Naslov (srp)

Развој "HASP" конститутивног модела за преконсолидоване глине са применом у нумеричкој анализи методом коначних елемената: Докторска дисертација : doktorska disertacija

Autor

Obradović, Nikola, 1991-

Doprinosi

Maraš Dragojević, Snežana, 1965-
Jocković, Sanja, 1978-
Zdravković, Lidija
Pujević, Veljko, 1985-
Marjanović, Miloš, 1986-

Opis (srp)

Описивање механичког понашања преконсолидованих глина и формулисање конститу-тивног модела који може да репродукује све карактеристике овог типа тла представља изазов у геотехничком инжењерству. НАЅР конститутивни модел, који је заснован на концепту критичног стања тла и концепту граничне површи, користи параметар стања као битан показатељ понашања тла и може да опише понашање преконсолидоване глине услед монотоног оптерећења у условима триаксијалног опита. Примена НАЅР модела у анализи граничних проблема, као и при описивању понашања глина услед цикличног оптерећења је ограничена. Због тога је неопходно проширивање релација НАЅР модела, како би овај модел могао да се користи за решавање практичних геотехничких проблема.У оквиру ове дисертације, извршен је одабир релација за проширење НАЅР модела и формулисан је унапређени модел под називом HASP-E модел. Проширење модела извршено је тако да релације унапређеног модела буду релативно једноставне за имплементацију у рачунарски програм заснован на методи коначних елемената, да основни принципи на којима је развијен НАЅР модел буду задржани, да сви параметри модела буду јасно дефинисани и да се могу одредити из конвенционалних лабораторијских опита. Релације НАЅР модела су проширене на генерални напонски простор укључивањем треће напонске инваријанте (Lode-овог угла). Утицај Lode-овог угла је узет преко релација које описују облик површи течења и граничне површи у девијаторској равни тако да облик ових површи одговара експерименталним резултатима. За површ пластичног потенцијала је усвојен облик круга у девијаторској равни, тако да HASP-E модел користи неасоцијативан закон течења. Такође, релације НАЅР модела су проширене тако да је узета у обзир промена модула смицања са променом смичућих деформација, прикључењем “Brick” модела релацијама НАЅР модела.Основни НАЅР модел и проширени HASP-E модел су имплементирани у рачунарски програм PLAXIS заснован на методи коначних елемената преко UDSM потпрограма написаних у рачунарском језику FORTRAN. За имплементацију оба конститутивна модела развијени су експлицитни и имлицитни алгоритми за нумеричку интеграцију конститутивних релација. Верификација поступка имплементације је извршена поређењем резултата симулације триаксијалних опита у PLAXIS-у 2D са резултатима за Euler-ову интеграцију деформација дуж познате путање напона и са резултатима предвиђања других расположивих конститутивних модела за преконсолидоване глине у PLAXIS-у. Извршена је анализа ефикасности, тачности и робустности развијених алгоритама. Према добијеним резултатима, експлицитни Euler-ов поступак са аутоматском субинкрементацијом и контролом грешке је најробустнији и најтачнији, иако захтева највећи утрошак рачунарског времена.Валидација HASP-E модела је извршена кроз симулацију дренираних и недренираних цикличних триаксијалних опита и кроз примену конститутивног модела у анализи граничног проблема – понашање слоја преконсолидоване глине услед изградње насипа. Из приказаних резултата цикличних триаксијалних опита, HASP-E модел може да се користи за немонотона оптерећења, као што је растерећење тла и циклично оптерећење, може да опише хистерезисно понашање при растерећењу и поновном оптерећењу и да на адекватан начин опише величину хистерезиса. Такође, HASP-Eмодел може у цикличним триаксијалним опитима да квалитативно и уз адекватну калибрацију материјалних параметара и квантитативно добро опише понашање тла. Из приказаних резултата симулације понашања преконсолидоване глине услед изградње насипа, HASP-E модел предвиђа релативно добро слегања тла, као и генерисане порне притиске. За разлику од МСС моделa, HASP-E модел предвиђа понашања преконсолидоване глине у складу са резултатима мерења.

