Incremental Numerical Solution of a Simple Deformation Problem in Soil Mechanics

Abstract

Synopsis During the past decade advances in the techniques of laboratory testing of soil materials have led to the development of constitutive theories which are perhaps lacking in generality and liable to modification as further experimental evidence comes to light. However, in principle they make possible the solution of some boundary value problems for soils throughout the range of deformations up to collapse. Concurrently computer-orientated methods of stress analysis have progressed to the point where the inherently non-linear, state dependent behaviour of soil continua can be treated on a step-by-step basis. This Paper brings together these two advances, in that the displacement finite element computation method is used to solve the boundary value problem of plane strain expansion of thick-walled hollow cylinders of soil. Drained cohesionless materials are assumed to deform consistently with the stress-dilatancy flow concept, and fully drained clays consistently with the Cam clay flow model. The predictions of the theories are compared with experimental results, and it is suggested that the approach serves as a complement to the usual limit analysis solutions prevalent in soil mechanics. Au cours des dix dernières années, les progrès réalisés dans les techniques d'essais en laboratoire des matières du sol ont mené au développement de théories relatives à la constitution qui manquent peut-être d'une qualité de généralisation et peuvent subir des modifications à mesure que des témoignages expérimentaux ultérieurs apparaissent. Elles permettent cependant, en principe, de résoudre certains problèmes de valeur limite pour les sols dans la gamme entière des déformations jusqu'à l'affaissement. D'une façon correspondante, des méthodes utilisant des ordinateurs pour l'analyse des contraintes ont fait des progrès jusqu'au point où le comportement non linéaire d'une façon inhérente, dépendant de l'état des masses du sol, peut être traité sur une base allant de stade en stade. Le présent Exposé rapproche ces deux méthodes résultant des progrès réalisés, en ce que la méthode de calcul du déplacement de l'élément fini est utilisée pour résoudre le problème de la valeur limite de l'expansion de la déformation plane des cylindres de sol creux à paroi épaisse. Les matériaux drainés sans cohésion sont supposés se déformer d'une façon correspondant au concept du flux de dilatance par contrainte, et les argiles complètement drainées d'une façon correspondant à la maquette de flux à travers l'argile de Cam. Les prévisions des théories sont comparées aux résultats expérimentaux, et il est suggéré que la méthode d'étude sert à compléter les solutions par analyse à limite habituelle régnant dans la mécanique des Sols.