[논문 리뷰] On undrained test using Rowe's relation and Incremental Modelling: Generalisation of the notion of Characteristic State

P. Évesque|arXiv (Cornell University)|2005. 06. 14.

Geotechnical Engineering and Soil Mechanics참고 문헌 2인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 비압축 조건에서의 삼축 압축 하중에 대한 증분 플라스틱성 모델링과 로우의 관계를 결합하여, 입자성 물질에서 특성 상태의 개념을 일반화한다. 압축 비율 q = Mp일 때 초진동 분기(transcritical bifurcation)가 발생함을 보여주며, 이는 특성 상태 개념을 비대칭 시스템으로 확장하고, 비압축 시험을 이러한 거동을 연구하는 데 이상적인 실험 플랫폼으로 검증한다.

ABSTRACT

It is recalled that stress-strain incremental modelling is a common feature of most theoretical description of the mechanical behaviour of granular material. An other commonly accepted characteristics of the mechanical behaviour of granular material is the Rowe's relation which links the dilatancy K to the ratio B of vertical-to-lateral stress during a test at constant lateral stress, i.e. B =(1+M)(1+K). Using an incremental modelling, this law shall be interpreted as a pseudo-Poisson coefficient. We combine these two features to solve the problem of an axial compression under undrained condition. We demonstrate that the sample is submitted to a bifurcation of the transcritical type when it reaches the q=Mp line. This allows extending the notion of the characteristic state introduced by Luong to other situations and to anisotropic systems. We show also that these undrained tests are quite appropriate to study the characteristic-state behaviour.

연구 동기 및 목표

• 특성 상태 개념을 등방성 조건을 초월하여 비대칭 입자성 시스템으로 확장하기 위해.
• 증분 모델링을 사용하여 비압축 삼축 압축 하중 하에서 입자성 물질의 기계적 거동을 연구하기 위해.
• 로우의 관계를 증분 프레임워크 내에서 의사-포isson 비율로 해석하기 위해.
• 비압축 하중 중에 발생하는 분기 조건을 규명하여 재료 거동의 전이 신호를 식별하기 위해.
• 비압축 시험을 특성 상태 거동을 탐색하는 데 적합한 실험 플랫폼으로 검증하기 위해.

제안 방법

• 입자성 물질의 응력-변형률 거동을 기술하기 위해 증분 플라스틱성 모델링을 사용한다.
• 로우의 관계를 사용하여 부피변형률 K와 응력 비율 B 사이의 관계 B = (1+M)(1+K)를 의사-포isson 비율로 해석한다.
• 고정된 횡방향 응력을 유지하면서 비압축 삼축 압축을 분석하고 축방향 응력과 변형률의 변화를 추적한다.
• q = Mp 조건에서 임계 조건을 식별하기 위한 수학적 기법을 도입한다. 이는 초진동 분기를 나타낸다.
• 하중 중 응력 경로에서 불안정성의 시작을 탐지하기 위해 안정성 분석을 시행한다.
• 다양한 비대칭 상태에서 q = Mp 선에서의 불변 거동을 식별함으로써 특성 상태 개념을 일반화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 로우의 관계는 증분 플라스틱성 프레임워크 내에서 어떻게 의사-포isson 비율로 해석될 수 있는가?
• RQ2 q = Mp 선은 비압축 삼축 압축 중에 분기를 유도하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 특성 상태 개념은 등방성 조건을 초월하여 비대칭 입자성 물질로 일반화될 수 있는가?
• RQ4 왜 비압축 삼축 시험은 특성 상태 거동을 연구하는 데 특히 적합한가?
• RQ5 재료가 q = Mp 조건에 도달했을 때 나타나는 불안정성(분기 유형)의 성격은 무엇인가?

주요 결과

• 응력 비율 q = Mp는 비압축 삼축 압축 중에 초진동 분기 점을 나타내며, 재료 거동의 정성적 변화를 알리는 신호이다.
• 로우의 관계는 증분 모델링 프레임워크 내에서 일관되게 의사-포isson 비율로 해석된다.
• q = Mp 조건의 식별을 통해 특성 상태 개념은 성공적으로 비대칭 입자성 시스템으로 일반화되었다.
• 비압축 삼축 시험은 q = Mp에서 명확한 분기 조건이 나타나므로 특성 상태 거동을 드러내는 데 매우 효과적임을 입증하였다.
• 모델은 재료가 q = Mp 선에 도달했을 때 변형 모드의 명확한 전이를 예측하며, 이는 안정성 상실을 시사한다.
• 분석 결과 특성 상태 개념이 등방성 조건에 국한되지 않고 특정 응력 경로 제약 조건 하에서는 보편적인 특성으로 나타남을 확인하였다.