Study of diffuse instability and controllability in constant shear tests

Mauricio Pinheiro, Richard G. Wan

In the proceedings of: GEO2010 Calgary: 63rd Canadian Geotechnical Conference & 6th Canadian Permafrost Conference

Session: M3-B

ABSTRACT: Constant shear tests follow an effective stress path at constant deviator stress with a reduction in mean effective stress. These tests were idealized as a means to simulate soil behaviour during water infiltration processes in slopes leading to failure. Interestingly, laboratory specimens subjected to constant shear paths failed at stress levels far from Mohr-Coulomb failure surface. Although a so-called collapse surface has been previously introduced in the literature to explain this intriguing phenomenon, a more mechanistic approach is to advocate concepts such as Hill's stability and Nova's controllability. In this paper, we numerically analyze some constant shear tests based on the above concepts using a non-associated elastoplastic constitutive model. The analyses range from a Gauss point level to a boundary value problem setting where a three-dimensional cylindrical specimen is simulated.

RÉSUMÉ: Des essais à q constant suivent un chemin de chargement avec déviateur de contrainte constant et réduction en con-trainte moyenne effective. Ces essais essentiellement représentent le comportement d'un point matériel dans une pente menée à la rupture par écoulement d'eau. Il s'avère que lors de ces essais, la rupture le long de ces chemins à q constant est strictement à l'intérieure de la condition de plasticité de Mohr-Coulomb. Toutefois, bien qu'on puisse clas-siquement introduire une surface d'effondrement (collapse surface) pour expliquer ce phénomène, une approche plus adaptée au point de vue mécanique consisterait en une analyse basée sur la condition de stabilité de Hill ou de contrô-labilité au sens de Nova. Dans cet article, on présente une modélisation numérique des essais à q constant dans le cadre de l'instabilité matérielle ou de la contrôlabilité avec une loi constitutive non-associée. Ces calculs sont menés en un point matériel et ensuite généralisés au cas d'un problème à frontières à travers l'exemple d'un échantillon cylin-drique en 3D.

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