Gheddar, Kamal;Sbartai, Badreddine;Messioud, Salah;Dias, Daniel
Structural Engineering and Mechanics
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v.83
no.3
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pp.377-386
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2022
This paper considers dynamic impedance functions and presents a detailed analysis of the soil plasticity influence on the pile-group foundation dynamic response. A three-dimensional finite element model is proposed, and a calculation method considering the time domain is detailed for the nonlinear dynamic impedance functions. The soil mass is modeled as continuum elastoplastic solid using the Mohr-Coulomb shear failure criterion. The piles are modeled as continuum solids and the slab as a structural plate-type element. Quiet boundaries are implemented to avoid wave reflection on the boundaries. The model and method of analysis are validated by comparison with those published on literature. Numerical results are presented in terms of horizontal and vertical nonlinear dynamic impedances as a function of the shear soil parameters (cohesion and internal friction angle), pile spacing ratio and frequencies of the dynamic signal.
Accurate estimations of pre-failure deformations and post-failure responses of geostructures require that the simulation tool possesses at least three main ingredients: 1) a constitutive model that is able to describe the macroscopic stress-strain-strength behavior of soils subjected to complex stress/strain paths over a wide range of confining pressures and densities, 2) an embedded length scale that accounts for the intricate physical phenomena that occur at the grain size scale in the soil, and 3) a computational platform that allows the analysis to be carried out beyond the development of an initially "contained" failure zone in the soil. In this paper, a two-scale micropolar plasticity model will be used to incorporate all these ingredients. The model is implemented in a finite element platform that is based on the mechanics of micropolar continua. Appropriate finite elements are developed to couple displacement, micro-rotations, and pore-water pressure in form of $u_n-{\phi}_m$ and $u_n-p_m-{\phi}_m$ (n > m) elements for analysis of dry and saturated soils. Performance of the model is assessed in a biaxial compression test on a slightly heterogeneous specimen of sand. The role of micropolar component of the model on capturing the post-failure response of the soil is demonstrated.
The prediction of soil response under repetitive mechanical loadings remains challenging in geotechnical engineering applications. Modeling the cyclic soil response requires a robust model validation with an experimental dataset. This study proposes a unique method adopting linearity of model constant with the number of cycles. The model allows the prediction of the terminal density of sediments when subjected to repetitive changes in pore-fluid pressure based on the two-surface plasticity. Model simulations are analyzed in combination with an experimental dataset of sandy sediments when subjected to repetitive changes in pore fluid pressure under constant deviatoric stress conditions. The results show that the modified plastic moduli in the two-surface plasticity model appear to be critical for determining the terminal density. The methodology introduced in this study is expected to contribute to the prediction of the terminal density and the evolution of shear strain at given repetitive loading conditions.
A three dimensional finite element model was used to simulate rapid impact compaction (RIC) in loose granular soils using ABAQUS software for one impact point. The behavior of soil under impact loading was expressed using a cap-plasticity model. Numerical modeling was done for a site in Assalouyeh petrochemical complex in southern Iran to verify the results. In-situ settlements per blow were compared to those in the numerical model. Measurements of improvement by depth were obtained from the in-situ standard penetration, plate loading, and large density tests and were compared with the numerical model results. Contours of the equal relative density clearly showed the efficiency of RIC laterally and at depth. Plastic volumetric strains below the anvil and the effect of RIC set indicated that a set of 10 mm can be considered to be a threshold value for soil improvement using this method. The results showed that RIC strongly improved the soil up to 2 m in depth and commonly influenced the soil up to depths of 4 m.
To predict the stress-strain behavior of the soil more approximately, the concept of the critical state soil mechanics was added to the plasticity increment theory in the bounding surface Plasticity model. This model was constituted with two ellipse and one hyperbola in older to describe the behaviour of the isotropically consolidated soil. Thus, this model is very complicate due to the various parameters used. Therefore, the accurate understanding and skill of the theory is required in order to apply this model to the practical geotechnical problems. In the present paper, the bounding surface shape paraiheter R and A, the mapping center parameter C among various parameters used were varied and the results were numerically analized. Finally, each sensitivity with respect to monotonic and cyclic loading was analized and the range of the value of the each parameter was proposed.
