Comparison of frictional material models with respect to shear band initiation

Abstract

The existing elasto-plastic models of geomaterials have been developed on the basis of experiments in which uniform straining was attempted. The shear bands observed in experiments have been described directly without direct relation to the elasto-plastic models. However, shear band initiation can be considered as an instability of plastic flow; consequently the material behaviour under uniform deformation and the occurrence of a shear band can be considered as coupled phenomena. In this Paper the coupling relations are elaborated and applied in the calculation of shear band initiation for a range of popular constitutive models of materials like drained clay, sand, concrete and rock. It is found that amongst the popular elasto-plastic models large variations in the predicted slope of the shear band and the predicted instant of initiation occur. Les modèles élasto-plastiques des sols existants ont été développés sur la base d'essais dans lesquels une déformation uniforme est imposée. La formation des surfaces de glissement observées dans les essais a été décrite directement sans la mettre en relation directe avec les modèles élasto-plastiques. Cependant la formation d'une surface de glissement peut être considérée comme une instabilité de fluage plastique; alors le comportement du matérial sous une déformation uniforme et la formation des surfaces de glissement peuvent être considérés comme des phénomènes couplés. Dans cet article les équations, qui traduisement cette relation, sont établies et appliquées dans un calcul de la formation d'une surface de glissement pour une série de modèles classiques de comportement de matériaux tels que argile drainée, sable, béton et roche. Il est constaté que, parmi les modèles classiques élasto-plastiques, de grandes variations existent dans les prévisions de l'inclinaison de la surface de glissement et de l'instant de son apparition.