1. Micromechanical modelling for the nonlinear behaviour of porous media : Applications to compacted clays
- Author
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Barboura, Salma, Barboura, Salma, Institut Jean le Rond d'Alembert (DALEMBERT), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, and DUMONTET Hélène, Professeur à l'Université Paris 6(dumontet@ccr.jussieu.fr)
- Subjects
Micromechanical approach ,Iterative process ofhomogenization ,Comportement hydro-mécanique non linéaire ,Approche micromécanique ,Argiles compactées ,[SPI.MECA]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph] ,Secant linearizations ,Compacted clays ,Nonlinear hydro-mechanical behaviour ,[SPI.MECA] Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph] ,Linéarisations sécantes ,Porousmedia ,Matériaux poreux ,Processus itératif d'homogénéisation - Abstract
This work is devoted to the modelling of the hydro-mechanical behaviour of linear and nonlinear porous media by micromechanical approach. The developed models are illustrated by an application in geomechanics with the simulation of compacted clay be- haviours. The proposed modelling is based on an iterative approach of homogenization coupled with linear predictive schemes of the effective moduli. The linear behaviour of the medium is obtained firstly by successive homogenizations of intermediate porous media formed by progressive additions of low porosities. At convergence, the iterative process leads to the same equivalent behaviour of the porous media for any homo- genization method used at each step and for any porosity too. This result allows to unify the predictions of the explicit linear schemes which coincide usually only for low porosities. This iterative approach of homogenization is then extended to predict the nonlinear behaviour of porous media by a secant linearization of the skeleton's behaviour. The predictive linear methods are used to homogenize the linearized porous media by suc- cessive iterations. The coupling of the iterative process leads, as in the linear, to the same homogenized nonlinear response for any porosities and linear schemes used. The performances of the iterative process of homogenization are illustrated through various tests in linear, nonlinear elasticity and elastoplasticity. The iterative micromechanical approach is also used to estimate the e®ective yield surface of porous media. Finally, this micromechanical model is applied for simulating the behaviour of experimentally compacted argillaceous porous media. Observations on this study were performed on two scales. Under oedometric compaction, clays present an elastoplastic behaviour during the loading and the behaviour observed is elastic during unloading. The elastic and elastoplastic identifications of skeleton's properties are carried out by inverse homogenization. Then, the macroscopic behaviour of clays is simulated by the iterative approaches of homogenization. An improvement of the models by porosity's actualization in loading leads to good agreements with the experimental behaviour., Ce travail est consacré à la modélisation du comportement hydro-mécanique de milieux poreux linéaires et non linéaires par approche micromécanique. Les modèles développés sont illustrés par une application en géomécanique avec la simulation du comportement d'argiles compactées.La modélisation proposée s'appuie sur une approche itérative d'homogénéisation couplée aux schémas prédictifs linéaires des modules effectifs. Le comportement d'un milieu linéaire est tout d'abord obtenu par homogénéisations successives de milieux poreux intermédiaires formés par ajouts progressifs de faibles porosités. A convergence, le processus itératif conduit à un même comportement équivalent du milieu poreux quelque soit la méthode d'homogénéisation utilisée à chaque étape et quelque soit le taux de porosité du milieu. Ce résultat permet d'unifier les prédictions des schémas linéaires explicites de la littérature qui concordent habituellement seulement pour des faibles porosités. Cette approche itérative d'homogénéisation est ensuite étendue à la prédiction du comportement non linéaire de milieux poreux en procédant à des linéarisations sécantes du comportement des squelettes. Les schémas prédictifs linéaires sont exploités pour homogénéiser le milieu poreux ainsi linéarisé par itérations successives. Le couplage du processus itératif conduit, comme en linéaire, à la construction d'une même réponse non linéaire homogénéisée quelque soit le taux de porosité et le schéma prédictif utilisé. Les performances du processus itératif d'homogénéisation sont illustrées à travers différents tests en élasticité linéaire, non linéaire et élastoplasticité. Des validations par confrontation à des modèles de la littérature sont menées. L'approche micromécanique itérative est également exploitée pour construire des surfaces d'écoulement plastique de milieux poreux. Enfin, la modélisation est appliquée à la simulation de comportement de milieux argileux compactés qui avaient fait l'objet d'une étude expérimentale détaillée aux deux échelles. Sous chargement de compaction oedométrique, les argiles présentent un comportement élastoplastique et lors de la décharge, le comportement observé est élastique. Des identifications des propriétés élastiques et élastoplastiques des squelettes sont tout d'abord effectuées par homogénéisation inverse. Puis, le comportement macroscopique des argiles est simulé par les approches itératives d'homogénéisation. Un enrichissement des modèles par l'actualisation de la porosité au cours du chargement permet de reproduire de fa»con satisfaisante le comportement expérimental.
- Published
- 2007