The Determination of Stress Fields During Plane of a Sand Mass

Abstract

Synopsis A method is described of determining the stress distribution throughout the soil at any stage prior to failure in a model earth-pressure test under conditions of plane strain. The strains throughout the soil mass are first determined by the X-ray technique described by Roscoe, Arthur and James (1963) and the stresses are then calculated on a digital computer from a stress–strain relationship for the soil which has been determined from the results of tests in the simple shear apparatus. The method takes account of the fact that the soil is a dilatant medium. The stress field is determined by integration from an unloaded portion of the boundary surface of the soil mass and from this field the stress distribution on a loaded portion of the boundary may be calculated and compared with observed values. The application of the method is illustrated by data obtained from tests on Leighton Buzzard sand but may be extended for use with other types of soil and granular media. The problem of the extension of the model test data to the full-scale prototype is also considered, and a method is suggested for determining a conservative estimate and an upper bound value for the collapse load of the prototype structure. La méthode décrite permet de déterminer la distribution de tension dans tout le sol à tout moment précédent la rupture dans un essai modèle de pression du sol dans des conditions de déformations planes. Les déformations dans toute la masse du sol ont d'abord été déterminées par la technique des rayons X décrite par Roscoe, Arthur et James (1963). et les tensions sont calculées sur une machine mécanographique d'après une relation tension-déformation du sol qui a été déterminée d'après les résultats des essais avec l'appareil de cisaillement simple. La méthode tient compte du fait que le sol est un milieu se dilatant. Le champ de tension est déterminé par intégration à partir d'une partie non chargée de la surface limitrophe de la masse du sol et d'après ce champ la distribution de tension sur une partie chargée de la limite peut être calculée et comparée aux valeurs observées. L'application de la méthode est illustrée par les chiffres obtenus d'après des essais sur du sable de Leighton Buzzard, mais on peut étendre son emploi à d'autres types de sol et de milieux granuleux. Le problème de l'extension au prototype de grandeur naturelle des données obtenues avec l'essai de modèle est étudié aussi, et une méthode est suggérée pour arriver à une évaluation prudente ainsi qu'à une valeur maximum pour la charge d'affaissement de la structure prototype.