Consolidation of Compacted and Unsaturated Clays

Abstract

Synopsis A review is made of published evidence on the physical properties of unsaturated and compacted clays with the object of recognising the more important factors affecting the consolidation process in such soils. An attempt is then made to formulate and solve a set of general equations to describe the consolidation process. Because of the complexity of these equations it is found desirable to sub-divide the process into a number of less general treatments, each being relevant to a particular range of saturation values. The treatments include the effects of decreasing permeability and a compressible pore fluid, and the resulting non-linear partial differential equations are solved by finite difference approximations on a digital computer. The computed results exhibit the two important characteristics found in consolidation tests on unsaturated clay, viz. a continuously curved settlement/root-time plot and a mid-plane pore pressure dissipation plot which is flatter than the theoretical Terzaghi plot. As a result of this preliminary investigation it is tentatively concluded that a major cause of this difference between Terzaghi theory and the observed behaviour of compacted clay, in the region of or wetter than optimum, is the marked decrease in permeability that occurs during the consolidation process, the effect of the compressibility of the pore fluid being of secondary importance. On passe en revue les renseignements publiés sur les propriétés physiques des argiles non saturées et compactées afin de reconnaître les facteurs importants affectant le procédé de consolidation dans de tels sols. Puis on essaye d'exprimer et de résoudre un groupe d'équations générales pour décrire le procédé de consolidation. A cause de la complexité de ces équations il est utile de subdiviser le procédé en un certain nombre de traitements moins généraux, chacun concernant une série particulière de valeurs de saturation. Les traitements comprennent le décroissement de la perméabilité ainsi qu'un fluide interstitiel compressible, et les équations différentielles partielles non-linéaires en résultant sont résolues sur une calculatrice digitale par des approximations de différence déterminées. Les résultats computés font ressortir les deux caractéristiques importantes découvertes dans les essais de consolidation sur de l'argile non saturée, à savoir un tracé graphique en courbe continue du tassement et de la racine de la durée, et un tracé graphique de la dissipation de la pression interstitielle en plan moyen qui est plus plat que le tracé théorique de Terzaghi. A la suite de cette enquête préliminaire on conclut à titre d'essai qu'une cause principale de cette différence entre la théorie Terzaghi et le comportement observé de l'argile compactée, dans le voisinage de l'optimum ou plus humide, est le décroissement marqué en perméabilité qui se produit pendant le procédé de consolidation, l'effet de la compressibilité du fluide interstitiel étant d'une importance secondaire.