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Proceedings of the 18
th
International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris 2013
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Schofield Lecture
Centrifuge modelling: expecting the unexpected
Conférence Schofield
Modélisation physique en centrifugeuse: prévoir l'imprévisible
Bolton M. D.
Cambridge University
ABSTRACT: The unique advantage of physical modelling is that, unlike all forms of numerical simulation, it has the capacity to
surprise its users with behaviour they would not have imagined. And the particular advantage of centrifuge testing is that observations
are made on chosen soils, in a small format so that experiments can readily be repeated, and at magnitudes of stress and strain
appropriate to field scale. However, it is the reasonable desire of centrifuge testers to represent their facilities as providing
unambiguous predictions of field-scale performance through the application of accepted scaling laws, so as to recruit clients who will
pay for such services. These diverse propositions create grounds for misunderstanding. Is centrifuge testing a cutting-edge research
methodology capable of overthrowing conventional wisdom, or is it a well-understood tool capable of unambiguously recreating
field-scale behaviour? This question sets the theme for the paper. In attempting to answer it, a variety of geotechnical modelling
issues will be explored, including cyclic shearing and excess pore pressures, localisation and cracking, creep and strain-rate effects,
and the possible influence of grain size and soil structure. In doing so, the key concept will be that of a behavioural mechanism.
Weaker associations that may be made between a model, its prototype and a real field-scale structure will then be scrutinised.
RÉSUMÉ : Le principal avantage de la modélisation physique est que, contrairement à la modélisation numérique, elle peut
surprendre l’utilisateur avec des résultats qu’il n’aurait pu imaginer. Pour la modélisation physique en centrifugeuse, cet avantage est
augmenté par le fait que les sols utilisés ont été choisis par l’utilisateur, que les expériences sont réalisées à petite échelle et peuvent
être facilement répétées et que les niveaux de contraintes sont identiques à ceux rencontrés à échelle réelle. Cependant, il est légitime
pour chaque utilisateur d’espérer que les résultats de ses observations expérimentales puissent être extrapolés sans ambiguïté aux
structures réelles qu’il cherche à modeler, grâce notamment à l’utilisation de lois de similitude parfaitement établies, afin de pouvoir
attirer d’éventuels clients et de financer ses recherches. Ces différentes observations peuvent mener à de profondes incompréhensions.
La modélisation physique en centrifugeuse est-elle un outil de recherche avancé capable de bouleverser notre compréhension des
phénomènes géotechniques, ou est-ce un instrument parfaitement maîtrisé, capable de modéliser sans ambiguïté le comportement des
structures réelles ? Cette question est le thème principal de cet article. En tentant d’y répondre, un vaste de champs de problèmes sera
abordé, incluant notamment les problèmes associés au cisaillement cyclique, à la génération de pressions interstitielles, aux
déformations différées, aux effets de vitesse de cisaillement, et à la possible influence de la taille des grains sur l’interaction sol
structure. Ce faisant, le concept clef de mécanisme de comportement sera énoncé. D’autres éléments permettant d’associer les
modèles, les prototypes et les structures réelles seront également étudiés.
KEYWORDS: centrifuge testing, models, scaling laws, mechanisms.
The written contribution was not received at time of editing the Proceedings
.
La contribution écrite n’a pas été fournie avant l’édition des Actes
.
