Soil Constitutive Model for Geotechnical Design against Geo-hazards

William Higgins, Dipanjan Basu, Tanusree Chakraborty

In the proceedings of: GEO2011: 64th Canadian Geotechnical Conference, 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 5th Pan-American Conference on Teaching and Learning of Geotechnical Engineering

Session: Climate Change & GeoHazards

ABSTRACT: Natural disasters like landslide, mudflow and debris flow often cause catastrophic failures in civil infrastructure and may give rise to high rates of strain (102-104/sec) in soil. The rate of induced strain (or stress) has a significant effect on the strength and stiffness of soil. In this paper, the high strain-rate behavior of sand is investigated by developing a rate-dependent, viscoplastic two-surface constitutive model. The model is based on the concepts of critical-state soil mechanics. It captures the behavior of sand under multi-axial loading conditions, predicts both the drained and undrained responses at small and large strains, and reproduces the critical state, peak strength and dilatancy behavior of the viscoplastic sand behavior under high loading rate. Particle crushing is captured by incorporating a flat cap to the bounding surface. A nonassociated flow rule is assumed. The rate-dependent model parameters are determined from the experimental data of split Hopkinson pressure bar (SHPB) tests under high rate loading. The performance of the model in simulating the high strain-rate mechanical response of sand in SHPB tests is demonstrated for different initial states and loading conditions.

RÉSUMÉ: Les désastres naturels comme le glissement de terrain, mudflow et le débris coulent souvent les défaillances irrémédiables de cause dans l'infrastructure civile et peuvent engendrer d'hauts taux de tension (102-104/sec) dans le sol. Le taux de tension induite (ou la tension) a un effet significatif sur la force et la raideur de sol. Dans ce papier, l'haut comportement de tension-taux de sable est examiné en développant une dépendante du taux, la deux-surface de viscoplastic le modèle constituant. Le modèle est fondé sur les concepts de mécanique de sol de critique-état. Il capture le comportement de sable sous les conditions de chargement multi-axiaux, prédit les drainé et undrained réponses aux petites et grandes tensions, et reproduit l'état critique, la force maximum et le comportement de dilatancy de sable. Perzyna trop souligne la théorie est incorporée dans ce modèle pour reproduire le comportement de sable de viscoplastic sous chargeant haut le taux. Ecraser de particule est capturé en incorporant un bouchon plat à la surface limitée. Une règle de flux de nonassociated est supposée. Les paramètres modèles dépendants du taux sont déterminés des données expérimentales d'a fractionné la barre de pression de Hopkinson (SHPB) les tests sous l'haut chargement de taux. L'exécution du modèle dans simuler l'haut tension-taux la réponse mécanique de sable dans les tests de SHPB est démontrée pour les états et les conditions de chargement initiaux différents. .

Please include this code when submitting a data update: GEO2011_190

Access this article:
Canadian Geotechnical Society members can access to this article, along with all other Canadian Geotechnical Conference proceedings, in the Member Area. Conference proceedings are also available in many libraries.

Cite this article: