Three Techniques for Fabric Viewing as Applied to Shear Distortion of a Clay

Abstract

A knowledge of the microscopic physical behavior of soils is important and necessary for the correct interpretation of observed macroscopic deformations in soil bodies. This study was designed to determine the particular pattern and distribution of extensive fabric alteration accompanying shear strains in a clay specimen subjected to triaxial stress combinations. The techniques used for observing these microscopic features were polarized light microscopy of thin sections from Carbowax-fixed clay samples, scanning electron microscopy of thinly coated cleavage surfaces in vacuum desiccated specimens, and transmission electron microscopy of metal-shadowed carbon replicas made of similar cleavage surfaces. All three methods showed that the zone of extensive fabric alteration in the triaxially sheared bodies was planar and had an average thickness of about 30 μ.

Most clay particles in the zone were aligned parallel to the zone direction. The results of the study also demonstrated the particular merits of each of the three techniques for fabric viewing.

Résumé

La connaissance du comportement physique des sols à l’échelle microscopique est importante et nécessaire pour interpréter correctement les déformations observées à l’échelle macroscopique dans les masses de sol. Cette étude a été conçue en vue de déterminer l’allure particulière et la distribution des modifications d’une structure étendue qui accompagnent les tensions de cisaillement dans un échantillon d’argile soumis à des combinaisons de contraintes triaxiales. Les techniques utilisées pour observer ces caractéristiques microscopiques sont la microscopie en lumière polarisée de lames minces d’argile fixées au carbowax, la microscopie électronique à balayage de surfaces de clivage finement métallisées d’échantillons desséchés sous vide, et la microscopie électronique par transmission de répliques de carbone ombrées obtenues à partir de surfaces de clivage similaires. Les trois méthodes ont montré que la zone d’altération de la structure étendue, dans les masses soumises au cisaillement triaxial sont planes et ont une épaisseur moyenne de 30μ, environ.

Dans la zone d’altération, la plupart des particules d’argile sont alignées parallèlement à la direction générale de la zone. Les résultats de cette étude démontrent également les avantages particuliers de chacune des trois techniques pour l’examen de la structure.

Kurzreferat

Eine Kenntnis des mikroskopischen physikalischen Verhaltens von Böden ist wichtig und notwendig für die richtige Auswertung beobachteter makroskopischer Deformierungen in Bodenkörpern. Diese Untersuchung wurde unternommen zur Bestimmung des jeweiligen Bildes und der Verteilung umfassender Strukturveränderung im Gefolge von Schubspannungen in einer Tonprobe, die triachsillen Spannungskombinationen ausgesetzt ist. Die zur Beobachtung dieser mikroskopischen Erscheinungen verwendeten Methoden umfassten die Mikroskopie von Dünnschnitten von mit Carbowax fixierten Tonproben im polarisierten Licht, Abtastelektronenmikroskopie dünn bestrichener Spaltoberflächen in vakuumgetrockneten Proben, und die Durchstrahlungs elektronenmikroskopie metallbeschatteter Kohlenstoffrepliken aus ähnlichen Spaltoberflächen. Alle drei Methoden zeigten, dass das Gebiet ausgedehnter Strukturveränderung in den triachsial schubbeanspruchten Körpern planar war und eine durchschnittliche Dicke von etwa 30 μ aufwies.

Die meisten Tonteilchen in der Zone waren parallel zu der Zonenrichtung ausgerichtet. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigten ferner die jeweiligen Vorteile der drei Methoden bei der Strukturbetrachtung.

Резюме

Знание микроскопически наблюдаемых физических свойств почв важно и необходимо для правильной интерпретации макроскопически наблюдаемых деформаций почв. Исследование имело целью определить специфическую картину и распределение широко проявляющегося изменения, сопровождающего сдвиговые напряжения в образце глины, подвергнутом действию комбинаций трехосного стресса. Для наблюдения этих микроскопических особенностей были использованы: микроскопическое изучение в поляризованном свете шлифов глинистых образцов (в карбоваксе); сканирующая электронная микроскопия плоскостей спайности (с тонкими пленками) образцов, разрезанных в вакууме; электронная микроскопия на просвет оттененных металлом угольных реплик с аналогичных плоскостей спайности. Все три метода показали, что зона широкого изменения строения в образцах, испытавших действие трехосного стресса, является плоской и имеет среднюю толщину около 30 мк. Большинство глинистых частиц в этой зоне располагается параллельно ее направлению. Результаты исследования демонстрируют также специфическое значение каждого из трех методов оптического изучения для выяснения особенностей строения образцов.