Explicit modeling of cone and strip footing penetration under drained and undrained conditions using a visco-hypoplastic model

In this paper a visco-hypoplastic model, which can describe viscous behavior including creep, relaxation and rate dependency of cohesive soils, is implemented in the form of a user subroutine VUMAT in Abaqus/Explicit to model soil-structure interaction in clayey soil. The VUMAT subroutine is verified with a UMAT subroutine by back-calculating standard element tests. In addition, an uncoupled analysis strategy, using effective parameters to calculate the stresses in nearly incompressible materials, is implemented in user subroutines to model the soil under undrained conditions. A strategy of scaling the reference creep rate is used to improve the efficiency of the explicit analyses. Furthermore, the penetration process of a cone penetration test (CPT) in a cohesive soil is simulated to investigate the effects of penetration velocity on the cone penetration resistance. Finally, the user subroutine VUMAT is used together with the coupled Eulerian-Lagrangian method to investigate a strip footing problem.

Explizite Modellierung des Eindringens einer Sonde und eines Streifenfundaments unter dränierten und undränierten Bedingungen mittels eines visko-hypoplastischen Stoffgesetzes
In diesem Artikel wird ein visko-hypoplastisches Modell vorgestellt, welches das viskose Verhalten einschließlich Kriechen, Relaxation und Viskosität eines bindigen Bodens beschreiben kann. Dieses Modell wird in der Form einer “user Subroutine” VUMAT in Abaqus/Explicit implementiert, damit die Anwendungen der CEL-Methode zur Simulation der Ton-Struktur-Interaktion erweitert werden können. Die VUMAT-Routine wird mithilfe der UMAT-Routine durch Nachrechnung von Elementversuchen überprüft. Zusätzlich wird eine entkoppelte Analysestrategie in die VUMAT-Routine implementiert, um eine Modellierung des Bodens unter undränierten Bedingungen zu ermöglichen. Durch Skalierung der Referenzkriechrate wird die Effizienz der expliziten Analysen verbessert. Danach wird der Penetrationsvorgang einer Drucksonde in bindigen Böden mithilfe der FE-Modellierung simuliert, um den Einfluss der Eindringgeschwindigkeit auf den Drucksondierwiderstand zu untersuchen. Schließlich wird mit dem Eindrücken eines Streifenfundaments in den Untergrund ein komplexes geotechnisches Randwertproblem mit Verwendung der gekoppelten Euler-Lagrange-Methode mit der VUMATRoutine untersucht.