Experiences with Hybrid Finite Elements in Geomechanics

Dieter Stolle, Peijun Guo, Brandon Karchewski

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoCalgary 2022: 75th Canadian Geotechnical Conference

Session: M3

RÉSUMÉ: Malgré la croyance en des prévisions de contraintes supérieures par la méthode des éléments finis hybrides au cours des premières années, elle n'est pas devenue populaire en géomécanique, probablement en raison des limitations associées à l'analyse non linéaire et des étapes de calcul supplémentaires nécessaires. Néanmoins, l'aptitude au service contrôle souvent la conception des fondations. Cela implique que les conditions sont loin de l'état limite ultime et que l'analyse des contraintes basée sur la théorie élastique des petites déformations est la plus applicable. S'il y a un problème avec une analyse, c'est l'hypothèse d'une isotropie et non d'une non-linéarité à cause de la négligence de l'écrouissage plastique. Un cadre hybride de contraintes supposées est adopté dans lequel toutes les contraintes des éléments varient linéairement et les pressions interstitielles sont constantes. Des comparaisons de performances sont faites avec des formulations régulières et hybrides pour un problème de semelle qui examine la prédiction des contraintes dues à une charge de surface et le fluage par gravité d'une pente de glace qui comprend un écoulement non linéaire. L'objet de cet article est de présenter une pression de déplacement (u-p) Élément quadrilatère à 4 nœuds qui peut gérer l'incompressibilité du sol saturé et le fluage de la glace. Cet article explique comment gérer les forces corporelles et la non-linéarité.

ABSTRACT: Despite the belief in superior stress predictions by the hybrid finite element method during the early years, it did not become popular in geomechanics, likely because of limitations associated with nonlinear analysis and the additional computational steps that are required. Nevertheless, serviceability often controls the design of foundations. This implies that the conditions are far from the ultimate limit state and stress analysis based on small deformation elastic theory is most applicable. If there is an issue with an analysis it is the assumption of isotropy and not nonlinearity due to neglecting plastic strain hardening. An assumed stress hybrid framework is adopted in which all element stresses vary linearly, and pore pressures are constant. Performance comparisons are made with regular and hybrid formulations for a footing problem that examines the prediction of stresses due to a surface load and the gravity-driven creep of an ice slope that includes nonlinear flow. The object of this paper is to present a displacement-pressure (u-p) 4-node quadrilateral element that can handle the incompressibility of saturated soil and ice creep. This paper addresses how to handle body forces and nonlinearity.

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