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A microstructurally based effective stress for unsaturated soils


Les différents choix de variables d'état de contrainte dans les sols non-saturés sont décrits et comparés, avec un intérêt particulier pour les approches employant une contrainte effective. Les données expérimentales relatives à l'évolution de la rigidité et de la résistance au cisaillement en fonction de la succion permettent d'affirmer que la proportion de la succion contribuant à la contrainte effective est souvent nettement moindre que ne le prédit le produit ? succion par degré de saturation ? généralement rencontré dans les expressions de contraintes effectives du type de celle de Bishop. Il est suggéré ici que la contrainte effective est reliée à la microstructure du sol. Un degré de saturation effectif est introduit pour décrire le volume d'eau saturant partiellement la macroporosité du sol. Ce degré de saturation effectif définit la proportion de la succion contribuant concrètement à la contrainte effective. Deux expressions alternatives (l'une linéaire par morceaux et l'autre non-linéaire) sont proposées pour le degré de saturation effectif. Il est montré que leurs performances sont similaires. L'analyse de données disponibles dans la littérature sur la variation de la rigidité et de la résistance au cisaillement en fonction de la succion dans différents sols, allant de sols essentiellement granulaires à des argiles fortement plastiques, a été réalisée. Cette analyse supporte l'interprétation micro structurelle proposée ici pour la contrainte effective. En effet, pour les sols granulaires, le degré de saturation effectif est très proche du degré de saturation total; en conséquence, l'expression du type de celle de Bishop généralement utilisée comme contrainte effective est retrouvée. Au fur et à mesure que la plasticité du sol augmente, la proportion d'eau libre diminue et la contribution de la succion à la contrainte effective diminue. A la limite, lorsque la proportion d'eau libre est négligeable (il en est ainsi des argiles très plastiques sous fortes succions), la contrainte effective proposée ici devient égale à la contrainte nette (différence entre la contrainte totale et la pression d'air). L'équation de la contrainte effective peut être identifiée si, pour un sol donné, des informations sur la quantité d'eau immobile sont disponibles. Ces informations peuvent être obtenues à partir des propriétés de rétention d'eau ou des données de porosi-métrie pour ce sol. Cela a été démontré en comparant les résultats obtenus par la présente approche à des données obtenues indépendamment concernant la proportion d'eau immobile dans des argiles fortement plastiques.%Current alternative choices of stress state variables in unsaturated soils are described and compared, with a special focus on the use of an effective stress. Experimental data on stiffness and shear strength evolution with suction suggest that the proportion of suction contributing to the effective stress is often much smaller than predicted by the term 'suction times degree of saturation' generally used in effective stress expressions of the Bishop type. It is suggested that effective stress in unsaturated soils should be related to soil microstructure. An effective degree of saturation is defined as describing the volume of water partially filling the soil macroporos-ity. This effective degree of saturation defines the proportion of the prevailing suction that actually contributes to the effective stress. Two alternative expressions (piecewise linear and non-linear) are proposed for the effective degree of saturation. They offer a similar performance. Available data on stiffness and shear strength variation with suction of a few different soils, ranging from a markedly granular material to high-plasticity clay, have been analysed. The analysis supports the proposed micro-structural interpretation of the effective stress. Indeed, for granular soils the effective degree of saturation is almost equal to the total degree of saturation, and therefore the Bishop-type expression generally used as an effective stress is recovered. As the soil becomes more plastic, the proportion of free water reduces, and the contribution of suction to the effective stress reduces. At the limit, when the proportion of free water is negligible (this is the case of high-plasticity clays at high values of suction) the proposed effective stress reduces to the net stress (excess of total stress over the air pressure). The proposed effective stress equation may be identified if information on the amount of immobile water is available for a given soil. Water retention or porosimetry data provide this information. This has been shown by comparing the present proposal with independently obtained information about immobile water in high-plasticity clays.......

【作者名称】: E. E. ALONSO, J.-M. PEREIRA, J. VAUNAT, S. OLIVELLA
【作者单位】: Department of Geotechnical Engineering and Geosciences. Universitat Politecnica de Catalunya, Barcelona, Spain, Universite Paris-Est, Navier, Ecole Nationale des Ponts et Chaussees, Paris, France, Department of Geotechnical Engineering and Geosciences. Universitat Politecnica de Catalunya, Barcelona, Spain, Department of Geotechnical Engineering and Geosciences. Universitat Politecnica de Catalunya, Barcelona, Spain
【关 键 词】: constitutive relations, partial saturation, pore pressures, shear strength, stiffness, suction
【期刊名称】: Geotechnique
【期刊论文数据库】: [DBS_Articles_01]
【期刊论文编号】: 109,091,458
【摘要长度】: 4,777
【上篇论文】: 外文期刊 - Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen
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