting on a bed of sand. The stress contours σx, σy and σz throughout the depth of the foundations are presented. Details of theoretical and experimental investigations into soil-structure interaction are presented. Particular attention is given to the problems of differential settlement of the foundations and the sway deflexion of the space frames. Comparisons are made between the theoretical results and those obtained experimentally. Dans cette étude la méthode des éléments finis isoparamétriques à trois dimensions est utilisée afin de mettre en application l'analyse non-linéaire du sol, des fondations et des superstructures comme faisant partie d'un seul système intégral. La méthode est alors employée pour calculer les contraintes et les déformations d'une structure spatiale reposant sur un lit de sable. L'enveloppe des contraintes σx, σy, σz dans toute la profondeur des fondations est présentée. Les détails d'investigations théoriques et expérimentales de l'interaction sol-structure sont présentés. Une attention particulière est portée aux problèmes de tassements différentiels des fondations et la balance de déflexion des structures spatiales. Des comparaisons sont faites entre les résultats théoriques et expérimentaux.
The calculus of variations applied to stability of slopes
Authors: Revilla J. , Castillo E. 
Published: October 2009

This work presents a method for the determination of the safety factor of a slope based on the theory of the calculus of variations. The method allows for the determination of the critical sliding line (the one giving the minimum safety factor) without the necessity of guessing about its shape, which leads to a considerable economy of time and effort. Furthermore it gives the actual safety factor of the slope and conseqently a more complete knowledge of the safety of the slope is obtained. On présente une méthode pour déterminer le facteur de sécurité d'unn talus basée sur la thérorie du calcul des variations. Cette méthode perment de déterminer la ligne critique de glissement (celle correpondant au facteur de sécurité minimum) sans avoir besoin de faire des hypothesis sur la forme, ce qui conduit à une économie considérable de temps et d'efort, et an plus permet d'obtenir le vrai facteur de sécurité du talus, parce qu'il est impossible de trouver une autre ligne avec un facteur de sécurité moindre. En conséquence, on oblient une connaissance de la sécurité du talues plus compléte
Anisotropy in overconsolidated clays
Authors: Cairncross A. M. , James R. G. 
Published: October 2009

The influence of anisotropy on the deformation of overconsolidated clays is well known. This phenomenon has normally been analysed by assuming that the theory of anisotropic elasticity is applicable. This Paper seeks to question the validity of that assumption; i.e. whether a single set of incremental elastic constants is applicable to a clay in a given condition. It is further suggested that the anisotropy so far detected in overconsolidated clays is a consequence of the way the stiffness moduli vary with the direction of incremental shear: that is of the non-reversibility of shearing of the soil. The discussion centres on the two extreme cases of ‘active’ and ‘passive’ shear in which the major principal compressive strain is respectively parallel or perpendicular to the original direction of consolidation. Experimental data are presented for kaolin, Fulford Clay, Haney Clay and London Clay. Apart from the London Clay data, these data showed stiffnesses in ‘active’ shear up to 10 times greater than those in passive shear. It is apparent from the data that laboratory tests in only one mode of shear may be quite inapplicable to a field situation involving shear in another direction. L'influence de l'anisotropie sur la déformation plane d'argiles surconsolidées, est bien connue. Ce phénomène a normalement été analysé en admettant que la théorie de l'ésticité anisotrope est applicable. Ce rapport cherche à prouver la validité de cette supposition; par exemple savoir si un simple ensemble de constants élastiques incrémentales est applicable à une argile dans une condition donnée. I1 est suggéré en outre que l'anisotropie détectée jusque là dans des argiles surconsolidées est une conséquence de la fa¸on dont les modules de rigidité varient avec la direction de l'augmentation du cisaillement: c'est à dire de la non-réversibilité du cisaillement du sol. La discussion vise les deux cas extrêmes de cisaillement ‘actif’et ‘passif’ dans lesquels la déformation principale majeure de compression est respectivement parallèle ou perpendiculaire à la direction originale de consolidation. Des données expérimentales sont présentées pour le kaolin, l'argile de Fulford, l'argile de Haney et l'argile de Londres. Sauf pour l'argile de Londres, ces données ont mise en évidence une rigidité dans le cisaillement ‘actif’ jusqu' à dix fois plus importante que celles montrées dans le cisaillement passif. Il est évident à partir de ces résultats que les essais en laboratoire selon un seul mode de cisaillement peuvent être complètement inapplicables à une situation in-situ implicant un cisaillement dans une autre direction.
Directional creep response of anisotropic clays
Authors: Krizek R. J. , Chawla K. S. , Edil T. B. 
Published: October 2009

