La localisation de la déformation dans les milieux granulaires
Strain localisation in granular media
Résumé
This study is devoted to strain localisation in Granular materials. Both experimental and theoretical results have been obtained.
The first part of the thesis is a review of the methods and theories about rupture in sols mechanics and more generally, in solid mechanics. The classical framework of Shear Band analysis is presented, and the main results available for different classes of materials are discussed.
The second part describes an experimental study of strain localisation in sand specimens tested in a specially designed plane strain apparatus. Strain field measurement are performed, using stereophogrammetry. The onset of localisation, and development of shear bands is described in details, and the influence of different experimental and material parameters is investigated.
The third part is a theoretical study of the extension of the classical (Rice-Hutchinson) approach of shear banding (so called shear band analysis, leading to Rice bifurcation criterion) to the case of thorougly non-linear rate-type constitutive equations. A heuristic model is developed and analysed using the extended framework, with consistent and interesting results.
The first part of the thesis is a review of the methods and theories about rupture in sols mechanics and more generally, in solid mechanics. The classical framework of Shear Band analysis is presented, and the main results available for different classes of materials are discussed.
The second part describes an experimental study of strain localisation in sand specimens tested in a specially designed plane strain apparatus. Strain field measurement are performed, using stereophogrammetry. The onset of localisation, and development of shear bands is described in details, and the influence of different experimental and material parameters is investigated.
The third part is a theoretical study of the extension of the classical (Rice-Hutchinson) approach of shear banding (so called shear band analysis, leading to Rice bifurcation criterion) to the case of thorougly non-linear rate-type constitutive equations. A heuristic model is developed and analysed using the extended framework, with consistent and interesting results.
Ce mémoire présente une étude expérimentale et théorique de la locaisation dans les matériaux granulaires.
La première partie se présente comme une revue des méthodes et théories de la mécanique des sols (ou plus généralement des solides) qui ont trait, de près ou de loin, à la rupture localisée. Les différentes approches sont examinées sous l'angle du rôle joué par la notion de déformation localisée. Les concepts de base de l'analyse de bifurcation par localisation en bande de cisaillement sont exposés, et les principaux travaux discutés.
La seconde partie rend compte d'une étude expérimentale réalisée à l'essai biaxial, avec visualisation quantitative (mesure de champs de déformation) de l'apparition et du développement de la localisation au cours de l'essai. Une méthode de mesure de champs, la stéréophotogrammétrie de faux relief, a été développée et on l'expose en détail. Les résultats discutés concernent la naissance de la localisation, la façon dont elle se propage, les variations de volume au sein de la bande de cisaillement, le rôle des imperfections de l'essai.
La partie théorique concerne l'analyse de bifurcation par localisation. Après avoir rapproché quelques études concernant le matériau élastoplastique non standard, et discuté le rôle de l'angle de dilatance dans ces prévisions, on s'intéresse à l'application du cadre classique de cette analyse aux cas des lois incrémentalement non linéaires; la nécessité d'une extension de ce cadre est avancée, et la mise en oeuvre du cadre élargi sur une loi heuristique permet d'illustrer la pertinence de cette approche générale.
La première partie se présente comme une revue des méthodes et théories de la mécanique des sols (ou plus généralement des solides) qui ont trait, de près ou de loin, à la rupture localisée. Les différentes approches sont examinées sous l'angle du rôle joué par la notion de déformation localisée. Les concepts de base de l'analyse de bifurcation par localisation en bande de cisaillement sont exposés, et les principaux travaux discutés.
La seconde partie rend compte d'une étude expérimentale réalisée à l'essai biaxial, avec visualisation quantitative (mesure de champs de déformation) de l'apparition et du développement de la localisation au cours de l'essai. Une méthode de mesure de champs, la stéréophotogrammétrie de faux relief, a été développée et on l'expose en détail. Les résultats discutés concernent la naissance de la localisation, la façon dont elle se propage, les variations de volume au sein de la bande de cisaillement, le rôle des imperfections de l'essai.
La partie théorique concerne l'analyse de bifurcation par localisation. Après avoir rapproché quelques études concernant le matériau élastoplastique non standard, et discuté le rôle de l'angle de dilatance dans ces prévisions, on s'intéresse à l'application du cadre classique de cette analyse aux cas des lois incrémentalement non linéaires; la nécessité d'une extension de ce cadre est avancée, et la mise en oeuvre du cadre élargi sur une loi heuristique permet d'illustrer la pertinence de cette approche générale.