The rate of swelling of overconsolidated clays subjected to unloading

Abstract

Time-rate of swelling under one-dimensional drainage and either one-dimensional or isotropic deformation conditions was investigated using reconstituted specimens of Duck Creek. Crab Orchard, Cucaracha aid Bearpaw shales. Cylindrical specimens were used, drainage was allowed from the top, and pore water pressure was measured at the base of all specimens. Load-deformation-history variables included maximum pressure (80 psi, 500 psi and 1500 psi), overconsolidation ratio (1.07–250), decrement ratio (0·07–15·7), and sustained secondary swelling (up to 3 log time cycles). The swelling index, Cs, is a function of the overconsolidation ratio, OCR. Cs, changes with effective stress and the rate of excess negative pore pressure dissipation is very sensitive to the changes. Secondary swelling can be very sig nificant. The ratio of secondary swelling index, Cas, to Cs, can be as high as 0·4. The maximum value of 0·4 for Cas/Cc, contrasts with the maximum observed value of 0·1 for Cα/cs, for consolidation. However, for any clay, the value of Cas/Cs, is not a constant and it increases with OCR. Terzaghi's theory of swelling correctly predicts the shape of the percent swell-log time curve up to 60% primary swell. Beyond the 60% the shape of the swell curve is a function of the magnitude of Cas/Cs, and decrement ratio, Δ σ/σ t. Observed excess negative pore pressures dissipate faster than is predicted by the Terzaghi theory and rate of swell data. For decrements that immediately follow sustained secondary swell and for the first decrements from the maximum pressure, 50% of the excess negative pore pressure dissipated as much as 15 times faster than the rate predicted from Terzaghi's theory. A theory of swelling is developed that includes the effects of secondary swelling and takes into account the changes in Cs, during a swelling decrement. In one-dimen sional swell tests on Cucaracha and Bearpaw, negative pore pressure dissipated very rapidly and eventually the pressure became positive. In these cases 50% of the excess pore pressure dissipated over 30 times faster than predicted from Terzaghi's theory and observed swell data. These observations are interpreted as direct evidence that positive shear-induced pore pressures are superimposed on the excess nega tive pore pressures during one-dimensional swelling. Le taux en fonction du temps du gonflement avec drainage à une dimension et des conditions de déformation soit à une dimension soit isotropes a été examiné en utilisant des spécimens reconstitués des schistes de Duck Creek, Crab Orchard, Cucaracha et de Bearpaw. Des echantillons cylindriques furent utilisés, le drainage fut permis par le haut, et la pression de l'eau interstitielle fut mesurée à la base de tous les spécimens. L'historique des variables de charge-déformation a inclus la pression maximum, le rapport de surconsolidation, le rapport de décroissement et le gonflement secondaire soutenu. Cs, change avec une contrainte effective et le taux d'excès de dissipation de la pression interstitielle négative est trés sensible aux changements. Le gonflement secondaire peut étre très signiticatif. Le rapport de l'indice de gonflement secondaire, Cs, à Cs, peut aller jusqu'g 0·4. La valeur maximum de 0·4 pour Cas,/Cs, fait contraste avec la valeur maximum observee de 0·1 pour Ca/Cc, pour la consolidation. Cependant, pour n'importe laquelle argile, la valeur de Cas/Cs, n'est pas une constanteet elle augmente avec OCR. L'excés observé de pressions interstitielles négativesse dissipe plus rapidement que prédit par la théorie de Terzaghi et par les données de gonflement. Pour les décroissements qui suivent immédiatement le gonflement secondaire soutenu et pour les premiers décroissements de la pression maximum, 50 pour cent de I'excts de pression interstitielle négative se dissipe 15 fois plus vite que prévu à partir de la théorie de Terzaghi. Une théorie de gonflement est développée qui inclut les effets de gonflement secondaire et tient compte des changements dans Cs pendant un décroissement de gonflement. Dans les essais de gonflement à une dimension de Cucaracha et Bearpaw, la pression interstitielle négative se dissipa trés rapidement et éventuellement la pression devint positive. Dans ces cas 50 pour cent de I'excés de pression interstitielle se dissipa plus de 30 fois plus vite que prCdit par la théorie de Terzaghi, et par les donnees de gonflement observées. Ces observations sont interprétées comme évidence directe que les pressions interstitielles positives à cisaillement induit sont superimposées sur l'excbs des pressions interstitielles négatives pendant le gonflement à une dimension.