Isotropic–kinematic hardening model for coarse granular soils capturing particle breakage and cyclic loading under triaxial stress space: Fid-Bau Portal

Isotropic–kinematic hardening model for coarse granular soils capturing particle breakage and cyclic loading under triaxial stress space

Indraratna, Buddhima

Abstract

Dans le présent article, on propose un modèle exhaustif de cycles contraintes–déformation, qui tient compte de la rupture particulaire dans le cas de sols granulaires, tels que des ballasts et les remblais de roche, en partant de la théorie de plasticité de la surface limite dans le cadre d’un état critique. La rupture particulaire et ses effets sont étudiés par l’intermédiaire d’une ligne d’état critique, à partir de laquelle on obtient une fonction hyperbolique représentant l’indice des vides et l’espace des contraintes en fonction de l’énergie dissipée (travail plastique). Une équation complète en lien avec la rupture particulaire est proposée pour exprimer la relation contrainte–dilatance, qui permet d’analyser le phénomène complexe de dilatance des sols granulaires. En étendant la loi de Masing à la théorie de plasticité de la surface limite et en introduisant un centre d’homologie généralisé, on a établi une loi de durcissement isotrope–cinématique et une loi de mappage afin de simuler de manière plus réaliste le comportement de sols graveleux soumis à des charges cycliques. Pour montrer l’applicabilité et la précision du modèle proposé, on compare les prédictions qu’il fournit à des résultats expérimentaux pour différents types de sols granulaires, tels que des enrochements, soumis à des charges monotones et cycliques. La présente étude montre que le modèle proposé permet d’étudier les caractéristiques propres à des sols à gros grains soumis à des chemins de contraintes complexes. [Traduit par la Rédaction]

In this paper, a simple but comprehensive cyclic stress–strain model that incorporates particle breakage for granular soils including ballast and rockfill has been proposed on the basis of bounding surface plasticity theory within a critical state framework. Particle breakage and its effects are captured by a critical state line that is translated in voids ratio–stress space according to the dissipated energy (plastic work), through a hyperbolic function. A comprehensive equation related to particle breakage is proposed for the stress–dilatancy relationship to capture the complex dilatancy of granular soils. By extending Masing’s rule to bounding surface plasticity theory and introducing a generalized homological centre, a combined isotropic–kinematic hardening rule and a mapping rule have been established to simulate more realistically the response of gravelly soils under cyclic loading. The applicability and accuracy of this model are demonstrated by comparing its predictions with experimental results for different types of granular soils, including rockfill, under both monotonic and cyclic loading conditions. This study shows that the model can capture the characteristic features of coarse granular soils under complex loading paths.