Shear strength anisotropy of natural London Clay

摘要

Cet article rapporte les résultats d'anisotropie de résistance au cisaillement de la London Clay (argile de Londres) du Terminal 5 de l'aéroport d'Heathrow, une argile naturelle hautement surconsolidée, tels qu'estimés par des essais complets r╚lisés avec un appareil à cylindre creux. Plusieurs échantillons de bloc de haute qualité, de 5,2 m et 10,5 m de profondeur, ont permis de prélever des spécimens pour une série d'essais à chemin de contrainte en cisaillement non drainés réalisés après consolidation à des états de contrainte effectifs similaires à ceux estimés in situ. La direction de l'axe de contrainte principale, α (ou de l'incrément en contrainte principale, α_(dσ)) et l'amplitude relative de la contrainte principale intermédiaire, liée au paramètre b = (σ_2 - σ_3)/(σ_1 - σ_3) ont été choisies comme variables contrôlées liées à la contrainte. L'étude examine leur influence sur la résistance au cisaillement maximale. Il a été montré que la résistance au cisaillement est fortement anisotrope et l'on a pu observer un effet potentiel du paramètre b. Avec b = 0,5, par exemple, on a pu noter un minimum du pic q/p′ pour α autour de 45-67° et la valeur maximale, supérieure de près de 40 %, est observée pour α = 0°. Un ensemble de données limité, réalisé sur des spécimens plus larges, suggèrent qu'une charge à α = 90° puisse également conduire à une résistance au cisaillement relativement faible. Le développement de la pression hydrique interstitielle avant fracture reflète l'anisotropie des caractéristiques de déformation pour des contraintes plus faibles et contribue à l'anisotropie de la résistance au cisaillement non drainé totale. En ce qui concerne l'influence de b, la ligne du critère de rupture de Mohr-Coulomb s'ajustant aux données pour b = 0 ou 1 a fourni une limite inférieure de toutes les données pour une valeur donnée de α.%The paper reports the shear strength anisotropy of the natural, highly overconsolidated, London Clay from Heathrow Terminal 5 as established by comprehensive hollow cylinder apparatus (HCA) testing. Multiple high-quality block samples from 5.2 m and 10.5 m below ground level provided samples for suites of undrained stress-path shear tests performed after consolidation to effective stress states similar to those estimated in situ. The direction of the major principal stress axis, α (or of the principal stress increment, α_(dσ)), and relative magnitude of the intermediate principal stress, b = (σ_2 - σ_3)/ (σ_1 - σ_3), were chosen as the controlled stress-related variables and their influence on the peak shear strength was investigated. Strong shear strength anisotropy was proven, and a potential effect of the parameter b was also detected. With b = 0.5, for example, a minimum was noted in peak q/p′ at around α = 45-67°, and the maximum value, which was larger by some 40%, developed at α = 0°. A limited set of data obtained with larger test specimens suggested a possibility that loading with α = 90° could also lead to relatively low shear strength. The pre-failure pore water pressure development reflected anisotropy of the deformation characteristics at smaller strains and contributed to the total-stress undrained shear strength anisotropy. Regarding the influence of b, the Mohr-Coulomb failure line passing through the data for b = 0 or 1 provided a lower bound of all the data for a given value of α. The investigation of anisotropy was extended to deeper horizons of the stratum through profiling tests involving triaxial extension and simple shear conditions. Although the results confirmed the general patterns of anisotropy observed at 5.2 and 10.5 m below ground level, the degree of anisotropy appeared to become stronger with depth.