A capillary-based model for predicting the shear strength of unsaturated soils

Marc Lebeau, Jean-Marie Konrad

In the proceedings of: GeoMontréal 2013: 66th Canadian Geotechnical Conference; 11th joint with IAH-CNC

Session: Soil and Rock Mechanics III

ABSTRACT: A number of investigations have shown that the shear strength of unsaturated soils can be defined in terms of effective stress. The difficulty in this approach lies in quantifying the effective stress parameter, or Bishop™s parameter. Although often set equal to the degree of saturation, it has recently been suggested that the effective stress parameter should be related to soil microstructure, and more specifically, to the amount of water held by capillary forces. A problematic element in this approach resides in differentiating the capillary water from that held by adsorptive forces. To address this difficulty, the paper uses theoretical considerations and experimental observations to partition the water retention function into capillary and adsorptive components. Given that the adsorbed water should not contribute to effective stress, the effective stress parameter is solely related to the capillary component of water retention. In sample calculations, this alternative effective stress parameter provided very good agreement with experimental data of shear strength for a variety of soil types.

RÉSUMÉ: Un certain nombre d'études ont démontré que la résistance au cisaillement des sols non saturés peut être définie en termes de contrainte effective. La difficulté d™une telle approche réside dans la définition du paramètre de contrainte effective, ou paramètre de Bishop. Bien que souvent considéré égal au degré de saturation, il a récemment été suggéré que ce paramètre devrait être lié à la microstructure du sol, et plus précisément, à la quantité d'eau retenue par les forces capillaires. Il s™avère malheureusement difficile de différencier l™eau capillaire du reste de l™eau interstitielle. Cet article propose de remédier à cette difficulté en utilisant des considérations théoriques et des observations expérimentales pour séparer la fonction de rétention d™eau en composantes capillaire et d™adsorption. Puisque l™eau adsorbée ne devrait pas contribuer à la contrainte effective, le paramètre de contrainte effective est uniquement lié à la composante capillaire de la fonction de rétention d™eau. Les résultats de calculs types démontrent que cette approche procure une bonne concordance avec les données expérimentales de résistance au cisaillement pour divers types de sols.

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Cite this article:
Marc Lebeau; Jean-Marie Konrad (2013) A capillary-based model for predicting the shear strength of unsaturated soils in GEO2013. Ottawa, Ontario: Canadian Geotechnical Society.

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