The thermo-hydro-mechanical of unsaturated soils plays a significant role in dynamic shear banding and fracturing. In this article, we propose a thermo-hydro-mechanical material model in the periporomechanics paradigm to model shear banding and crack triggered by temperature. Periporomechanics is a nonlocal framework for the mechanics of unsaturated soil where a length scale dictates the nonlocal interaction between material points. Periporomechanics unites continuous and discontinuous deformation and fluid flow in porous media. As a new contribution, we incorporate the thermo-hydro-mechanical material model in the periporomechanics through the correspondence principle for modeling shear banding and cracking in unsaturated porous media. The stabilized PPM correspondence principle that mitigates the multiphase zero-energy mode instability is augmented. At the global level, we have numerically implemented the periporomechanics paradigm through an explicit Lagrangian meshfree algorithm in the global level. At the local level, we impose the return mapping algorithm to implement the thermo-hydro-mechanical constitutive model. We present numerical examples to demonstrate the efficacy and robustness of proposed periporomechanics for modeling the shear banding bifurcation and crack in unsaturated porous media triggered by temperature.


翻译:非饱和土体的热-水-力学行为在动态剪切带形成及断裂过程中具有重要影响。本文提出一种基于近场多孔力学(Periporomechanics)范式的热-水-力学材料模型,用于模拟温度诱发的剪切带与裂缝。近场多孔力学是一种描述非饱和土力学行为的非局部框架,其中特征长度尺度决定了材料点之间的非局部相互作用,能够统一处理多孔介质中的连续与不连续变形及流体流动。作为新贡献,我们通过对应原理将热-水-力学材料模型引入近场多孔力学,以模拟非饱和多孔介质中的剪切带与开裂行为,并改进了缓解多相零能模态失稳的稳定化对应原理。在全局尺度上,采用显式拉格朗日无网格算法数值实现近场多孔力学范式;在局部尺度上,通过返回映射算法实施热-水-力学本构模型。数值算例验证了所提近场多孔力学方法在模拟温度诱发非饱和多孔介质剪切带分岔与裂缝时的有效性与鲁棒性。

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