Shear bands in plane strain compression of loose sand

Abstract

Experimental results are presented which characterize the behaviour of a loose, fine-grained, water-saturated sand tested under globally undrained and drained conditions in a plane strain apparatus. The objective of this investigation is to provide insight into the phenomenon of shear banding in loose sand. Together with local measurements of boundary forces and deformations, stereophotogrammetry is used to investigate the progression of strain localization in plane strain compression. Typical results and findings concerning the evolution of non-homogeneous deformation are presented in detail. Shear banding occurred in both undrained and drained experiments on loose masonry sand. In general, temporary modes of strain localization, observed during macroscopically ‘uniform’ deformations of a specimen, gave way to a single, persistent shear band. A clear pattern of onset of the formation of the persistent shear band, mobilization of the maximum effective friction and complete formation of the band was observed in all tests. The stress state when the localization begins is very close to, yet precedes that corresponding to the maximum mobilized friction. The persistent shear bands evolve with changing width and orientation. L'exposé présente les résultats d'essais de compression plane visant à caractériser le comportement de sable meuble, à grains fins et saturé d'ean dans des conditions générales non drainées et drainées. L'objectif de cette étude est de mieux faire comprendre la formation de bandes de cisaillement dans le sable meuble. En plus de mesurer les forces limites et les déformations, on a eu recours à la stéréophotogrammétrie pour étudier la progression de la localisation des tensions sous l'effect d'une compression plane. L'exposé présente en détail les résultats et constatations types concernant l'évolution de déformations non homogénes. Lors d'essais non drainés et drainés, des bandes de cisaillement se sont formées dans du sable de construction meuble. En règlegénérale, la formation d'une seule bande de cisaillement persistante s'est substituée aux modes temporaires de localisation des contraintes, observés pendant des déformations macroscopiquement «uniformes« d'une éprouvette. Dans tous les essais, le début de la formation d'une bande de cisaillement persistante, la mobillsation du frottement efficace maximal et la formation complète de la bande ont suivi un schéma bien défini. L'état de contrainte où commence la localisation est très proche de celui qui correspond au frottement mobilisé maximal, mais le précède. Les bandes de cisaillement persistantes évoluent en fonction de la largeur et de l'orientation

Shear banding modelling in cross-anisotropic rocks

“…Various studies have already been performed for this type of loading, from laboratory testing to numerical modelling (Han & Drescher, 1993;Finno et al, 1997;Collin et al, 2006;Bésuelle et al, 2006;Tejchman et al, 2007).…”

“…At small scale, plenty of laboratory tests on various geomaterials are dedicated to strain localisation (Vardoulakis et al, 1978;Han & Drescher, 1993;Finno et al, 1996Finno et al, , 1997Alshibli et al, 2003) and we will principally focus on plane-strain biaxial compression. At large scale, among various geotechnical problems, the process of 110 underground drilling which generates fractures in the surrounding medium will be investigated.…”

Using Local Second Gradient Model and Shear Strain Localisation to Model the Excavation Damaged Zone in Unsaturated Claystone

“…At small scale, numerous experimental studies performed on geomaterials are devoted to strain localisation which corresponds to the accumulation of large shear strain in limited zones (Vardoulakis et al 1978;Finno et al 1996;Finno et al 1997;Han and Drescher 1993;Alshibli et al 2003). They are mainly performed on biaxial apparatus and they involve special techniques, such as X-ray microtomography, three dimensional digital image correlation (Lenoir et al 2007) and stereophotogrammetry (Desrues and Viggiani 2004), to study the evolution of the strain localisation processes.…”

The role of cementation in the behaviour of cemented soils

“…Arthur et al, 1977;Desrues et al, 1985Desrues et al, , 1996Finno et al, 1996Finno et al, , 1997; Nemat-Nasser and Okada, 2001; Tatsuoka et al, 1990;Vardoulakis, 1980;Yoshida et al, 1993), while theoretical developments and predictions have been attempted in other studies (e.g. Hansen, 1958;Molenkamp, 1985;Muhlhaus and Vardoulakis, 1987;Rice, 1976;Rudnicki and Rice, 1975;Vardoulakis, 1980Vardoulakis, , 1996aVardoulakis, , 1996bVardoulakis et al, 1978;Vermeer, 1982).…”