Modelling of Cohesive-Frictional Materials: Proceedings of Second International Symposium on Continuous and Discontinuous Modelling of Cohesive-Frictional Materials (CDM 2004), held in Stuttgart 27-28 Sept. 2004

458 Pages·2004·14.097 MB·English

by  Vermeer, P.A.

Cover
Page i
MODELLING OF COHESIVE­FRICTIONAL MATERIALS
Page ii
This page intentionally left blank.
Page iii
PROCEEDINGS OF 2ND INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON CONTINUOUS AND DISCONTINUOUS MODELLING OF COHESIVE­FRICTIONAL 
MATERIALS—CDM 2004, STUTTGART, 27–28 SEPTEMBER 2004  
Modelling of Cohesive­Frictional Materials 
Edited by
P.A.Vermeer 
Institute of Geotechnical Engineering, University of Stuttgart, Germany
W.Ehlers 
Institute of Applied Mechanics (Civil Engineering), University of Stuttgart, Germany
H.J.Herrmann 
Institute for Computational Physics, University of Stuttgart, Germany
E.Ramm 
Institute of Structural Mechanics, University of Stuttgart, Germany

A.A.BALKEMA PUBLISHERS 
LEIDEN/LONDON/NEW YORK/PHILADELPHIA/SINGAPORE
Page iv
Copyright © 2004 Taylor & Francis Group plc, London, UK
All rights reserved. No part of this publication or the information contained herein may 
be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted in any form or by any means, 
electronic, mechanical, by photocopying, recording or otherwise, without written prior 
permission from the publisher.
Although all care is taken to ensure the integrity and quality of this publication and the 
information herein, no responsibility is assumed by the publishers nor the authors for any 
damage to property or persons as a result of operation or use of this publication and/or the 
information contained herein.
Published by: A.A.Balkema Publishers, Leiden, The Netherlands, 
a member of Taylor & Francis Group plc 
www.balkema.nl, http://balkema.tandf.co.uk and www.tandf.co.uk
This edition published in the Taylor & Francis e­Library, 2006. 
To purchase your own copy of this or any of Taylor & Francis or Routledge’s collection of thousands of eBooks please go to www.eBookstore.tandf.co.uk. 
ISBN 0­203­02363­3 Master e­book ISBN 
ISBN 04 1536 023 4 (Print Edition)
Page v
Modelling of Cohesive­Frictional Materials—Vermeer, Ehlers, Herrmann & Ramm (eds), © 2004 Taylor & Francis Group, London, ISBN 04 1536 023 4 
Table of Contents

 Preface   IX

 Granular materials & mechanics
 Different rolling measures for granular assemblies 3

K.Bagi & M.R.Kuhn
Internal state in granular materials 13

B.Cambou, Ph.Dubujet & C.Nouguier
On maximum­entropy estimates for granular statics  27

J.D.Goddard
Modeling microstructured materials—a comparison of gradient and micromorphic continua  35

N.Kirchner & P.Steinmann

 Discrete modeling
 Micromechanical aspects of soil plasticity: an investigation using a discrete model of polygonal particles 45

F.Alonso­Marroquín, H.J.Herrmann & I.Vardoulakis 
Discrete models for geomaterials 69

G.A.D’Addetta & E.Ramm 
The role of fluctuations in the mechanics of granular materials 93

J.T.Jenkins
Effect of ITZ­percolation on tensile fracture properties of 3­phase particle composites  101

J.G.M.van Mier & G.Lilliu
Coupling between progressive damage and permeability of concrete: discrete modelling and experimental analyses 109

G.Pijaudier­Cabot, G.Chatzigeorgiou, A.Khelidj & V.Picandet 
Micro mechanics of the incremental response of virgin and preloaded granular soils to deviatoric stress probing 121

G.Viggiani, F.Calvetti & C.Tamagnini

 Discontinuum vs. continuum
 Modelling the subsidence induced by degradation of abandoned mines 137

F.Calvetti, R.Nova & R.Castellanza
Page vi
From particle ensembles to Cosserat continua: definition of the macroscopic variables 149

W.Ehlers & S.Wenz
Two­scale continuous­discontinuous modelling of damaging materials  161

M.G.D.Geers, T.J.Massart, V.G.Kouznetsova, R.H.J.Peerlings & M.Brekelmans
Identification of macroscopic material properties of multi­composed materials from finer scales of observation  173

R.Lackner & H.A.Mang
Micro­macro models for anisotropic granular media  195

S.Luding

 Continous modelling
  Hydro mechanical numerical modelling of geotechnical problems using local second gradient models 209

R.Chambon & F.Collin
Chemo­mechanical modelling of soil or rock degradation  221

R.Charlier & N.Boukpeti
Failure and flow rule of granular materials as incrementally non­linear media  233

G.Servant & F.Darve
Transient thermal 3D FE analysis of concrete structures exposed to fire 249

