Shear strength characteristics of an unsaturated expansive clay

摘要

The shear strength characteristics of an expansive clay from China were studied by performing suction-controlled direct shear tests on both natural and compacted specimens. The tested soil was a silty clay with intermediate plasticity and medium expansion potential. A modified direct shear apparatus with a newly developed water volume indicator was used for this laboratory study. The experimental results clearly show that the dilatancy of the expansive clay increases with an increase in the applied suction for both the natural and compacted specimens. Matric suction contributes to the shear strength of the expansive clay via two different mechanisms: the contribution of capillary force to interparticle normal stress, and the effect of suction on soil dilatancy. As a result of the second mechanism, the contribution of suction to peak shear strength for the clay is more significant than that to post-failure shear strength, particularly at a high suction range. The contribution of suction to post-failure shear strength for the natural specimen is basically consistent with that for the compacted specimen. The higher peak shear strength and dilatancy for the natural specimen are related to the cementation effect of the iron and manganese oxides. The contribution of suction to shear strength for the compacted expansive clay is more significant than that for a compacted kaolin at suctions less than 100 kPa.Key words: expansive clay, matric suction, shear strength, dilatancy, direct shear test, water content.On a étudié les caractéristiques d'une argile gonflante de Chine en réalisant des essais de cisaillement direct avec succion contrôlée sur des spécimens tant naturels que compactés. Le sol était une argile limoneuse avec une plasticité intermédiaire et un potentiel de gonflement moyen. Pour cette étude en laboratoire, on a utilisé un appareil de cisaillement direct modifié avec un indicateur de volume d'eau nouvellement développé. Les résultats expérimentaux montrent clairement que la dilatance de l'argile gonflante s'accroît avec la succion appliquée aux spécimens tant naturels que compactés. La succion matricielle contribue à la résistance au cisaillement de l'argile gonflante par le biais de deux mécanismes différents : un étant la contribution de la force capillaire sur la contrainte normale interparticule, l'autre étant l'effet de la succion sur la dilatance du sol. Comme résultat du second mécanisme, la contribution de la succion à la résistance au cisaillement de pic de l'argile est plus significative que celle à la résistance au cisaillement après rupture, particulièrement dans la plage des fortes succions. La contribution de la succion à la résistance au cisaillement après rupture pour le spécimen naturel est fondamentalement consistant avec celle pour le spécimen compacté. La résistance au cisaillement et la dilatance plus élevées pour le spécimen naturel est en relation avec l'effet de cimentation des oxydes de fer et de manganèse. La contribution de la succion à la résistance au cisaillement pour l'argile gonflante compactée est plus significative que celle d'une kaolinite compactée à des succions inférieures à 100 kPa.Mots clés : argile gonflante, succion matricielle, résistance au cisaillement, dilatance, essai de cisaillement direct, teneur en eau.[Traduit par la Rédaction]