A model for the deformation and flow of granular material undergoing monotonic shear loading

Abstract

A simple mechanical analogue is presented which provides an insight into the diverse mechanical behaviour of granular materials. It involves a ball that deforms and roils between two parallel platens and models shear deformation, compaction and dilation. The analogue can be used as an aid to the understanding of deformation and flow in both drained and undrained tests. A mathematical version of this model is formulated, using plasticity and the mathematical theory of envelopes, which identifies the circumstances for both associated and non-associated flow. The parameters that control the size and shape of the yield surface change during deformation. This allows the model to produce qualitative predictions which compare well with the published behaviour of real materials. In particular, some light has beea shed on the poorly understood deformation behaviour of sands under undrained conditions. L'article présente un analogue très simple qui donne un aperçu du comportement divers mécanique des matières granuleuses. L'analogue emploie une bille qui se déforme en roulant entre deux plateaux parallèles pour simuler la déformation au cisaillement, la compaction et la dilatation. Il peut être utilisé pour faciliter la compréhension de la déformation et de l'écoulement ayant lieu dans des essais drainés et non-drainés. A l'aide de la plasticité et de la théorie mathématique des enveloppes une version mathématique du modèle est formulée qui identifie les circonstances pour l'écoulement associé et non-associé Les paramètres qui gouvernent la valeur et la forme de la surface d'écoulement se modifient pendant la déformation, de sorte que le modèle donne des prédictions qui ne le cèdent en rien au comportement connu des matières réelles. L'article clarifie en quelque sorte le problème mal compris du comportement en déformation des sables dans des conditions nondrainées.