A unified failure criterion for saturated clayey soils under tension and compression

Penghai Yin, Sai K. Vanapalli

In the proceedings of: GeoOttawa 2017: 70th Canadian Geotechnical Conference; 12th joint with IAH-CNC

Session: Theoretical Soil Mechanics

ABSTRACT: Cracks are widely present in several soil structures, such as the dams, slopes, embankments, retaining walls, foundations, pavements and landfill covers due to the influence of environmental factors or mechanical loading. Engineering properties of clayey soils such as the shear strength, volume change and the flow behavior are significantly influenced by soil cracking, which contributes to the gradual deterioration of the integrity of the soil mass. For this reason, the influence of cracks should be considered in the rational design of geotechnical structures. Mohr-Coulomb failure criterion is widely used by the researchers and practitioners for interpreting the shear failure behavior of soil structures under compression. However, this criterion has limitations for interpreting failure conditions that arise for clayey soils in the low range of confining pressures and tension states. There is evidence in the literature with respect to the limitations extending Mohr-Coulomb criterion for interpreting the shallow failure of soil slopes, the failure of the earth dam core and landfill covers due to tensile cracking. In this paper, a unified failure criterion is proposed that can be extended for a wide range of confining pressures (i.e. both tension and compression) to which saturated clayey soils are subjected. Good comparisons were observed between the results of the proposed model and measured data from the literature supporting the validity of the proposed model.

RÉSUMÉ: Les fissures sont largement présentes dans plusieurs structures du sol, comme les barrages, les pentes, les remblais, les murs de soutènement, les fondations, les trottoirs et les couvercles d'enfouissement en raison de l'influence des facteurs environnementaux ou du chargement mécanique. Les propriétés d'ingénierie des sols argileux tels que la résistance au cisaillement, le changement de volume et le comportement de l'écoulement sont fortement influencés par le craquage du sol, ce qui contribue à la dégradation progressive de l'intégrité de la masse du sol. Pour cette raison, l'influence des fissures devrait être considérée dans la conception rationnelle des structures géotechniques. Le critère d'échec de Mohr-Coulomb est largement utilisé par les chercheurs et les praticiens pour interpréter le comportement de défaillance du cisaillement des structures du sol sous compression. Cependant, ce critère a des limites pour interpréter les conditions de défaillance qui surviennent pour les sols argileux dans la faible gamme de pressions de confinement et d'états de tension. Il existe des preuves dans la littérature en ce qui concerne les limites qui étendent le critère de Mohr-Coulomb pour interpréter l'échec peu profond des pentes du sol, l'échec du noyau du barrage de la Terre et des couvertures d'enfouissement en raison du craquage de la traction. Dans cet article, on propose un critère de défaillance unifié qui peut être étendu pour une large gamme de pressions de confinement (c'est-à-dire à la fois la tension et la compression) auxquelles sont soumis des sols argileux saturés. De bonnes comparaisons ont été observées entre les résultats du modèle proposé et les données mesurées de la littérature soutenant la validité du modèle proposé.

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