A study of critical state on an unsaturated silty soil

Abstract

Critical state models for unsaturated soils have been proposed in recent years; however, the proposed models have been based on limited experimental data. Compacted specimens have generally been used for research, and the complications of soil fabric resulting from the compaction procedures have brought difficulties into the interpretation of fundamental soil behavior. There is a need to undertake further laboratory research studies on unsaturated soils, particularly to obtain a fundamental understanding of the shear strength and critical state of unsaturated soils by testing soil specimens with simple soil structures. Suction-controlled triaxial drained shear tests on an unsaturated silt were carried out as part of this research program. Specimens were prepared by gradually consolidating the initially slurried soil. The resulting specimens had a relatively simple soil fabric and stress history. The results showed that applying suction to an initially saturated specimen has a similar influence on the stress-strain behavior and critical state characteristics as does increasing its density by applying a higher confining pressure. The critical state lines for the unsaturated soil corresponding to different soil suctions are parallel to those for the saturated soil on the (q : p′ ′ ), (v : p′ ′ ), and (v w : p′ ′ ) planes.Résumé : Des modèles d'état critique ont été proposés au cours des récentes années; cependant, les modèles proposés ont été basés sur des données expérimentales limitées. Des spécimens compactés ont généralement été utilisés pour la recherche, et la complexité de la fabrique du sol résultant des procédures de compactage ont présenté des difficultés dans l'interprétation du comportement fondamental du sol. Il est nécessaire d'entreprendre d'autres recherches en laboratoire sur des sols non saturés, particulièrement pour acquérir une compréhension fondamentale de la résistance au cisaillement et de l'état critique des sols non saturés en faisant des essais sur des spécimens de sols ayant des structures simples. Des essais de cisaillement triaxial drainé avec succion contrôlée sur un silt non saturé ont été réalisés dans le cadre de ce programme de recherche. Les spécimens ont été préparés en consolidant graduellement le sol initialement sous forme de boue. Les spécimens de sol qui en résultent ont une fabrique et une histoire des contraintes relativement simples. Les résultats montrent que l'application d'une succion à un spécimen de sol initialement saturé a une influence sur le comportement contrainte-déformation et sur les caractéristiques de l'état critique semblable à l'accroissement de sa densité par l'application d'une pression de confinement plus élevée. Les lignes d'état critique pour le sol non saturé correspondant à différentes succions sont parallèles à celles du sol saturé sur les plans (q : p′ ′ ), (v : p′ ′ ), et (v w : p′ ′ ).Mots clés : état critique, résistance au cisaillement, sols non saturés, changement de volume, essais triaxiaux.[Traduit par la Rédaction] Wang et al. 218

Quantifying the effect of matric suction on the compressive properties of two agricultural soils using an osmotic oedometer

“…The compression index of a second group of soils increased with matric suction. This was reported for loess soil (Adams and Wulfsohn, 1998;Kogho et al, 2001;Wang et al, 2002;Futai and Almeida, 2005) and for sandy soils (Futai and Almeida, 2005). Our results tend to agree with the second group.…”

Influence of soil water on stress–strain behaviour of a compacting soil in semi-arid Kenya

“…Samples bulged at failure and shear faulting was observed showing transition from brittle failure to ductile flow. Similar findings have been reported by among others and Wang et al (2001) while working on soybean and silt soils of high sand content, respectively. The predictive Eq.…”

Stress–Force–Fabric Relationship for Unsaturated Granular Materials in Pendular States

“…Increasing in water content, the state of unsaturated granular materials has been categorized into the pendular state, the funicular state, and the capillary state (or insular state) as the liquid phase changing from isolated water bridges to liquid clusters (Bear 1972;Iveson et al 2001;Mitarai and Nori 2006;Newitt and Conway-Jones 1958). Experimental tests have been carried out extensively to investigate the capillary strengthening effect (Fall et al 2014;Kim and Sture 2008;Lu et al 2007;Öberg and Sällfors 1997;Pierrat and Caram 1997;Wang et al 2002), water retention characteristics of unsaturated granular materials (Fredlund and Xing 1994;van Genuchten 1980;Yang et al 2004), and thus to develop models characterising mechanical behaviours of unsaturated granular materials (Alonso et al 1990;Bishop and Blight 1963;Fredlund et al 1978).…”