Numerical analysis of strain localization in one- and two-phase geomaterials
Wariant tytułu
Numeryczna analiza zjawisk lokalizacji odkształceń w jednofazowym i dwufazowym ośrodku geotechnicznym
Autor
Stankiewicz, Anna
Promotor
dr hab. inż. Jerzy Pamin, prof. PK
Data wydania
2007
Wydawca
[s.n.]
Język
angielski
Abstrakt
W pracy został przeanalizowany problem niestateczności i lokalizacji odkształceń oraz ciśnień porowych w materiałach ziarnistych. Do analizy w zakresie plastycznym użyto modelu Cam-clay w wersji lokalnej oraz zregularyzowanej (człon gradientowy) dla ośrodka jednofazowego (stan zatrzymanego i swobodnego drenażu) i dwufazowego. Uwzględniono nieliniowe zachowanie materiału w zakresie sprężystym. Gradientową wersję modelu zaproponowano dla uniknięcia pasożytniczej zależności rozwiązań uzyskanych metodą elementów skończonych od dyskretyzacji. Przedstawiono opis klasycznej gradientowej wersji teorii dla ośrodka jedno- i dwufazowego oraz ich numeryczną implementację. Obliczenia prowadzono w rozwijanej wersji pakietu FEAP po wcześniejszym zaimplementowaniu własnych procedur. Oprogramowany został model materiału Cam-clay oraz trzy elementy skończone. Były to: element dwupolowy z aproksymacją pola przemieszczeń i (nadwyżki) ciśnień porowych, element dwupolowy z aproksymacją pól przemieszczeń i mnożnika plastycznego i ostatecznie element trójpolowy z dyskretyzacja wszystkich trzech wymienionych wcześniej pól. Przedyskutowano wyniki podstawowych testów jednoelementowych oraz typowego zagadnienia powstawania pasm ścinania w dwuosiowo ściskanej próbce gruntu. W obliczeniach szczególną uwagę zwrócono na wpływ fazy ciekłej na rozwiązania zagadnień niestateczności materiału.
In the thesis the problem of instability as well as strain and pore pressure localization in granular materials is approached. In the analysis the modified Cam-clay plasticity model is used in its local and enhanced version for a one- and two-phase medium. The plastic model is combined with nonlinear elasticity. The gradient-enhancement of the model is proposed in order to avoid the spurious discretization sensitivity of finite element solutions. The classical and gradient-dependent versions of the theory for one- and two-phase soil and their numerical implementation are summarized. Calculations are performed using the development version of the FEAP finite element package. The numerical material model and the algorithms are incorporated into the FEAP in the following steps:
-local version of Cam-clay model for one-phase medium
-two-field finite element with discretization of displacements and pore pressure
-two-field finite element with discretization of displacements and plastic multiplier
-three-field finite element with discretization of displacements, excess pore pressure and plastic multiplier
Basic one-element tests and a typical shear banding benchmark of biaxially compressed soil specimen are discussed.
In the analysis the attention is focused on the influence of fluid phase on soil instabilities.
