Volume Changes in Drained Taixial Tests on Granular Materials

Abstract

Synopsis Starting from the basis that the direction of sliding of one particle relative to another is, in general, inclined at an angle to the direction of the applied shear stress, a theory is developed to account for the difference between peak and residual stresses in terms of the volume expansion of the mass during shear. A reason is given to explain why the theory based on energy considerations cannot fully account for this difference. It is also suggested that the observed differences between the angle of sliding friction øμ (= tan−1μ) and the angle of internal friction øf are explainable in terms of the mode of failure which is itself a function of øμ. The analysis is extended to cover both direct and triaxial shear tests. Experimental results obtained from triaxial tests on samples of lead shot are presented and the pro-posed theory appears to fit these results, after several modifications have been made to them, better than the theory based on energy considerations. Tests on a set of samples lubricated with graphite are a novel feature of the experimental programme, and the results from these tests coupled with the results obtained from sliding friction tests are shown to be in general agreement with the proposed theory. Partant du fait que la direction de glissement d'une particule par rapport à une autre est, en général, inclinée a un angle en direction de l'effort de cisaillement appliqué, une théorie est developpée pour expliquer la difference entre l'effort maximum et l'effort constant en termes du volume d'expan-sion de la masse pendant le cisaillement. On donne une raison pour indiquer pourquoi la theorie basee sur des considerations d'energie ne peut pas expliquer complétement la différence. I1 est également suggéré que les différences observees entre l'angle de friction de glissement øμ(= tan−1μ) et l'angle de friction interne øf sont explicables en termes du mode de rupture, qui lui- même est fonction de øμ L'analyse est étendue pour couvrir tant les essais directs que les essais & trois axes de cisaillement. Les résultats expérimentaux obtenus par des essais a trois axes sur des echantillons de grenaille de plomb sont présentés et la théorie proposée prouve qu'elle s'accorde avec ces résultats, après y avoir apporte plusiers modifications, bien mieux que la theorie basée sur des considerations d'energie. Des expériences sur un jeu d'échantillons lubrifiés au graphite sont une nouveauté du programme expérimental et les résultats de ces expériences, ajoutes à ceux obtenus des experiences de friction de glissement, sont, dans l'ensemble, d'accord avec la theorie proposée.