The thickness of shear bands in granular materials

Abstract

Cosserat's theory for granular materials under plane strain conditions of deformation is presented. The constitutive equations discussed are a generalization of the j2 deformation theory of plasticity for frictional materials with internal constraint. Shear band formation is treated as a bifurcation problem and predictions about the state of bifurcation, the shear band orientation and the evolution of its thickness are made. The theoretical predictions are tested against experimental results from biaxial tests on sand specimens. Dans cet article on présente une théorie de Cosserat pour des matériaux pulvérulents soumis à des déformations planes. Les équations rhéologiques proposées représentent une généralization de la théorie de la deformation J2 pour les matériaux à frottement interne avec contraintes internes. La formation de bandes de cisaillement y est traitée comme étant un probléme de bifurcation et on y fait des prédictions à propos de l'état de bifurcation, de l'orientation de la bande de cisaillement et de l'évolution de son épaisseur. Les prédictions basées sur la théorie sont comparées à des résultats expérimentaux obtenus dans des essais biaxiaux avec des échantillons de sable.