Calibration of the Creep-SCLAY1S Constitutive Model Parameters for Champlain Sea Clay in Quebec

RÉSUMÉ: La structure de l'argile de la mer de Champlain la rend extrêmement sensible aux contraintes qui peuvent détruire les liaisons entre les particules du sol. Ce comportement du sol peut avoir des effets importants sur la conception des fondations, mais il ne peut pas être facilement saisi à l'aide d'un modèle d'éléments finis standard tel que Mohr-Coulomb. Le modèle constitutif PLAXIS Creep-SClay1S a été développé pour simuler le comportement anisotrope dépendant du taux des sols structurés mous, y compris le fluage. Ce modèle constitutif est jugé approprié pour l'analyse de l'argile de la mer de Champlain en raison de sa capacité à simuler le processus de liaison et de déstructuration des argiles naturelles. Le modèle Creep-SClay1S a été appliqué pour prédire le tassement dû à la construction d'un remblai au-dessus de l'argile de mer Champlain à un site dans la région de la Montérégie au Québec. Les paramètres de conception requis pour les modèles Creep-SClay1S ont été calibrés par rapport aux tests de laboratoire et aux mesures de test sur le terrain à l'aide du module PLAXIS ‘Soil Test’. Les sorties du module PLAXIS ‘Soil Test’ (stress déviatorique vs déformation axiale, PWP vs déformation axiale) ont pu reproduire les chemins de contrainte des tests triaxiaux CIUC avec une certaine fiabilité. L'étalonnage a montré que l'historique des dépôts d'argile marine de Champlain doit être pris en compte dans la modélisation PLAXIS. Un résumé des paramètres d'entrée calibrés pour le modèle Creep-SClay1S est présenté ici. Une comparaison de la prédiction de tassement en utilisant la théorie conventionnelle de tassement pour la construction de remblais au tassement prévu en utilisant Mohr-Coulomb et le modèle Creep-SClay1S a été entreprise. Les résultats indiquent que les tassements prédits par la théorie des tassements conventionnels et Mohr-Coulomb peuvent sous-estimer considérablement l'ampleur des tassements dans les argiles de la mer Champlain par rapport au modèle Creep-SClay1S.

ABSTRACT: The structured behaviour of Champlain Sea clay makes it extremely sensitive to strains that may destroy the bonds between soil particles. This soil behaviour can have significant effects on foundation design, but it cannot be easily captured using standard finite element models such as Mohr-Coulomb. The PLAXIS Creep-SClay1S constitutive model was developed to simulate the anisotropic, rate-dependent behaviour of soft structured soils including creep. This constitutive model is considered appropriate for the analysis of Champlain Sea clay due to its ability to simulate the bonding and destructuration process of natural clays. The Creep-SClay1S model was applied to predict settlement due to an embankment construction over Champlain Sea clay at a site in the region of Montérégie in Quebec. Design parameters required for the Creep-SClay1S models were calibrated against laboratory tests and field-testing measurements using the PLAXIS “Soil Test” module. The PLAXIS “Soil Test” module outputs (Deviator vs. Axial Strain, PWP vs. Axial Strain) were able to replicate the stress paths of CIUC triaxial tests with some reliability. The calibration showed that the depositional history of Champlain Sea Clay must be taken into consideration in the PLAXIS modeling. A summary of the calibrated input parameters for the Creep-SClay1S model is presented here. A comparison of settlement prediction using conventional settlement theory for embankment construction to settlement predicted using Mohr-Coulomb and the Creep-SClay1S model was undertaken. Results indicate that the settlement predicted by conventional settlement theory and Mohr-Coulomb may greatly underestimate the magnitude of settlement in Champlain Sea clays compared to the Creep-SClay1S model.