Laboratory characterization of the stress-strain behavior of varved silty clay specimens from the Barlow-Ojibway deposit

ABSTRACT: A geotechnical laboratory testing program was conducted on varved silty clay specimens from the Barlow-Ojibway deposit. The specimens were sampled at a tailings storage facility (TSF) site located in the Abitibi region. The TSF dams and raises were partly built over a glacio-lacustrine clayey deposit, and the laboratory testing program was oriented to define the stress-strain behaviour of the clayey deposit with a focus on its potential for strain weakening for various overconsolidation ratios (OCR). The laboratory results presented in this paper are from overconsolidated (OC) and normally consolidated (NC) silty clay samples collected at the toe of the peripheral dam and underneath the TSF using the Laval sampler and a thin-wall sampler (Shelby tube). In addition to the index tests, Consolidated Isotropically and automated K0-Consolidated Undrained Shear tests in triaxial compression (CIUc and CK0UC), constant volume monotonic Direct Simple Shear tests (DSS), Cyclic Direct Simple Shear (CDSS) and Incremental Loading consolidation tests were performed. Quality of specimens sampled was evaluated and range from very poor to excellent. Sample selection for shear tests was based on sample location with regards to the TSF and sample quality. DSS, CIUc and CK0UC allowed a comparison of the stress-strain behavior for two different shear modes: triaxial compression and simple shear. Generally, the peak undrained shear strength of both normally and overconsolidated specimens was observed between 3 to 8% shear strain in DSS, between 3 to 6% axial strain in CIUc and around 1% axial strain in CK0UC. Heavily OC clay specimens tested in DSS tests didn't exhibit strain weakening. However, strain weakening occurred in lightly OC and NC clayey specimens in DSS. All triaxial tests on high quality samples showed strain weakening for both NC and OC specimens. CDSS test results and the Cyclic Resistance Ratio for different OCR are also presented in this study.

RÉSUMÉ: Un programme d’essai de laboratoire a été réalisé sur des échantillons d’argile silteuse varvée du dépôt Barlow-Ojibway. Les échantillons ont été prélevés dans un parc à résidus (PÀR) situé en Abitibi. Les digues du PÀR et leurs rehaussements ont été partiellement construits sur un dépôt glacio-lacustre argileux. Le programme de laboratoire a été développé pour définir le comportement en contrainte-déformation de ce dépôt argileux en mettant l’accent sur son potentiel de ramollissement pour différents ratios de surconsolidation (OCR). Les résultats des essais de laboratoire présentés dans cet article proviennent d’échantillons d’argile silteuse surconsolidée (OC) et normalement consolidée (NC) prélevés au pied de la digue périphérique et sous le PÀR à l’aide de l’échantillonneur Laval et de tubes à paroi mince (Shelby). En plus des essais de base, des essais de cisaillement non-drainé en cellule triaxiale avec consolidation isotrope ou K0 (CIUc et CK0Uc), en cisaillement simple direct (DSS), en cisaillement simple direct cyclique (CDSS) et des essais de consolidation œdométrique ont été réalisés. La qualité des échantillons prélevés a été évaluée et varie de très pauvre à excellente. Les échantillons ont été sélectionnés en fonction de leur qualité et leur localisation dans le PÀR. Les essais DSS, CIUc et CK0Uc ont permis de comparer le comportement en contrainte-déformation de deux modes de cisaillement distincts : la compression triaxiale et le cisaillement simple. Généralement, le pic de la résistance au cisaillement non-drainé des échantillons NC et OC a été observé entre 3 à 8% de déformation en DSS, entre 3 et 6% de déformation axiale en CIUc et environ 1% de déformation axiale en CK0Uc. Les échantillons fortement OC ne montraient pas de ramollissement. Cependant, le ramollissement s’est produit pour les échantillons faiblement OC et NC en DSS. Tous les essais de compression triaxiale sur des échantillons argileux de haute qualité ont présenté du ramollissement, tant pour les échantillons NC que OC. Les résultats d’essais CDSS et le ratio de résistance cyclique (CRR) pour différents OCR sont également présentés dans cette étude.