Impiego di un modello costitutivo avanzato per lo studio del comportamento di scavi in terreni a grana fine

This thesis is on the implementation of an advanced constitutive model for natural clays and its use for the study of the behavior of excavations in fine-grained soils. The constitutive model, which can be used to model the behavior of structured soils, has been implemented in the finite element code Abaqus, writing a umat following an explicit integration scheme. A simple procedure of calibration for the constitutive parametres and the initialization of the state variables is proposed in the thesis, based on common laboratory test results. Some numerical analyses of ideal excavations in fine-grained soils were carried out, considering different drainage conditions; the effect of initial soil conditions on the behavior of the excavation was investigated: specifically it was observed that the effect of the loss of structure caused by the development of plastic strains can play a key role in the stability of the excavation. Finally, a numerical simulation of a deep excavation in Shanghai Clay was performed, and the ability of the constitutive model to predict the behavior of a real excavation was tested.

L'argomento della tesi riguarda l'implementazione di un modello costitutivo avanzato per argille naturali ed il suo utilizzo per lo studio del comportamento degli scavi in terreni a grana fine. Il modello costitutivo, che può essere utilizzato per modellare il comportamento di terreni dotati di struttura, è stato implementato nel codice di calcolo agli elementi finiti Abaqus, atraverso la compilazione di una Umat che segue uno schema d'integrazione di tipo esplicito. I parametri costitutivi e le variabili di stato, di cui si fornisce un'interpretazione fisica, possono calibrarsi attraverso una semplice procedura che è proposta nella tesi. L'impiego del modello costitutivo nelle analisi numeriche di scavi ideali in terreni a grana fine, svolte considerando diverse condizioni di drenaggio, ha permesso di valutare l'effetto delle condizioni iniziali del terreno sul comportamento dello scavo, ed in particolar modo si è osservato che l'effetto della perdita di struttura causato dallo sviluppo di deformazioni plastiche può giocare un ruolo fondamentale nella stabilità dell'opera. Infine, attraverso la simulazione numerica di uno scavo profondo realizzato a Shanghai, si è testata la capacità del modello costitutivo di prevedere il comportamento di uno scavo reale.