Numerical Implementation of an Equilibrium Thermodynamics-based Thermo-Hydro-Mechanical model for clay soils

ABSTRACT: Describing the material behavior based on the fundamentals of thermodynamics theory has been one of the recommended methods in constitutive modeling. However, due to the rate of dependency on deformation behaviors of clay soils, for decades the use of thermodynamics theory in constitutive modeling has been always under hesitation. In this paper, we have extended the Equilibrium Thermodynamics theory to account for the thermo-hydro-mechanical behavior of clay soils. The fundamental of energy dissipation function and momentum balance has been used to develop the proposed model. Dehydration behavior is considered in the framework based on the use of the laws of thermodynamics. Thermo-mechanical modeling is utilized to carry out constitutive modeling on temperature-controlled triaxial tests under the drained stress path condition. Different thermal conditions are simulated to demonstrate the impacts of stress and thermal histories on stress-strain relations.

RÉSUMÉ: Décrire le comportement des matériaux sur la base des principes fondamentaux de la théorie thermodynamique a été l'une des méthodes recommandées dans la modélisation constitutive. Cependant, en raison du taux de dépendance aux comportements de déformation des sols argileux, pendant des décennies, l'utilisation de la théorie thermodynamique dans la modélisation constitutive a toujours été hésitante. Dans cet article, nous avons étendu la théorie de la thermodynamique d'équilibre pour rendre compte du comportement thermo-hydro-mécanique des sols argileux. Les principes fondamentaux de la fonction de dissipation d'énergie et de l'équilibre de quantité de mouvement ont été utilisés pour développer le modèle proposé. Le comportement de déshydratation est considéré dans le cadre basé sur l'utilisation des lois de la thermodynamique. La modélisation thermomécanique est utilisée pour effectuer une modélisation constitutive sur des essais triaxiaux à température contrôlée dans la condition de chemin de contrainte drainé. Différentes conditions thermiques sont simulées pour démontrer les impacts des contraintes et des historiques thermiques sur les relations contrainte-déformation.