Experimental and numerical investigation of coupled thermo-hydro-mechanical behaviour of clay with focus to cyclic processes

• Thesis title in Czech: Experimentální a numerické studium sdruženého termo-hydro-mechanického chování jílu se zaměřením na cyklické procesy
• Thesis title in English: Experimental and numerical investigation of coupled thermo-hydro-mechanical behaviour of clay with focus to cyclic processes
• Academic year of topic announcement: 2021/2022
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: angličtina
• Department: Institute of Hydrogeology, Engineering Geology and Applied Geophysics (31-450)
• Supervisor: prof. RNDr. David Mašín, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 30.09.2021
• Date of assignment: 07.10.2021
• Confirmed by Study dept. on: 07.10.2021

Preliminary scope of work

V mnoha geotechnických problémech jsou nasycené nebo nenasycené zeminy vystaveny cyklickému sdruženému termo-hydro-mechanickému (THM) zatížení. Významným příkladem jsou energetické piloty, které jsou v souvislosti s rozvojem obnovitelné energie stále více žádané. I přes svou praktickou relevanci nebylo komplexní chování jílů střední plasticity při sdruženém THM zatížení dostatečně prozkoumáno, a proto ještě není zcela pochopeno. Dostupné konstituční modely jsou omezeny hlavně na monotónní THM procesy. Proto je naplánováno důkladné experimentální zkoumání středně plastického jílu pod sdruženým THM zatížením, včetně oedometru a triaxiálních testů prováděných buď na Univerzitě Karlově (CUP) nebo Ruhr-University Bochum (RUB). Dále budou v RUB prováděny experimenty sloupcového typu s teplotními cykly. Konstituční modely pro jíl vyvinuté na CUP a RUB budou vylepšeny s ohledem na provedené THM experimenty. Vylepšené modely budou validovány a porovnávány na základě provedených experimentů. Vylepšené modely budou využity v numerických simulacích energetických pilot.

Preliminary scope of work in English

In many geotechnical problems either saturated or unsaturated soils are subjected to a cyclic coupled thermo-hydro-mechanical (THM) loading. A prominent example are energy piles, increasingly in demand in the context of renewable energy development. Despite its practical relevance, the complex behaviour of medium plasticity clays under coupled THM loading has not been sufficiently investigated and is thus not fully understood yet. The available constitutive models are mainly restricted to monotonic THM processes. Therefore, a thorough experimental investigation of a medium-plastic clay under coupled THM loading is planned, including oedometer and triaxial tests performed at either Charles University (CUP) or Ruhr-University Bochum (RUB). Furthermore, column-type experiments with temperature cycles are conducted at RUB. Constitutive models for clay developed at CUP and RUB will be enhanced with respect to THM loading paths. The enhanced models are validated and compared based on the performed experiments. Enhanced models will be adopted in numerical simulations of energy piles.