Local Strains and Pore Pressures in a Normally Consolidated Clay Layer During One-Dimensional Consolidation

Abstract

Synopsis The Paper describes a new apparatus for carrying out one-dimensional consolidation tests and model footing tests on clay. The apparatus makes possible the measurement of local deformations and pore pressures within the clay bed by means of X-ray techniques and special miniature pore pressure probes respectively. Tests are described for checking the magnitude of wall friction and the uniformity of deformations within the clay bed during one-dimensional consolidation from a slurry. It is demonstrated that when the soil is loaded by a rigid piston, as in a conventional oedometer, the deformations under stresses in excess of about 5 lb/sq. in. are very uniform. However, when the stress is applied hydraulically through a flexible membrane the strains, although fairly uniform in the central region of the specimen, exhibit appreciable non-uniformities near the walls. Radiographic measurements of strain made during one-dimensional consolidation of normally consolidated kaolin have been used to deduce the distribution of pore pressure with depth at various times. These deduced pore pressures are found to agree well with direct measurements made simultaneously with miniature pore pressure probes. For the particular conditions of test the overall time–settlement behaviour of the kaolin conforms closely to that of ideal normally consolidated clay without creep. A detailed comparison between theory and experiment shows that, for these ideal conditions, the classical Terzaghi theory gives satisfactory predictions of the distribution of pore pressure and strain with time for a pressure increment ratio of less than 0·5. However, for pressure increment ratios of 1·0 or more the new theories of Davis and Raymond (1965) and Gibson et al. (1967) are more accurate than the Terzaghi theory. Cet Exposé décrit un nouvel appareil pour l'exécution d'essais de consolidation à une dimension et d'essais d'empattement avec maquette sur l'argile. L'appareil permet de mesurer les dèformations locales et les pressions interstitielles à l'intérieur de la couche d'argile au moyen respectivement des techniques à Rayons X et des sondes miniatures spèciales pour la pression interstitielle. On décrit des essais pour la vérification de la grandeur du frottement centre les murs et l'uniformité des déformations à l'intérieur de la couche d'argile au tours de la consolidation à une dimension à partir d'un talissant. On démontre que lorsque le sol est soumis à la pression d'un piston rigide, comme c'est le cas pour un œdomètre conventionnel, les déformations résultant de contraintes supérieures à environ 0,35 kg/cm2 sont très uniformes. Cependant lorsque la contrainte est appliquée hydrauliquement au moyen d'une membrane flexible les déformations, quoiqu'assez uniformes dans la zone centrale de l'échantillon, présentent des effets non-uniformes appréciables près des murs. On a utilisé des mesures radiographiques des déformations effectuées au tours de la consolidation à une dimension d'un kaolin normalement consolidé pour en déduire la répartition de la pression interstitielle selon la profondeur à différents moments. Il a été constaté que ces pressions interstitielles obtenues par déduction correspondent bien aux mesures directes effectuées simultanément avec des sondes miniatures de la pression interstitielle. Pour les conditions particulières de l'essai, le comportement d'ensemble par rapport au temps et au tassement du kaolin est conforme d'une façon très proche à celui de l'argile normalement consolidé idéal sans fluage. Une comparaison détaillée entre la théorie et la pratique fait apparaître que, dans le cas de ces conditions idéales, la théorie classique de Terzaghi fournit des prévisions satisfaisantes de la répartition des pressions interstitielles et des déformations par rapport au temps pour un taux d'accroissement de pression inférieur à 0,5. Cependant dans le cas de taux d'accroissement de pression de 1,0 ou plus, les nouvelles théories de Davis et Raymond (1965) et de Gibson et autres (1967) sont plus précises que la théorie de Terzaghi.