Numerical Investigation of Stress and Strain Nonuniformities in Direct Simple Shear Sample and Its Effects on Overall Stress-Strain Behaviour

ABSTRACT: The stress state in many geotechnical problems is similar to the simple shear conditions. While direct shear and triaxial tests are commonly performed for practical engineering and research activities, the direct simple shear (DSS) test facilities are available in some advanced laboratories. One of the limitations of the DSS test is that only the vertical normal and horizontal shear stresses are measured in most cases. The unknown shear stress on the vertical boundary makes the interpretation of the test results difficult. In addition, stress and strain nonuniformities might occur in the sample. In the present study, three-dimensional finite element (FE) modelling of stacked-ring type DSS samples is performed for different soil conditions to investigate the possible nonuniformities and their effects on the interpreted strength parameters. The FE simulated results are compared with the laboratory test results on sand. The applicability and limitations of DSS tests are highlighted.

RÉSUMÉ: L'état de contrainte dans de nombreux problèmes géotechniques est similaire aux conditions de cisaillement simples. Alors que les tests de cisaillement direct et triaxiaux sont couramment effectués pour les activités pratiques d'ingénierie et de recherche, les installations de test de cisaillement simple direct (DSS) sont disponibles dans certains laboratoires avancés. L'une des limites du test DSS est que seules les contraintes de cisaillement normales verticales et horizontales sont mesurées dans la plupart des cas. La contrainte de cisaillement inconnue sur la limite verticale rend difficile l'interprétation des résultats des essais. De plus, des non-uniformités de contrainte et de déformation peuvent se produire dans l'échantillon. Dans la présente étude, une modélisation tridimensionnelle par éléments finis (EF) d'un échantillon DSS de type anneau empilé est réalisée pour différentes conditions de sol afin d'étudier les non-uniformités possibles et leurs effets sur les paramètres de résistance interprétés. Les résultats simulés par EF sont comparés aux résultats des essais en laboratoire sur sable. L'applicabilité et les limites des tests DSS sont mises en évidence.