Constitutive modeling uniaxial compressive behaviors of an artificial frozen sandy clay at different temperatures

RÉSUMÉ: Le sol gelé a un comportement rhéologique proche de la catégorie des roches molles et le comportement dépendant de la vitesse du sol argileux gelé est compliqué. Un grand nombre d'études expérimentales ont illustré les comportements mécaniques dépendants de la vitesse du sol gelé qui se reflétaient par des déformations de fluage, des relaxations de contrainte et des relations contrainte-déformation dépendant de la vitesse. Néanmoins, il y avait peu d'études sur la modélisation constitutive du comportement contrainte-déformation en fonction du temps des sols argileux gelés à différentes températures gelées. L'objectif de cette étude est d'étudier numériquement le comportement dépendant du temps d'un sol argileux gelé artificiel à des températures de -2 °C à -15 °C. Le modèle Drucker-Prager est adopté avec le modèle de fluage Singh-Mitchell pour simuler les comportements de compression uniaxiale en fonction du temps de deux sols argilo-sableux gelés. La modélisation constitutive est validée par rapport à une série de résultats d'essais de compression uniaxiale, où les résultats montrent qu'un taux de déformation élevé a tendance à générer une rupture fragile avec un comportement de ramollissement post-pic et une faible vitesse de déformation entraîne une rupture diffuse associée à l’écrouissage.

ABSTRACT: Frozen soil has a rheological behavior close to the soft rock category and the rate-dependent behavior of frozen clay soil is complicated. A large number of experimental studies illustrated the rate-dependent mechanical behaviors of frozen soil which was reflected by creep deformations, stress relaxations, and rate-dependent stress-strain relations. Nevertheless, there were limited studies on constitutive modeling of the time-dependent stress-strain behavior of frozen clay soils at different frozen temperatures. The objective of this study is to numerically investigate the time-dependent behavior of an artificial frozen clay soil at temperature ranges from -2°C to -15°C. The Drucker-Prager model is adopted along with the Singh-Mitchell creep model to simulate time-dependent uniaxial compression behaviors of frozen sandy clay soil samples. The constitutive modeling is validated against a series of uniaxial compressive test results, where results show that a high deformation rate tends to generate brittle failure with post-peak softening behavior and a low deformation rate result in a diffuse failure associated with strain hardening.