Διερεύνηση της μη-γραμμικής συμπεριφοράς των εδαφικών υλικών με προσομοίωση του ερπυσμού

Abstract

The present dissertation develops a constitutive behavioral framework for structured soils with time-dependent characteristics. The model builds on previously developed models for structured soils and includes additional structural features (e.g. a strength envelope degradation with plastic strains) and, mainly, a complete set of time-dependent characteristics. The model is founded on the classical theory of elastoplasticity integrated within the overstress theory (Perzyna, 1962 & 1966). Both aging effects (leading to an increase of strength through the increase of the preconsolidation pressure) and creep induced failure (stemming from the strength envelope evolution due to creep strains) are accounted for within the definition of the governing constitutive equations. The model is evaluated through single point and element based numerical analyses and, mainly, against experimental measurements. It is established that the proposed mechanical framework can simulate accurately the underlying mechanisms associated with creep failure and aging. The developed model was used in the analysis of slope stability and the above features were successfully modeled by predicting a retrogressive slope instability mechanism triggering failure in a saturated slope.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή καταστρώνεται ένα νέο χρονικά εξαρτημένο καταστατικό πλαίσιο συμπεριφοράς. Το καινούριο αυτό πλαίσιο θεμελιώνεται πάνω στις ελαστοπλαστικές αρχές των δομημένων γεωυλικών ενώ παράλληλα ενσωματώνει ένα επιπλέον σύνολο δομητικών και χρονικά εξαρτημένων χαρακτηριστικών. Το εξιδανικευμένο προσομοίωμα θεμελιώνεται επί της κλασσικής θεωρίας πλαστικότητας των εδαφικών υλικών ολοκληρούμενη εντός του πλαισίου της θεωρίας υπερφόρτισης. Τόσο ο μηχανισμός γήρανσης (που οδηγεί σε αύξηση της αντοχής) όσο και ο μηχανισμός ερπυστικής αστοχίας (που απορρέει από την απομείωση της περιβάλλουσας αστοχίας) ενσωματώνονται επιτυχώς εντός των καταστατικών εξισώσεων. Το εξιδανικευμένο προσομοίωμα αξιολογείται σε αριθμητικές αναλύσεις υλικού σημείου και σε επίπεδο πεπερασμένων στοιχείων καθώς και έναντι εργαστηριακών δοκιμών. Αποδεικνύεται ότι το χρονικά εξαρτημένο καταστατικό πλαίσιο συμπεριφοράς προσομοιώνει επιτυχώς τους μηχανισμούς γήρανσης και ερπυστικής αστοχίας (μέσω της συσσώρευσης ανελαστικών παραμορφώσεων). Το προτεινόμενο εξιδανικευμένο προσομοίωμα χρησιμοποιήθηκε επιτυχώς στην πρόβλεψη του μηχανισμού προοδευτικής αστοχίας σε ένα πλήρως κορεσμένο πρανές.