ABSTRACT:

This paper presents the first part of the work that is currently being developed on an efficient finite element implementation for the solution of problems which involve the hydromechanical coupling in fractured rock masses. The multilaminar concept is used to describe the mechanical behaviour of the fractured rock mass as an equivalent continuum. Barton-Bandis model was chosen to describe the behaviour of the joints. The nonlinearities of the constitutive relations are dealt with by means of viscoplasticity/viscoelasticity where the steady state solution is sought, being time a fictitious quantity in the analysis. This approach, however, requires the establishment of appropriate time steps and, in this paper, we emphasize the study of the computational technique in terms of efficiency, convergence and stability of the numerical implementation. A finite element program is being developed where self-adaptive time steps are automatically calculated. The analysis is restricted to quasi-static motion in the regime of small strains and displacements.

ZUSAMMENFASSUNG:

Dieser Artikel zeigt den ersten Teil der Arbeit, die zur Zeit unter entwicklung ist. Es handelt sich um eine wirksame Finite Elemente Implementierung fur die Lösunq von Probleme, die sich mit hydromechanischen Kopplung in klueftigen Felsen beschaftigen. Das multilaminare Konzept wird verwendet, urn das mechanische Verhalten der klueftigen Felsen wie ein gleichwertiges Kontinuum zu beschreiben. Das Barton-Bandis Modell wird gewahlt, um das mechanische Verhalten der Klufte zu beschreiben. Die nichtlinearitaten der konstitutiven Gesetze werden durch die Viskoplastizitat-Viskoelastizitat berucksichtigt, wo die Zeit eine Scheinquantitat ist, weil einfach die stationare Lösung gesucht wird. Diese Einstellung beansprucht jedoch die Setzung von geeigneten Zeitschritten. wir unterstreichen in diesem Artikel die Analyse der numerischen Eigenschaften der Algoritmen in Beziehung zu Leistungfahigkeit, Konvergenz und Stabilitat. Ein Finit-Element-Program wird entwickelt, in dem adaptive Zeitschritte automatisch calculiert werden. Die Analyse wird zu quasi-statischer Bewegung, kleinen Dehnungen und Verschiebungen beschrankt.

RÉSUMÉ:

Ce travail presente la première part d'un project couramment en development ayant pour but une implementation efficiente par elements finis pour la solution des problèmes de couplage hydromecanique en milieux fissures. Le concept multilaminaire est utilise pour decrire le comportement mecanique du massif rocheux comme un milieu continu equivalent. Le model de Barton-Bandis a etê choisi pour decrire le comportement mecanique des joints. Les nonlinearites des relations constitutives sont traitees en utilisant la viscoplasticite-viscoelasticite où on cherche la solution en regime permanent. Le temps dans ce cas est une variable fictive. Cette procedure, cependent, demande l'etablissement d'un interval de temps approprie et dans ce travail, nous accentuons l'etude des caracteristiques de convergence, stabilite et efficacite de l'implementation numerique. On develope couramment un programe d'elements finis où un interval de temps auto-adaptatif est automatiquement calcule. L'analyse est limitee à la situation quasi-statique en regime de petites deformations et petits deplacements.

1 INTRODUCTION

The problems in fractured rock masses which involve the hydromechanical (HM) coupling are of great interest nowadays, especially in problems concerning the design of underground structures and in dam foundations. In this work we present an implementation of the HM coupling as an ‘equivalent continuum’ where the multilaminar concept, first introduced by zienkiewicz and Pande (Zienkiewicz et al. 1977), is used in the description of the mechanical behaviour of both the intact rock and the families of the joints. Also, we consider the HM coupling as a sequence of permanent states with fluid flow taking place exclusively along the joints. Barton-Bandis (B-B) model, which incorporates the HM coupling, is chosen to model the joints. In this model, the relationships between shear stresses/shear displacements/ dilantancy and normal stresses/normal displacements are nonlinear and are described as elastoplastic and nonlinear elastic, respectively.

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