Evaluation of a constitutive model for overconsolidated clays

Abstract

This Paper evaluates the performance of a generalized effective stress soil model for predicting the rate-independent behaviour of K" normally to moderately overconsolidated clays. The model formulation comprises three components: an elasto-plastic model for normally consolidated clay including anisotropic and strain softening behaviour, equations to describe the small strain non-linearity and hysteretic response in unloading and reloading, and bounding surface plasticity for irrecoverable, anisotropic and path-dependent behaviour of overconsolidated clays. Model complexity is controlled through the use of input parameters which can be obtained from a relatively small number of standard soil tests. The Paper illustrates the selection of model input parameters for a low plasticity, moderately sensitive clay and compares the selected values for different types of clay. Extensive comparisons with measured data from undrained shear tests performed in different modes of shearing and with overconsolidation ratios of up to 8, show that the model gives excellent predictions of conditions at maximum shear stress and describes accurately the non-linear shear stress-strain behaviour. However, it becomes less reliable at OCR > 4, where it tends to overestimate the shear strength in compression and underestimate that in extension. Further comparisons with test data from the directional shear cell demonstrate model capabilities for describing anisotropic properties of Boston blue clay due to a one-dimensional consolidation stress history. The overall high quality of the predictions reported has provided the basis for implementing the model in a general non-linear finite element analysis L'article étudie l'efficacité d'un modèle généralisé de sol, en contrainte effective, qui permet de prévoir le comportement d'argiles K0-normalement à modérément surconsolidées. Le modèle se décompose en trois parties: un modéle élasto-plastique décrivant le comportement d'argiles normalement consolidées, y compris pour des comportements anisotropes et radoucissement des déformations; des équations décrivant la réponse non linéaire, à hystérésis, de petites déformations lors de cycles déchargement-chargement; plasticité des surfaces de liaison décrivant le comportement d'argiles surconsolidées. Ce comportement non réversible et anisotrope est fonction du chemin des contraintes. La complexité du modèle est contrôlée á l'aide de paramétres d'entrée qui peuvent être obtenus á partir d'un nombre relativement réduit d'essais standards. L'article décrit la sélection de ces paramétres d'entrée pour une argile faiblement plastique et modérément sensible. Il compare également les valeurs sélectionnées pour différents types d'argiles. Des comparaisons extensives ont été réalisées avec des données mesurées au cours d'essais de cisaillement non drainés, pour différents modes de cisaillement et pour des ratios de surconsolidation pouvant atteindre une valeur de 8. Elles montrent que le modèle prédit trés bien les conditions á contrainte de cisaillement maximale et qu'il décrit précisément le comportement contrainte-déformation, non linéaire, en cisaillement. Il devient cependant moins fiable pour un OCR 4, et pour lequel la résistance au cisaillement tend á être surestimée en compression et sous-estimée en extension. D'autres comparaisons avec les données expérimentales issues de la cellule à cisaillement directionnel, montrent que le modéle permet de décrire les propriétés anisotropes, liées à un historique des contraintes de consolidation unidimensionnel, de l'argile bleue de Boston. La trés bonne qualité des prédictions permet d'envisager la transformation de ce modéle en un algorithme plus généra], non linéaire, d'éléments finis.