The formulation of virgin compression of soils

Abstract

The Paper presents a generalized power formulation of specific volume as a function of stress which describes the virgin compression of a wide range of soils. In its simplest form this reduces to Butter-field's natural compression law. Natural soils exhibiting brittle behaviour, such as cemented or leached clays, can also be formulated in terms of the generalized power relationship, in which applied vertical effective stress is reduced by an amount reflecting the degree of bonding or leaching. At large stress, the soil becomes destructured, and response converges to that of a non-brittle soil. The generalized formulation allows a distinction between the effects of brittle and non-brittle components of structure. It is indicated that non-brittle structure may exist in some clays and that cemented Canadian clays possess pronounced brittle and non-brittle properties. Parameters of the generalized power relationship describing intrinsic and non-brittle behaviour are correlated with liquid limit water content. It appears that a unique family of curves exists in volume versus stress space, for both remoulded and natural, non-brittle soils. The correlations support earlier observations that at the liquid limit, remoulded clays in a normally consolidated state of one-dimensional compression experience a major principal effective stress of 6-3 kPa. The virgin compression of granular soils, peats and Mexico City clay is considered. L'article présente une formulation généralisée de puissance de volume pour décrire la compression vierge d'une large gamme de sols. Des sols naturels de comportement cassant, par exemple, des argiles cimentées ou lessivées peuvent se représenter sous l'aspect de la relation généralisée de puissance dans laquelle la contrainte verticale effective appliquée est réduite par une valeur qui exprime le degré de liaison ou de lessivage. Avec des contraintes élevées le sol commence à perdre sa structure et la réponse se rapproche de celle d'un sol non-cassant. La formulation généralisée permet une differentiation entre les effets des composantes cassantes et non-cassantes de la structure. L'article indique qu'une structure non-cassante peut exister dans de certaines argiles et aussi que les argiles cimentées canadiennes possèdent en même temps des propriétés cassantes et non-cassantes. Ces paramètres de la relation généralisée de puissance qui décrivent les comportements intrinsèque et non-cassant sont fonctionale à la teneur en eau à la limite de liquidité. Il apparaît qu'une famille unique de courbes existe dans l'espace volume/contrainte tant pour les sols remariés que pour les sols naturels non-cassants. A la limite de liquidité les argiles remain-lées dans un état normalement consolidé de compression unidimensionnelle subissent une contrainte principale effective de 6\3 kPa. Ce fait est utilisé pour mettre les paramètres de la formulation de la compression de puissance en rapport avec la limite de liquidité. L'article discute aussi la compression vierge des sols granulaires, des tourbes et de l'argile de la ville de Mexico.