High water content slurries of a kaolin clay with two different pore-fluid chemistries (flocculated and dispersed) were consolidated under isotropic and anisotropic states of stress to produce bulk samples (blocks with dimensions on the order of 150 to 200 mm) of clay soils with widely differing micro-fabrics. A combination of scanning electron microscopy, optical microscopy, and X-ray diffractometry was used to identify qualitatively and quantitatively the micro- fabric of each sample at various levels of particle organization (individual particles, domains, etc.). Then, cylindrical specimens with dimensions of the order of 30 or 40mm were trimmed in orthogonal directions from these block samples and tested in undrained creep at different stress levels. The macro-behaviour of these specimens is interpreted in terms of rate process theory, and the parameters in the formulation are correlated with quantitative measures of fabric. For a given stress intensity specimens trimmed in the vertical direction were found to exhibit lower strain rates and larger creep deformations than specimens trimmed in the horizontal direction. Des coulis à forte teneur en eau d'argile kaolinite avec deux différents états chimiques (particules floculées et dispersées) ont été consolidés sous des conditions de tension isotrope et anisotrope afin de produire des échantillons compacts (blocs de dimension de l'ordre de 150 à 200 mm) de sols argileux avec des micro-constructions très différentes. Une combinaison d'examens minitieux par microscope électronique, microscope optique et diffraction par rayons-X a été utilisée afin d'identifier qualitativement et quant-itativement la micro-construction de chaque échantillon à des niveaux différents d'organisation de particules (particules individuelles, domaines, etc.). Puis, des échantillons cylindriques de dimensions de l'ordre de 30 ou 40 mm, ont été disposés en directions orthogonales à partir de ces échantillons en bloc et soumis à un fluage non drainé à différents niveaux de contrainte. Le macrocomportement de ces spécimens est interprété en terme de théorie de processus par taux et les paramètres dans la formulation sont reliés à des mesures quantitatives de construction. Pour une intensité de contrainte donnée on a trouvé que des échantillons arrangés en direction verticale donnaient lieu à des taux de déformation plus faible et à des déformations de fluage plus grandes que les spécimens arrangés dans la direction horizontale.
Single-parameter models for progressive weakening of soils by cyclic loading
Authors: Van Eekelen H. A. M. 
Published: October 2009

One of the basic problems which arises in an evaluation of the stability of gravity structure foundations under severe storms is the modelling of soil behaviour under random cyclic loading. Phenomena such as progressive weakening, cumulative generation of pore-pressures and permanent strains, and ultimate liquefaction, have to be described in terms of the complete cyclic loading history. Many different procedures have been proposed, most of which can be interpreted as models with one single memory parameter. In this Paper the underlying assumptions are made explicit, and a general single-parameter theory is formulated, and applied to compare and catalogue existing models. The interrelation of stress- and strain-controlled tests is discussed, and some new methods for obtaining or testing empirical models are indicated. Special attention is paid to the question of consistency of the model as regards linear superposition and re-ordering of blocks of cycles. Un des problèmes fondamentaux qui se présente, par une évaluation de stabilité des fondations de structures de gravité soumises aux orages forts, est celui du modelage de comportement des sols sous charge cyclique au hazard. Les phénomènes tels que la manque de consistance progressive, génération cumulative de pressions interstitielles, déformations permanentes et liquéfaction à limite, doivent être décrits dans la conjoncture de l'histoire de charge cyclique globale. Plusieurs processus différents ont été suggérés dont la plupart peuvent se traduire comme des modèles de paramètre mono-mémoire. Cette étude explique les sous-suppositions, et une théorie générale sur le mono-paramètre est formulée et appliquée pour faire la comparaison et pour cataloguer les modèles existants. On a examiné en plus la relation entre les essais de contrainte et deformation, et l'on a indiqué plusieurs nouveaux moyens pour obtenir ou essayer les modèles empiriques. On a longuement étudié la question de la consistance du modèle vis-à-vis la superposition linéaire et la restructuration des groupes de cycles.
The value of Poisson's ratio in saturated soils and rocks stressed under undrained conditions
Authors: Bishop A. W. , Hight D. W. 
Published: October 2009

The theoretical implications of the wide variation in soil and rock compressibility on undrained Poisson's ratio are examined. Expressions are derived for this parameter in saturated porous materials for the cases of both isotropic and anisotropic structures. It is demonstrated that the undrained Poisson's ratio for an isotropic structure, µu, only has the classical value of frac12 for the special condition of pore pressure parameter B exactly equal to I and owes its high value not only to the low value of undrained compressibility but also to the low value of undrained Young's modulus. For an anisotropic structure with an axis of symmetry vertical, the value of undrained Poisson's ratio for strain in any horizontal direction due to a direct vertical stress is also equal to frac12 irrespective of the degree of anisotropy for the special condition of B equal to I. Since, in the absence of special tectonic conditions, this is the Poisson's ratio measured in a conventional cylindrical compression test on a sample cut with its axis vertical, the presence of anisotropy may be masked in a soil with B approaching I. A numerical example is given which illustrates the large influence of anisotropy on the undrained values of Poisson's ratio for other directions of loading. Les implications théoriques de la variation considérable de compressibilité du sol et du rot sur le coefficient non drainé de Poisson sont examinées. Des expressions sont dévées pour ce paramétre dans des matériaux poreux saturés pour les cas de structures isotropes aussi bien qu'anisotropes. On démontreque le coefficient non drainé de Poisson pour une structure isotrope, µu, n'a la valeur classique de frac12; que pour la condition spéciale de paramétre B de pression interstitielle exactement égale à l'unité et doit sa haute valeur non seulement à la valeur de basse de compres-sibilité non drainée mais aussi à la valeur basse de la module non drainée de Young. Pour une structure anisotrope avec un axe de symétrie verticale, la valeur du coefficient non drainé de Poisson pour une déformation dans n'importe laquelle direction horizontale causée par une contraine verticale directe, est aussi égale à ½ irrespectivement aux degrés d'anisotropie pour la condition spéciale de B égale à 1. Puisque, dans l'absence de conditions speciales tectoniques, ceci est le coefficient de Poisson mesure dans un essai conventionnel de compression cylindrique sur un échantillon coupé avec son axe vertical, la présence d'anisotropie peut être masquée dans un sol avec B approchant l'unité. Un exemple numérique est donné, qui illustre la grande influence d'anisotropie sur les valeurs de coefficient non drainé de Poisson, pour d'autres directions de chargement.
The conditions for failure of a face-centered cubic array of uniform rigid spheres
Authors: Thornton C. 
Published: October 2009