The successful performance of any numerical geotechnical simulation depends on the accuracy and efficiency of the numerical implementation of constitutive model used to simulate the stress-strain (constitutive) response of the soil. The corner stone of the numerical implementation of constitutive models is the numerical integration of the incremental form of soil-plasticity constitutive equations over a discrete sequence of time steps. In this paper a well known two-surface soil plasticity model is implemented using a generalized implicit return mapping algorithm to arbitrary convex yield surfaces referred to as the Closest-Point-Projection method (CPPM). The two-surface model describes the nonlinear behavior of coarse-grained materials by incorporating a bounding surface concept together with isotropic and kinematic hardening as well as fabric formulation to account for the effect of fabric formation on the unloading response. In the course of investigating the performance of the CPPM integration method, it is proven that the algorithm is an accurate, robust, and efficient integration technique useful in finite element contexts. It is also shown that the algorithm produces a consistent tangent operator $\frac{d\sigma}{d\varepsilon}$ during the iterative process with quadratic convergence rate of the global iteration process.
The present fractional-order plasticity models for granular soil are mainly established under the triaxial compression condition, due to its difficult in analytically solving the fractional differentiation of the third stress invariant, e.g., Lode's angle. To solve this problem, a three dimensional fractional-order elastoplastic model based on the transformed stress method, which does not rely on the analytical solution of the Lode's angle, is proposed. A nonassociated plastic flow rule is derived by conducting the fractional derivative of the yielding function with respect to the stress tensor in the transformed stress space. All the model parameters can be easily determined by using laboratory test. The performance of this 3D model is then verified by simulating multi series of true triaxial test results of rockfill.
Tunnels offer myriad benefits for modern countries, and understanding their behavior under loads is critical. This paper analyzes and evaluates the damage to buried horseshoe tunnels under soil pressure and traffic loading. To achieve this, a numerical model of this type of tunnel is first created using ABAQUS software. Then, fracture mechanics theory is applied to investigate the fracture and damage of the horseshoe tunnel. The numerical analysis is based on the damage plasticity model of concrete, which describes the inelastic behavior of concrete in tension and compression. In addition, the reinforcing steel is modeled using the bilinear plasticity model. Damage contours, stress contours, and maximum displacements illustrate how and where traffic loading alters the response of the horseshoe tunnel. Based on the results, the fracture mechanism proceeded as follows: initially, damage started at the center of the tunnel bottom, followed by the formation of damage and micro-cracks at the corners of the tunnel. Eventually, the damage reached the top of the concrete arch with increasing loading. Therefore, in the design of this tunnel, these critical areas should be reinforced more to prevent cracking.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.40
no.2
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pp.148-158
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1998
The aims of this study are to evaluate the application on the stress-strain behavior of granite Soil using Lade's double work hardening constitutive model based on the theories of elasticity and plasticity. From two different sites of construction work, two disturbed and compacted weathered granite samples which are different in partical size and degree of weathering respectively were obtained. The specimen employed were sampled at Iksan and Pochon in order to predict the constitutive model. Using the computer program based on the regression analysis, 11 soil parameters for the model were determined from the simple tests such as an isotropic compression-expansion test and a series of drained conventional triaxial tests. In conclusion, it is shown that Lade's double work hardening model gives the good applicability for processing of stress-strain, work-hardening, work-softening and soil dilatancy. Therefore, this model in its present form is applicable to the compacted decomposed granite soil.
This paper describes the procedure to predict the entire load-displacement curve and the failure mechanism of shallow strip footing for real soil. The presented results show that it is possible to analyze the post peak behavior of shallow strip footing and to give a progressive failure mechanism clearly. Finite element computation of the bearing capacity factor $N_{\gamma}$ have been made for shallow strip footings with friction angles and dilation angle. It is shown that commonly used values of $N_{\gamma}$ which have generally been based on associated plasticity calculations are unconservative for real soil with non-associated plasticity and some smooth footing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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