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Analysis of Geotechnical Problems with ABAQUS
CONTENTS
Lecture 1
Introduction
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L1.2
Classical and Modern Design Approaches. . . . . . . . . . . . . . . . . . . L1.3
Some Cases for Numerical (Finite Element) Analysis. . . . . . . . . . L1.8
Experimental Testing and Numerical Analysis . . . . . . . . . . . . . . L1.11
Requirements for Realistic Constitutive Theories . . . . . . . . . . . . L1.13
Lecture 2
Physical Testing
Physical Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L2.2
Basic Experimental Observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L2.4
Testing Requirements and Calibration of Constitutive Models . . L2.11
Lecture 3
Constitutive Models
Stress Invariants and Spaces. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.2
Overview of Constitutive Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.10
Elasticity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.12
Mohr-Coulomb Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.15
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.17
Usage and Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.24
Modified Drucker-Prager Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.28
Linear Drucker-Prager Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.31
Hyperbolic Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.35
Exponent Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.38
Flow in the Hyperbolic and Exponent Models . . . . . . . . . . . . L3.40
Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.43
Matching Experimental Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.45
Linear Drucker-Prager Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.50
Hyperbolic Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.52
Exponent Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.53
Matching Mohr-Coulomb Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.55
Matching Plane Strain Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.59
Matching Triaxial Test Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.62
Coupled Creep and Drucker-Prager Plasticity . . . . . . . . . . . . . . . L3.64
Basic Assumptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.64
Creep Laws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.67
Time Hardening Creep Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.67
Strain Hardening Creep Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.67
Singh-Mitchell Creep Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.68
Creep Flow Potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.68
Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.69
Modified Cam-Clay Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.71
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.75
Usage and Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.84
Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.89
Modified Cap Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.95
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.97
Usage and Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.106
Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.111
Coupled Creep and Cap Plasticity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.117
Basic Assumptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.117
Cohesion Creep . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.119
Consolidation Creep . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.121
Creep Laws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.121
Creep Flow Potentials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.122
Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.124
Jointed Material Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.126
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.130
Usage and Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.137
Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.142
Numerical Implementation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.148
Lecture 4
Analysis of Porous Media
Basic Assumptions and Effective Stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.3
Stress Equilibrium and Flow Continuity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.8
Types of Analyses and Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.17
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.29
Fully Saturated Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.29
Partially Saturated Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.40
Lecture 5
Modeling Aspects
Element Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L5.2
Infinite Domains. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L5.4
Pore Fluid Surface Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L5.26
Geostatic States of Stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L5.28
Element Addition and Removal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L5.34
Lecture 6
Example Problems
Dry Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.3
Limit Analysis of Foundation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.3
Slope Stability Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.20
A Dynamic Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.33
Saturated Problems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.44
Consolidation Problem (Transient) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.44
Dam Problem (Steady-State) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.53
Partially Saturated Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.77
Demand Wettability Problem (Uncoupled) . . . . . . . . . . . . . . . L6.77
Desaturation of Soil Column (Transient) . . . . . . . . . . . . . . . . L6.98
Phreatic Surface Calculation (Steady-State) . . . . . . . . . . . . . L6.114
Excavation and Building Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.127
Tunneling Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.128
Appendix A
Stress Equilibrium and Fluid Continuity Equations
Fully Saturated Fluid Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A.2
Special Cases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A.5
Partially Saturated Fluid Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A.11
Special Cases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A.15
Appendix B
Bibliography of Geotechnical Example Problems
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