Opis (srp)

Грађевинарство - Механика тла, Фундирање и Геоеколошко инжењерство / Civil Engineering - Soil Mechanics, Foundation Engineering and Geoenvironmental Engineering Datum odbrane:

Opis (eng)

Describing the mechanical behavior of overconsolidated clays and formulating a constitutive model that can reproduce all the characteristics of this type of soil is a challenge in field of geotechnical engineering. The HASP constitutive model, developed in the framework of critical state soil mechanics and bounding surface concept, uses the state parameter as an important indicator of soil behavior and can describe the behavior of overconsolidated clay under monotonic loading under triaxial test conditions. The application of the HASP model in the analysis of boundary problems, as well as in describing the behavior of clay due to cyclic loading, is limited. Therefore, it is necessary to expand the relations of the HASP model, so that this model can be used to solve practical geotechnical problems.Within this dissertation, new relations for the extension of the HASP model were selected and an improved model named HASP-E model was formulated. The criteria for selection of those relations were: new relations of the HASP-E model should be simple enough to be implemented in computer program based on finite element method, the basic principles of the HASP model should be retained, all model parameters should be clearly defined and that they can be determined from conventional laboratory tests. The dependency on the Lode angle is introduced in the HASP-E model in the expressions for yield surface and bounding surface. The shape of yield surface and bounding surface match the shapes determined from experimental results. The shape of plastic potential is the same as in the HASP model. As the different shapes for yield function and plastic potential are used, the flow rule of the HASP-E model is non-associated. Small strain stiffness is included in the HASP-E model by introducing the Brick small strain overlay model to the relations of the HASP model.The basic HASP model and the HASP-E model are implemented in computer program PLAXIS based on finite element method via UDSM subroutines written in FORTRAN computer language. Explicit and implicit algorithms for numerical integration of constitutive relations have been developed. Verification of implementation procedures is performed by comparing the results of simulations of triaxial tests in PLAXIS 2D with the results of Euler’s integration of deformations for known stress paths and with the predictions of other constitutive models for overconsolidated clay available in PLAXIS 2D. The developed algorithms are further analyzed in terms of their efficiency, accuracy, and robustness. According to the analysis results, the explicit Euler’s procedure with automatic sub-incrementation and error control is the most accurate and robust although it requires the highest CPU times.The validation of the HASP-E model is done against published results of cyclic triaxial drained and undrained tests and against published results of analysis of boundary value problem – overconsolidated clay layer behavior due to embankment loading. According to the results of the simulations of triaxial tests, the HASP-E model can be used for non-monotonic loading such as unloading and cyclic loading, it can reproduce hysteretic behavior due to unloading and reloading, and it is capable to reproduce the adequate size of hysteretic loop in one cycle of unloading/reloading. Also, the HASP-E model can qualitatively and quantitatively describe soil behavior in cyclic triaxial tests with adequate calibration of material parameters. From the presented results of the overconsolidated clay behavior simulation due to the construction of embankments, the HASP-E model predicts relatively well the soil settlement, as well as the generated pore pressures. Unlike the MCC model, the HASP-E model predicts the behavior of overconsolidated clay in accordance with the measurement results.

Jezik

srpski

Datum

2024

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-NC-ND 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Nekomercijalno - Bez prerada 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Geotehnika

конститутивни модел, преконсолидоване глине, НАЅР модел, Brick модел, крутост тла при веома малим деформацијама, МКЕ, PLAXIS, метода водећег параметра, циклично понашање, нумеричка интеграција

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Geotehnika

constitutive modelling, overconsolidated clay, HASP constitutive model, Brick model, small strain stiffness, FEM, PLAXIS, governing parameter method, cyclic loading, numerical integration