The behaviour of normally consolidated clay as observed in undrained direct shear tests

Abstract

The direct shear test as conventionally used for measuring the strength parameters of soil for use in classical stability analyses has the major disadvantage that the stress conditions in the specimen during the test are not known. The shear stress and normal stress acting on the central (horizontal) plane of the specimen are deduced from the observations made on the boundary; the values measured at failure are assumed to lie on the Mohr-Coulomb failure envelope from which the strength parameters are derived. Two special types of apparatus that apply simple shear allow measurements to be made from which the complete stress system (assumed to be uniform) within the specimen can be deduced. The effective stress paths obtained in shear tests on two normally consolidated clays reveal complex patterns of behaviour. In particular, they show that the conventional interpretation of the direct shear test is wrong; the stress point associated with the horizontal plane at failure does not lie on the failure envelope and the maximum shear stress is not the same as the undrained shear strength. L'essai de cisaillement direct employé traditionnellement pour mesurer les paramètres de résistance du sol pour les analyses classiques de stabilité a un grave défaut: les conditions de contrainte dans l'échantillon au cours de l'essai ne sont pas connues. La contrainte de cisaillement et la contrainte normale agissant sur le plan central (horizontal) de l'échantillon sont déduites des observations effectuées à la limite et on admet que les valeurs mesurées lors de la rupture sont situées sur l'enveloppe de rupture Mohr-Coulomb, à partir de laquelle les paramètres de résistance sont calculés. Deux appareils spéciaux, qui appliquent le cisaillement simple, permettent des mesures à partir desquelles on peut déduire le système entier supposé uniforme des contraintes dans l'échantillon. Les chemins de contraintes effectives obtenus dans deux essais de cisaillement sur deux argiles normalement consolidées montrent un comportement complexe et plus particulièrement ils indiquent que l'interprétation traditionnelle de l'essai de cisaillement direct est erronée: le point de contrainte associé avec le plan horizontal lors de la rupture n'est pas situé sur l'enveloppe de rupture et la contrainte de cisaillement maximale n'est pas identique à la résistance à la rupture au cisaillement dans l'état non-drainé.