Severn–Trent sand: a kinematic-hardening constitutive model: the q–p formulation

Abstract

A simple model is described which is able to represent the mechanical behaviour of granular soils over a wide range of void ratios and mean stresses (neglecting grain crushing). The model combines Mohr–Coulomb failure, critical states, dependence of strength and stiffness on the state parameter, a hyperbolic law for plastic stiffness degradation and a flow rule similar to that of Cam Clay. The model is formulated within the framework of kinematic hardening and bounding-surface plasticity. The model requires two elastic and eight plastic parameters which are linked to clear physical features of the mechanical response. The formulation and numerical implementation are eased by making use of a 'normalized' stress space in which the stress– strain response shows no strain softening. The model is validated by comparison with experimental results obtained from triaxial tests on Hostun sand covering a wide range of density and stress level. Some proposals are made for possible future developments of the model within the same underlying framework. Nous décrivons ici un modèle simple capable de représenter le comportement mécanique des sols granuleux sur une vaste gamme de taux de pores et de contraintes moyennes (sans tenir compte de l'écrasement des grains). Ce modèle combine la défaillance Mohr-Coulomb, les états critiques, l'assujettissement de la force et de la rigidité au paramàtre d'état, une loi hyberbolique pour la dégradation de rigidité plastique et une règle ďécoulement similaire à celle de Cam-Clay. Le modèle est formulé dans le cadre du durcissement cinématique et de la plasdcité de surface limite. Le modèle demande deux paramètees èlastiques et huit paramètees plastiques qui sont liés à des caractérisdques physiques claires de la réponse mécanique. La formulation et la mise en oeuvre numérique àsont facilitées par ľutilisation ďun espace de contrainte 'normalise' dans lequel la réponse contrainte-dé;formation ne montre aucun amollissement dû à la déformation. Le modèle est validé par une comparaison avec les résultats expérimentaux obtenus àla suite ďessais sur trois axes sur du sable de Hostun couvrant une vaste gamme de densités et de niveaux de contrainte. Nous proposons certaines possibilités de développement du modèle à ľintérieur du même cadre de travail.