The value of Poisson's ratio in saturated soils and rocks stressed under undrained conditions

Abstract

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.