Homogeneous and layered sand in triaxial compression

Abstract

Samples of Ham River sand were prepared at high and low porosities by pouring through air or a liquid, the techniques being alternated for layered samples. Some samples were reinforced with horizontal sheets of various materials. To avoid edge effects near lubricated platens in triaxial compression, strains in the middle third of each sample were recorded in accurate detail. Changing the relation of the plane of deposition to the major principal stress direction revealed inherent anisotropy effects. Stress-strain and strength data show the influence of porosity, layer geometry and horizontal reinforcing sheets. In homogeneous samples the orientation of lines of zero extension in the maximum-shear plane depended on porosity but not on current strain or inherent anisotropy. Inherent anisotropy did not affect the stress-dilatancy relationship, nor did changing its axes affect the virtual coincidence of stress and strain rate axes. But pre-failure strains were largely influenced by inherent anisotropy at both porosities and the lower porosity gave appreciable strength anisotropy. Layered samples were weaker, depending on layer geometry and the loose layers sustained large strains while at maximum stress ratio. No thin ruptures formed, but at failure the strains were confined within loose layers, when these were oriented so that a line of zero extension was parallel to their plane. This orientation differed appreciably from that of maximum stress obliquity. The stress-dilatancy relationship for homogeneous samples predicted stress ratios in both layered and reinforced samples. The loose sand dilated much more when in a layer than in homogeneous samples. Des échantillons de sable provenant de Ham River ont été préparés à des porosités faibles et élevées en le versant à travers de l'aire ou un liquide, les techniques ont été alternées pour les échantillons sandwiches. Quelques échantillons ont été renfor avec des feuilles horizontales de materiaux divers. Afin d'éviter des effets de bord prés des plateaux lubrifiés dans une compression triaxiale, les déformations au tiers central de chaque échantillon ont été enrégistrées avec précision. En changeant la position du plan de sédimentation par rapport à la contrainte majeure principale, on a pu mettre en évidence des effets anisotropiques. Les mesures de contraintes-déformations et de résistance montrent l'influence de la porosité, de la géomérie des couches et des feuilles de renforcement horizontales. Dans les échantillons homogènes l'orientation des lignes à extension nulle dans le plan de cisaillement maximum dépendait de la porosité mais non pas de la déformation courante ou de l'anisotropie naturelle. L'anisotropie naturelle n'a pas affecté la relation existant entre la contrainte et la dilatance, de même que le changement de ses axes n'a pas affecté la coïncidence virtuelle des axes de vitesse de contrainte et de déformation. Mais les déformations de pré-rupture étaient largement influencées par l'anisotropie naturelle pour les deux porosités et la porosité la plus faible a donné une résistance d'anisotropie appréciable. Les échantillons feuilletés étaient plus faibles, selon de la géométrie des couches et les couches lâches ont supporté de grandes conrai-ntes pour un taux de contrainte maximum. Il n'est apparu aucune rupture mince mais à la rupture, les déformations étaient en totalité dans des couches lâches, quand celles-ci étaient orientées de telle fa¸on qu'une ligne d'extension nulle était parallèle à leur plan. Cette orientation différait notablement à partir de celle d'une obliquité de contrainte maximum. La relation contrainte-dilatance pour les échantillons homogènes a permis de prèvoir des taux de contrainte aussi bien dans les échantillons feuillétes que dans les échantillons renforcés. Le sable lâche se dilatait beaucoup plus dans une couche feuilletée que dans des échantillons homogènes.