Un problema principale nell'uso dei modelli di materiale non lineari sono spesso i parametri del materiale necessari a tal fine. Questo vale anche per il modello di materiale Hardening Soil modificato utilizzato in questo contributo. Questo articolo tecnico esamina l'adattamento iterativo di questi parametri tramite il confronto di dati di misura pubblicati e i risultati della simulazione agli elementi finiti. Questa indagine è ispirata alla pubblicazione di Bower et al. [1], che a sua volta fa riferimento alla pubblicazione della descrizione del modello di materiale Hardening Soil originale di Schanz et al. [2].
Tuttavia, diversamente dalla pubblicazione di Bower et al. [1], qui non è stata usata la geometria effettiva del provino, ma un singolo elemento cubico con un lato di un metro. Questo riduce notevolmente il tempo di calcolo. Poiché i modelli di materiale vengono applicati a livello di elemento, con la corretta rappresentazione delle condizioni di prova reali si dovrebbero ottenere parametri del materiale affidabili. L'appoggio è stato applicato in questi test a singolo elemento ai vertici, e l'applicazione del carico è avvenuta tramite spostamenti vincolati lineari. Per la corretta considerazione degli stati preliminari è stato utilizzato il componente aggiuntivo Stati di costruzione. Nei primi tre stati di costruzione, per l'inizializzazione delle condizioni di prova, viene determinato l'equilibrio per la struttura non deformata. Il primo stato di costruzione include in entrambi i modelli l'attivazione della geometria e delle condizioni al contorno con proprietà dei materiali linearizzate. Successivamente avviene l'attivazione delle proprietà dei materiali non lineari. Poi, se necessario, avviene l'applicazione del carico isotropo, seguita dall'applicazione dei carichi di prova per i quali sono attivati i supporti lineari deformati.
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La simulazione della prova del materiale in condizioni edometriche consiste in un appoggio fissato dei nodi alla base e in un appoggio dei nodi sulla parte superiore fissato eccetto che nella direzione verticale. È stato applicato solo un peso proprio minimo e nessun carico isotropo. L'applicazione del carico controllata tramite deformazione è avvenuta in nove fasi di carico e scarico alternato fino a una deformazione massima di 24 mm (equivalenti al 24.0 ‰). Questo carico ciclico è stato realizzato tramite combinazioni di carico incrementali utilizzando fattori di moltiplicazione parametrizzati nelle impostazioni dell'analisi statica. L'immagine seguente mostra una vista di questo modello con i parametri globali associati:
Il calcolo della prova del materiale triaxiale è stato costruito in modo simile. L'appoggio dei nodi è stato realizzato senza vincoli con prevenzione della rotazione. Inoltre, per corrispondere alle condizioni di prova è stato applicato un carico isotropo di 300 kN/m². L'applicazione del carico di prova è avvenuta tramite uno spostamento vincolato della parte superiore, senza carico e scarico ciclico, fino a uno spostamento verticale massimo di 150 mm. Nell'immagine seguente è mostrato il modello descritto.
I modelli associati possono essere scaricati dai seguenti link:
- KB 1976 | Test del singolo elemento - Condizioni edometriche - Modello di materiale del suolo indurito modificato
- KB 1976 | Test di elementi singoli - Condizioni triaxiali - Modello di materiale del suolo indurito modificato
La parte più problematica è l'adattamento a due curve di prova. Per la stabilità numerica è stata quindi fissata una coesione minima più alta di 1,0 kPa per la simulazione delle condizioni triaxiali. L'immagine seguente mostra i parametri del materiale determinati per le condizioni edometriche per il modello di materiale Hardening Soil modificato:
Per determinare questi valori, come menzionato all'inizio, è stato effettuato un confronto tra le curve di prova pubblicate e i risultati di simulazione equivalenti. A tal fine, sono stati utilizzati i diagrammi di calcolo incatenati implementati in RFEM 6. Oltre a offrire una buona panoramica dello sviluppo dei singoli risultati, questi possono essere esportati in Excel nella scheda "Tabella". Le immagini seguenti mostrano i diagrammi di calcolo determinati in questo studio per il calcolo delle prove del materiale edometrico e triaxiale.
La discrepanza tra i risultati della simulazione e le curve di prova del materiale può ora essere valutata otticamente o tramite metodi statistici. L'immagine seguente mostra i risultati ottenuti qui a confronto con i dati sperimentali pubblicati. Come si può vedere, la corrispondenza delle condizioni edometriche fino a un livello di tensione medio (circa 100 kPa) è molto buona, mentre il comportamento successivo è troppo rigido. I moduli di carico e scarico nei primi due cicli sono troppo bassi, mentre nell'ultimo sono troppo alti. Nel confronto con la prova triaxiale ripetuta tre volte, si nota che la rigidezza iniziale è troppo bassa e segue una curvatura troppo forte. Questo indica un valore troppo basso per l'indurimento al taglio (CSH). Infine, il livello costante di tensione viene raggiunto troppo presto e rimane inferiore rispetto alle curve sperimentali (~715 kPa/760 kPa ~ 94,1 %). Il coefficiente di correlazione di Pearson, che può essere visto come una misura della dipendenza tra la curva di misura e di simulazione, è, a seconda del metodo di interpolazione per l'assegnazione del valore misurato, pari a 0,90 e 0,94 per le condizioni edometriche e 0,88 e 0,91 per la prova triaxiale.
