Analyse numérique du comportement non drainé d'une argile saturée lors de l'expansion d'un cylindre creux

This study, based on the experimental analysis of Abba (1993), aims to analyse the undrained plane strain expansion and the consolidation of hollow cylindrical specimens of saturated clay. The present investigation consists in carrying out a numerical analysis on Saint-Hilaire clay assuming that this soil follows the Cam-Clay constitutive law. Various stress-controlled expansion simulations with different confining pressures were completed, which showed that the radial coefficient of consolidation hardly affects the total stress paths and the undrained shear strengths, whereas the variation of the consolidation coefficient, related directly to the permeability, influences the rate of dissipation of excess pore pressures and, thus, the effective stresses. The expansion functions and the excess of pore pressure curves were compared with the experimental results obtained by Abba (1993). This showed that the Cam-Clay method over-estimates the undrained shear strength. Silvestri (2005) presented a simple method, based on Nadai's approach (1950), to deduce the undrained shear strength from the expansion curves without any hypothesis about the soil constitutive law. This approach has been used to interpret Abba's results and has been compared to the numerical results of the present investigation. Consequently, the numerical results gave over-estimated the values of undrained shear strength.

Résumé

La présente étude s'articule autour de l'analyse de l'expansion et de la consolidation d'une argile saturée. Cette étude, se basant sur les résultats expérimentaux de Abba (1993), consiste en l'analyse numérique d'une cavité en expansion, taillée sous forme de cylindre creux (déformation plane), dans le domaine non-drainé en supposant que le sol suit la loi du comportement de Cam-Clay. L'analyse porte sur l'argile de Saint-Hilaire (Quebec). Après avoir réalisé les différents essais de simulation de l'expansion à pressions contrôlées pour différentes pressions de confinement, il s'est avéré que le coefficient de consolidation radial influence peu les courbes d'expansion et les lois de cisaillement non drainé dérivées. Par contre, la variation du coefficient de consolidation radial, liée directement à la perméabilité du sol, influence la vitesse de dissipation des surpressions interstitielles. Il en découle que les contraintes effectives seront ainsi affectées par ce paramètre. Les fonctions d'expansion et les surpressions générées lors de l'essai ont été comparées aux résultats expérimentaux élaborés par Abba (1993). Ceci a révélé que la méthode de Cam-Clay surestime légèrement les résistances au cisaillement non-drainé. La théorie de Silvestri (2005) basée sur l'approche de Nadai (1950), permettant de déduire directement la résistance au cisaillement non-drainé, sans faire d'hypothèse sur la loi du comportement du sol étudié, a été mise de l'avant pour l'interprétation des résultats expérimentaux qui ont été comparés, par la suite, aux résultats des simulations numériques menées lors de l'analyse numérique.