A framework for unsaturated soil behaviour

Abstract

A framework is put forward which explains the shear behaviour of an unsaturated soil in terms of the total stresses and suctions acting within the soil. It is based on the critical state model for saturated soils, but incorporates the additional variables which are needed to formulate unsaturated soil behaviour. The effects of total stress and suction are considered separately, thereby avoiding the dangers of treating the two stress components as equivalent. The importance of the soil fabric is particularly emphasized, as in unsaturated soils the initial fabric is not destroyed by shearing to large strains. The contributions of total stress and suction to shear strength can be expressed as two individual stress ratios, both of which are heavily dependent on the degree of saturation. No unique void ratio condition holds for the critical state in unsaturated soils since the initial fabric is not destroyed by shear. However, a consistent set of laws can be defined, for a compacted soil, which represents possible states in which the soil can exist at ultimate conditions. L'article présente un cadre pour expliquer le comportement au cisaillement d'un sol non-saturé sous l'action de l'ensemble des contraintes et des succions agissant à l'intérieur du sol. Il est basé sur le modèle de l'état critique pour des sols saturés mais il inclut les variables supplémentaires qui sont nécessaires pour caracteriser le comportement des sols non-saturés. Les effets des contraintes et des succions sont considérés séparément pour éviter les risques encourus en traitant ces deux constituants de la déformation comme équivalents. On accentue l'importance de la structure du sol, car dans des sols non-saturés la structure initiale n'est pas détruite par le cisaillement jusqu'à des déformations élevées. Le rôle joué par l'ensemble des contraintes et des succions dans la résistance au cisaillement peut s'exprimer dans la forme de deux rapports séparés de contrainte qui dépendent beaucoup du degré de saturation. Il n'existe pas d' indice des vides unique pour l'etat critique dans des sols non-saturés, puisque la structure initiale n'est pas détruite par le cisaillement. Dans le cas d'un sol compact il est du reste possible de définir un groupe cohérent de lois représentant les états possible dans lesquels le sol peut exister à des conditions limites.