Deformation of saturated clays under mechanical and osmotic stress and its relation with the arrangement of the clays

Summary The relation between physical and mechanical responses and the structure of clay has been studied. Deformation in response to mechanical stress was measured on samples of Wyoming mont‐morillonite and Saint Austell kaolinite in solutions of NaCl (0·005; 0·05; 0·5 and 5 M). Salt concentration was expressed in terms of osmotic potential of water and loading in terms of envelope pressure potential of water, and deformation was measured precisely under small mechanical stress. During shrinking and swelling, deformation was small and reversible, and consolidation was related to the largest mechanical stress applied previously in its history. The arrangement of the clay at equilibrium depends foremost on the type of clay mineral and physico‐chemical properties of the liquid phase. For Na‐montmorillonite suspensions, transition between gels with tactoids and rigid media with quasicrystals is abrupt and occurs at a potential of about −2000 J kg−1, whether the stress is osmotic or mechanical. Swelling indexes obtained under osmotic and mechanical stress are of the same order of magnitude. Deformation of smectite results from modifications of interassemblage and intra‐assemblage organization. Résumé Les relations entre le comportement physique et mécanique et la structure de milieux argileux ont étéétudiées. Une série de sollicitations mécaniques ont été appliquées sur des suspensions de montmorillonite du Wyoming et de kaolinite de Saint Austell préparées dans des solutions de NaCl de concentrations 0.005; 0.05; 0.5 et 5 M. La charge saline de la phase liquide a été interprétée en termes de composante osmotique du potentiel total de l'eau et le chargement mécanique en termes de composante de pression d'enveloppe. Le montage expérimental utilisé a permis une mesure précise de la déformation sous de faibles sollicitations mécaniques. Lors des processus de gonflement‐retrait, les déformations sont faibles et réversibles. La consolidation du milieu est étroitement reliée à la valeur de la sollicitation maximale qu'il a subie antérieurement. L'organisation à l'équilibre dépend principalement de la nature du minéral argileux et des propriétés physico‐chimiques de la phase liquide. Pour les suspensions de montmorillonite‐sodique, la transition entre gel à tactoïdes et milieu cohérent à quasi‐cristal est très précise et se produit pour une valeur de potentiel proche de ‐2000 J kg‐1, que la nature de la sollicitation soit osmotique ou mécanique. Les indices de gonfle