LABORATORY MEASUREMENT APPROACH FOR ANISOTROPY IN CHAMPLAIN CLAYS

RÉSUMÉ: L’anisotropie des sols dans les dépôts d’argile naturelle est un facteur à considérer dans plusieurs applications géotechniques, notamment la conception des fondations, des pentes et des excavations. Les argiles Champlain de l’Est du Canada, formées par sédimentation marine il y a 10 000 à 12 000 ans, présentent des caractéristiques de stratification distinctes qui les rendent sujettes à l’anisotropie. Ce comportement peut résulter soit de la microstructure de la matrice argileuse, soit de l’histoire des contraintes. Une série de méthodes de laboratoire utilisées pour évaluer l’anisotropie est examinée. Les approches basées sur les ondes présentent certains avantages pratiques en termes de simplicité et de durée des essais. Cette étude utilise un dispositif de laboratoire avancé intégrant des éléments piézoélectriques annulaires dans un œdomètre afin de quantifier le comportement anisotrope sur la base de la vitesse de propagation des ondes de cisaillement. Les mesures ont été effectuées au cours d’un essai de consolidation unidimensionnelle, permettant une évaluation simultanée des changements d’anisotropie induits par les contraintes. Les vitesses des ondes de cisaillement ont été mesurées dans les directions verticale et horizontale (Vvh et Vhh) sous différents niveaux de contraintes appliquées. Grâce aux mesures de propagation des ondes dans ces deux directions, les composantes inhérentes et induites par les contraintes de l’anisotropie ont été déduites. Les échantillons d’argile marine molle testés ont montré une dépendance directionnelle relativement faible à modérée, reflétant l’influence de leur structure de dépôt et de leur historique de contraintes. Ces résultats apportent des informations sur le comportement mécanique des argiles Champlain et contribuent à une meilleure compréhension de l’anisotropie dans les analyses géotechniques.

ABSTRACT: Soil anisotropy in natural clay deposits is a consideration in several geotechnical applications, including the design of foundations, slopes, and excavations. The Champlain clays of Eastern Canada, formed through marine sedimentation 10,000–12,000 years ago, exhibit distinct bedding characteristics that make them susceptible to anisotropy. This behavior can originate from either the microstructure of the clay fabric or the stress history. A series of laboratory methods used to assess anisotropy is reviewed. Wave-based approaches highlight some practical advantages in terms of simplicity and testing duration. This study employs an advanced laboratory setup using piezoelectric ring actuators integrated into an oedometer apparatus to quantify the anisotropic behavior through shear wave velocity. The measurements were conducted during 1D consolidation testing, allowing for simultaneous evaluation of stress-induced changes in anisotropy. The shear wave velocities were measured in both vertical and horizontal directions (Vvh and Vhh) under varying applied stress levels. Through wave propagation measurements in these two directions, the inherent and stress-induced components of anisotropy were inferred. The tested soft marine clay specimens demonstrated relatively low to moderate directional dependency, reflecting the effect of both their depositional fabric and stress history. These findings provide valuable insights into the mechanical behavior of Champlain clays and contribute to the understanding of anisotropy for geotechnical analyses.