The general solution for the strength of a face-centred cubic array of uniform rigid spheres is presented. The applied stress system is allowed three degrees of rotational freedom and the complete stress range σ3 ≤ σ2 ≤ σ1 is considered. The strength is found to be dependent on the relative orientation of the applied stresses and the optimum solutions for various degrees of rotational freedom are identified. The solution for the case in which the stress and strain–increment tensors are coaxial extends the previous work of Dantu (1961), Rowe (1962) and Leussink and Wittke (1963) to generahzed stress conditions. The optimum solution for freedom to rotate about the intermediate principal strain–increment direction is identical to Parkin's (1965) solution except that the angles of deviation between the stress and strain–increment directions are correctly prescribed. None of the remaining solutions contained in the analysis have been presented before. The analysis shows that a variety of failure envelopes are possible and suggests that various experimentally obtained failure envelopes for dense sand may be valid representations of material behaviour, assuming that the different apparatuses used produce different distributions of the local deviation angles associated with microscopic deformation processes. L'article présente la solution générale destinée au calcul de la resistance d'un réseau cubique à faces centrées de sphéres rigides uniformes. Le système de contraintes appliquées a trois degrés de liberté de rotation, et la gamme compléte de contraintes envisagée est σ2 ≤ σ3 ≤ σ1. Les résultats montrent que la résistance est fonction de l′orientation relative des contraintes appliquées, et les solutions optima portant sur divers degrés de liberté de rotation sont identifiées. La solution trouvée dans le cas de tenseurs de contraintes et d'incréments de déformation coaxiaux permet d'étendre les travaux antérieurs de Dantu (1961), Rowe (1962), et Leussink et Wittke (1963) à des conditions de contraintes généralisées. La solution optimum relative à la liberté de rotation autour de l'axe d'incréments de déformation principale intermédiaire est identique à celle de Parkin (1965) excepté que les angles de déviation séparant les axes de contraintes et d'incréments de déformation sont correctement prescrits. Aucune des autres solutions de I'analyse n'a déjà été présentée auparavant. L'analyse montre que différentes enveloppes de rupture sont possibles et suggére que diverses enveloppes de rupture obtenues expémentalement pour du sable dense pourraient constituer des représentations valables du comportement du matériau en supposant que les différents appareils utilisés produisent différentes distributions des angles de déviation locaux associés aux processus de déformation microscopique.
Recording and interpreting soil macrofabric data
Authors: McGowm A. , Marsland A. , Radwan A. M. , Gabr A. W. A 
Published: October 2009

The Paper describes a means of characterizing the macrofabric features in soils based on their nature, form and spatial arrangement. The features are considered at three levels of arrangement—the basic, related and referred levels—which allows correlations between individual groups and various external axes or surfaces to be made. The proposed system is detailed for layered soils and soils containing discontinuities and recommendations are given for the observations to be made and the classification terminology to be used. Relationships between the nature, form and spatial arrangement of macrofabric features and laboratory measurements of the engineering properties of soils are built up. It is emphasised throughout that the use of the macrofabric data and the suggested relationships with those measured properties are meant to aid the choice of appropriate sampling and testing techniques and not to replace them. L'Article décrit une méthode caractérisant la macrostructure des sols selon leur nature, leur forme et la configuration spatiale. Les caracteristiques sont étudiées suivant trois niveaux, le niveau de base, le niveau associé et le niveau rapporté, ce qui permet d'effectuer des corrélations entre groupes individuels et diverses surfaces ou axes externes. Le systéme proposé est exposé en détail pour les sols stratifiés et les sols contenant des discontinuités, et des recommandations sont données quant aux observations à effectuer et à la terminologie de classification à employer. Des relations entre la nature, la forme et la configuration spatiale des aspects de la macrostructure et les mesures en laboratoire des propriétés techniques de sols sont élabortées. Tout au long de I'Article, I'Auteur souligne que l'utilisation des données de macrostructure et les relations proposées avec les propriétés qui ont été mesurées ne servent qu'à guider dans le choix de techniques d'essais et d'échantillonnage approprites et non à remplacer celles-ci.