1. Tensile response and fracturing process in moderate- and high-plasticity clays
- Author
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Forlati, Giulia and Shepley, Paul
- Subjects
Soil mechanics -- Observations ,Clay -- Mechanical properties ,Earth sciences - Abstract
Sinkholes in clay soils can be considered as the collapse of a soil layer previously bridging a void. Here, flexural deformation in the clay drives the formation of tensile cracks from the lowest surface of the layer and the consequent soil collapse is from crack propagation. Considering a simplified model of the sinkhole geometry, this paper aims to describe the tensile and fracture behaviour of clay soils with different plasticity indices. Speswhite kaolin, London, and Durham clays were tested using direct tensile and bending tests. Moderate- and high-plasticity clays showed a nonlinear fracture response with increasing moisture content, while low-plasticity clays demonstrated a linear response. Bending tests confirmed the importance of the moisture content while the plasticity index confirmed the difference in ductile or fragile collapse for fracture propagation. To assess the results, elasto-plastic fracture mechanics (EPFM) theory was applied to clays with appropriate modifications. The analysis demonstrated that EPFM theory provides a good baseline for predicting tensile fracture behaviour in clay soils, which can be extended in future research. Key words: clay, tensile, fracture, moisture content, strength, sinkholes. Les puits dans les sols argileux peuvent etre consideres comme l'effondrement d'une couche de sol ayant auparavant comble un vide. Ici, la deformation par flexion de l'argile entraine la formation de fissures de traction a partir de la surface la plus basse de la couche et l'effondrement du sol qui en resulte est du a la propagation des fissures. En considerant un modele simplifie de la geometrie des puits, cet article vise a decrire le comportement a la traction et a la fracture des sols argileux avec differents indices de plasticite. Le kaolin Speswhite, les argiles de Londres et de Durham ont ete testes en utilisant des essais de traction et de flexion directs. Les argiles de plasticite moyenne et elevee ont montre une reponse de fracture non lineaire avec une augmentation de la teneur en humidite, tandis que les argiles de faible plasticite ont montre une reponse lineaire. Les essais de flexion ont confirme l'importance de la teneur en humidite tandis que l'indice de plasticite a confirme la difference d'effondrement ductile ou fragile pour la propagation de la fracture. Pour evaluer les resultats, la theorie de la mecanique des fractures elastoplastiques (<>) a ete appliquee aux argiles avec les modifications appropriees. L'analyse a demontre que la theorie de l'EPFM fournit une bonne base de reference pour la prevision du comportement des fractures en traction dans les sols argileux, qui peut etre etendue dans le cadre de recherches futures. [Traduit par la Redaction] Mots-cles: argile, tensile, fracture, teneur en eau, force, gouffres., 1. Introduction Sinkholes are caused by the collapse of the ground into underlying cavities created by karst terrain or former mine workings and are a common hazard in many countries [...]
- Published
- 2021
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