Relationship between dilatancy, stresses and plastic dissipation in a granular material with rigid grains

(Received 19 November 1990, revised 20 June 1991, accepted 5 September 1991)

Abstract
By considering a drained cohesionless granular sample made up of rigid grains and submitted to a triaxial test, we derive an equation relating the dilatancy K, the deviatoric stress q and the confining pressure p to the energy losses due to plastic yielding. We demonstrate that the system is contracting at q = 0, when q is increasing and that spontaneous uncontrolled yielding begins occurring when dilatancy K is maximum. We also demonstrate the existence of the characteristic state introduced by Luong and Habib and the existence of the critical state of Schofield and Wroth. Finally, we give a method to determine the plastic losses during a triaxial cell test using the experimental data.

Résumé
En utilisant un postulat de reproductibilité des essais triaxiaux et une relation liant l'énergie dissipée, la dilatance K et les contraintes imposées à un échantillon, on démontre qu'un matériau granulaire ne peut que se contracter après avoir subi une contrainte de confinement isotrope (i.e. q = 0), que la rupture spontanée a lieu après un maximum de dilatance, qu'il existe un état caractéristique (au sens de Luong et Habib) et qu'il existe un état " critique " (au sens de Schofield et Wroth). Nous donnons de plus une méthode pour estimer la dissipation-plastique durant un essai triaxial à partir des résultats expérimentaux.