J.Ožbolt, G.Periškić, R.Eligehausen & I.Kožar
Indentation method for damage diagnosis of natural building stones 263

E.Papamichos, S.­A.Papanicolopulos & I.Larsen 
Numerical modelling of fast slope movements 277

M.Pastor, J.A.F.Merodo, M.Quecedo, E.Gonzalez, M.I.Herreros, P.Mira & R.Tamagnini
Gradient elasticity with diffusion, heat conduction and chemical reactions 295

G.Rambert & E.C.Aifantis
Theory and numerics of erosion processes in fluid­saturated porous media  307

H.Steeb, S.Diebels & I.Vardoulakis

 Regularization
  Nonlocal plastic models for cohesive­frictional materials  323

M.Jirdśek & P.Grassl
Discontinuous representation of brittle failure 339

G.Meschke & P.Dumstorff
Continuous­discontinuous modelling of mode­I and mode­II failure  353

A.Simone & L.J.Sluys
On the performance of a non­local softening model  369

P.A.Vermeer, U.Vogler & B.Li
A strong discontinuity method without locking 381

P.A.Vermeer, U.Vogler, E.G.Septanika & O.Stelzer
Page vii

 Localization & fracture
  Localized failure in saturated porous media 399

J.J.M.Desrues & F.H.J.S.Collin
Hypoplastic shear localisation in psammoids and peloids 411

G.Gudehus
Size­dependent fracture energy correlated with the crack tip stress fields in concrete­like materials  423

H.Yuan & F.H.Wittmann
Pinning and propagation of interface cracks in slope failure: 1D and 2D considerations 435

M.Zaiser, B.Fyffe, P.Moretti, A.Konstantinidis & E.C.Aifantis

 Author index   447
Page viii
This page intentionally left blank.
Page ix
Modelling of Cohesive­Frictional Materials—Vermeer, Ehlers, Herrmann & Ramm (eds), © 2004 Taylor & Francis Group, London, ISBN 04 1536 023 4  
Preface
A knowledge of the mechanical behaviour of both naturally occurring materials such as soils and rocks, and artificial materials, such as concrete and industrial granular 
matter, is of fundamental importance to their proper use in engineering and scientific applications. The research activities in this broad area of applied mechanics have 
attracted scientists and engineers with a variety of backgrounds ranging from physics to civil engineering. For simulating the mechanical behaviour of the cohesive 
granular materials considered, two different frameworks of modelling and analysis have emerged. On the one hand, continuous­based models and, on the other hand, 
discrete particle methods, respectively “Continuous and Discontinuous Modelling” are successfully applied to cohesive frictional materials. In addition the 
homogenization strategies are used to link the microscopic models to equivalent continuum models.
This volume contains the contributions to the 2nd International Symposium on “Continuous and Discontinuous Modelling of Cohesive­Frictional Materials, CDM 
2004” as organised by the research group “Modelling of Cohesive­Frictional Material”. This research group was established in May 1998 with the full support of the 
German Science Foundation (DFG) for a period of 3 years and renewed for a second period of an additional 3 years. Four different institutes of the University of 
Stuttgart currently participate in the research group, namely
● Institute of Applied Mechanics (Civil Engineering) (Prof. W.Ehlers); 
● Institute of Geotechnical Engineering (Prof. P.A.Vermeer); 
● Institute of Structural Mechanics (Prof. E.Ramm); 
● Institute for Computational Physics (Prof. H.J.Herrmann). 
The research group focuses on the development of a multilevel approach for the modelling of cohesive frictional materials. Within this framework, the main research 
areas can be found in the enhancement of both modelling strategies, the discrete one and the continuous one with an emphasis on the transition between these 
approaches.
After two years of the second research period and considering the lively interest raised by the 1st symposium of the research group, it was decided to organise this 
2nd International Symposium. For doing so, we obtained support from the German Science Foundation (DFG) and the EU research and training network “Degradation 
and Instabilities in Geomaterials with Application to Hazard Mitigation” (DIGA). We are grateful for the sponsoring of the former and the support of the latter 
organisation. The success of this symposium largely results from the efforts of a small organising committee within our research group, namely 
● Dr. rer.nat. R.García­Rojo, Institute for Computer Physics; 
● Dipl.­Ing. U.Vogler, Institute of Geotechnical Engineering; 
● Dipl.­Ing. S.Wenz, Institute of Applied Mechanics (Civil Engineering). 
We would like to thank the organising committee for the work in preparing and coordinating this meeting of researchers. They invested their time and energy to 
guarantee a successful meeting for the participants. Most of them came from Europe, but some of them came from overseas. The highlights of the symposium was a 
series of lectures of outstanding speakers. International experts in targeted research areas lectured on current developments and problems in the numerical modelling of 
cohesive frictional materials and provided a deeper understanding of the microscopic and macroscopic description of geomaterials. We are grateful for their efforts to 
prepare and present their lectures. Their contributions are published in this proceedings volume. This book will prove