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

P. Évesque|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2005

Geotechnical Engineering and Soil Mechanics参考文献 2被引用 8

一句话总结

本文通过结合 Rowe 关系与不排水三轴压缩下的增量塑性建模，将颗粒材料中特征状态的概念进行推广。结果表明，当应力比 q = Mp 时会发生跨临界分岔，将特征状态概念扩展至各向异性体系，并验证了不排水试验作为研究此类行为的理想平台。

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.

研究动机与目标

• 将特征状态概念从各向同性条件推广至各向异性颗粒体系。
• 利用增量建模研究颗粒材料在不排水三轴压缩下的力学行为。
• 在增量框架内将 Rowe 关系列释为伪泊松系数。
• 识别不排水加载过程中触发材料响应转变的分岔条件。
• 验证不排水试验作为探测特征状态行为的合适实验平台。

提出的方法

• 采用增量塑性建模描述颗粒材料的应力-应变行为。
• 应用 Rowe 关系，通过 B = (1+M)(1+K) 将体积变形系数 K 与应力比 B 关联，将其作为伪泊松系数。
• 通过保持侧向应力恒定，分析不排水三轴压缩中轴向应力与应变的演化。
• 提出数学公式以识别 q = Mp 的临界条件，该条件表示发生跨临界分岔。
• 采用稳定性分析检测加载过程中应力路径的失稳起始点。
• 通过识别在不同各向异性状态下 q = Mp 线上行为的不变性，将特征状态概念进行推广。

实验结果

研究问题

• RQ1 Rowe 关系如何在增量塑性框架内被解释为伪泊松系数？
• RQ2 q = Mp 线在不排水三轴压缩中如何触发分岔？
• RQ3 特征状态概念能否超越各向同性条件，推广至各向异性颗粒材料？
• RQ4 为何不排水三轴试验特别适合研究特征状态行为？
• RQ5 当材料达到 q = Mp 条件时，所出现的失稳（分岔类型）具有何种性质？

主要发现

• 应力比 q = Mp 标识了不排水三轴压缩过程中的跨临界分岔点，表明材料响应发生定性变化。
• 在增量建模框架内，Rowe 关系被一致地解释为伪泊松系数。
• 通过识别 q = Mp 条件，成功地将特征状态概念推广至各向异性颗粒体系。
• 研究表明，由于在 q = Mp 处存在清晰的分岔，不排水三轴试验在揭示特征状态行为方面极为有效。
• 模型预测当材料达到 q = Mp 线时，其变形模式发生明确转变，表明失稳的发生。
• 分析结果证实，特征状态不仅限于各向同性条件，而是在特定应力路径约束下普遍出现的特征。