Undrained Triaxial Tests on Saturated Sands and Their Significance in the General Theory of Shear Strength

Abstract

Synopsis In this Article the results of a series of undrained triaxial-compression tests on saturated sand are presented. These indicate: that, under appropriate conditions, a frictional soil having no true cohesion and a dilatant * structure will exhibit zero angle of shearing resistance and will have the shear characteristics of a purely cohesive material with reference to total stresses; that, if a certain value of negative pore-water pressure is reached during shear, these conditions cease to be fulfilled and an apparent angle of shearing resistance is measured. The factors controlling the changes in pore-water pressure during the application of an all-round pressure are analysed in terms of the relative compressibilities of the soil structure, the pore water, and the soil grains; and of the areas of contact between the soil grains. The analysis leads to the conclusion that the angle of shearing resistance in undrained tests (Φu) in saturated soils should have values which are too small to be observed experimentally. This includes soils having a dilatant structure, although, where this is combined with very low compressibility, the angle Φu becomes appreciable. Initial deviations from full saturation too small to be determined by direct measurement are shown to alter the order of magnitude of the apparent compressibility of the liquid phase to an extent which can cause large angles of undrained shearing resistance to be measured. Deviations from full saturation of a different character occur even in initially fully saturated samples if the pore-water pressure during shear reaches large negative values, owing to the formation of small bubbles of water vapour and air freed from solution. The resulting angle of shearing resistance is estimated theoretically, and is compared with the values measured in the tests on sand, and with certain other tests on silt. Dans cet article, on expose les résultats d'une drie d'essais de compression triaxiale sans drainage sur du sable sature. Ces essais montrent que: sous des conditions appropriées, un sol a frottement n'ayant aucune cohésion vraie et étant d'une structure dilatable * présentera un angle de résistance au cisaillement égal à zéro et aura les caractéristiques de cisaillement d'une matiére véritablement cohésive relativement aux contraintes totales; si en tours de cisaillement on obtient une certaine valeur de pression negative de l'eau intersticielle, les conditions cidessus cessent d'être remplies et on peut mesurer un angle apparent de resistance au cisaillement. Les facteurs influant sur les changements dans la pression de l'eau intersticielle, lorsqu'on applique la pression dans toutes les directions, sont exprimes en se référant aux compressibilités relatives de la structure du sol, de l'eau intersticielle. et des grains du sol; et aux surfaces de contact entre les grains du sol. Cette analyse aboutit à la conclusion suivante: l'angle (Φu) de résistance au cisaillement dans les essais sans drainage sur des sols satures doit avoir des valeurs trop petites pour pouvoir être observé expérimentallement. Ceci comprend les sols ayant une structure dilatable, quoique, lorsque ceci est combiné avec une très faible compressibilité, l'angle Φu devient appréciable. On peut se rendre compte que des déviations initiales en ce qui concerne la saturation complète, déviations trop faibles pour pouvoir être déterminés ar mesure directe, altèrent l'ordre de grandeur de P a compressibilité apparente de la phase liquide, dans une proportion telle que cela peut provoquer la mesure de grands angles de résistance au cisaillement sans drainage. Des déviations de la saturation complète, d'un caractère différent. peuvent se produire même dans des échantillons pleinement saturés au début de l'essai si la pression de l'eau intersticielle pendant le cisaillement atteint de fortes valeurs négatives, en raison de la formation de petites bulles de vapeur d'eau et d'air libérées de solution. On estime théoriquement l'angle de résistance au cisaillement qui en résulte, et on le compare avec les valeurs mesurées lors des essais sur sable, et avec certains autres essais sur limon.