Thick-walled cylinder (TWC) tests are widely used to obtain soil properties and investigate wellbore instability problems in laboratory-controlled conditions. This paper presents analytical cavity expansion and contraction solutions for modelling undrained TWC tests under three typical loading and unloading programs. Both cylindrical and spherical cavities in critical-state soils with a finite radial extent subjected to monotonic loading or unloading under undrained conditions are considered. The solutions are developed in terms of finite strain formulations, and the procedure is applicable to any isotropically hardening materials. Parametric studies show the boundary effect may significantly affect the cavity expansion/contraction response. A limit outer-to-inner diameter ratio of the soil sample exists, beyond which the boundary effect becomes negligible. The limit ratio varies with the cavity geometry, soil stress history (OCR) and cavity deformation level. For undrained TWC tests, a diameter ratio over 20 should normally be adequate to remove the possible boundary effect. Predicted expansion and contraction curves by the new solutions are compared with published data of TWC tests in the literature, and good agreement is shown in each loading/unloading program. This indicates that the boundary effect, which greatly limits the application of conventional cavity expansion/contraction solutions into TWC problems, is successfully captured by the present solutions. The solutions can also serve as valuable benchmark for verifying various numerical methods involving critical-state plasticity models.

厚壁圆筒（TWC）测试被广泛用于获得土壤特性并研究在实验室控制条件下的井筒不稳定性问题。本文介绍了在三个典型的加载和卸载程序下对不排水的TWC测试进行建模的分析型腔膨胀和收缩解决方案。在不排水条件下，在有限径向范围内承受单调加载或卸载的临界状态土壤中的圆柱孔和球形孔都可以考虑。该解决方案是根据有限应变公式开发的，该程序适用于任何各向同性的硬化材料。参数研究表明边界效应可能会显着影响型腔的膨胀/收缩响应。存在土壤样品的极限内径比，超出此范围，边界效应可忽略不计。极限比随型腔几何形状，土壤应力历史（OCR）和型腔变形水平而变化。对于不排水的TWC测试，直径比通常应超过20，足以消除可能的边界效应。通过新解决方案预测的膨胀和收缩曲线与文献中TWC测试的已发布数据进行了比较，并且在每个加载/卸载程序中均显示出良好的一致性。这表明，边界效应已被本发明的解决方案成功地捕获，该边界效应极大地限制了常规腔体膨胀/收缩解决方案在TWC问题中的应用。该解决方案还可作为验证涉及临界状态可塑性模型的各种数值方法的有价值的基准。极限比随型腔几何形状，土壤应力历史（OCR）和型腔变形水平而变化。对于不排水的TWC测试，直径比通常应超过20，足以消除可能的边界效应。将新解决方案预测的膨胀和收缩曲线与文献中TWC测试的已发布数据进行比较，并且在每个加载/卸载程序中均显示出良好的一致性。这表明，边界效应已被本发明的解决方案成功地捕获，该边界效应极大地限制了常规腔体膨胀/收缩解决方案在TWC问题中的应用。该解决方案还可作为验证涉及临界状态可塑性模型的各种数值方法的有价值的基准。极限比随型腔几何形状，土壤应力历史（OCR）和型腔变形水平而变化。对于不排水的TWC测试，直径比通常应超过20，足以消除可能的边界效应。将新解决方案预测的膨胀和收缩曲线与文献中TWC测试的已发布数据进行比较，并且在每个加载/卸载程序中均显示出良好的一致性。这表明，边界效应已被本发明的解决方案成功地捕获，该边界效应极大地限制了常规腔体膨胀/收缩解决方案在TWC问题中的应用。该解决方案还可作为验证涉及临界状态可塑性模型的各种数值方法的有价值的基准。通常，直径比超过20应该足以消除可能的边界效应。将新解决方案预测的膨胀和收缩曲线与文献中TWC测试的已发布数据进行比较，并且在每个加载/卸载程序中均显示出良好的一致性。这表明，边界效应已被本发明的解决方案成功地捕获，该边界效应极大地限制了常规腔体膨胀/收缩解决方案在TWC问题中的应用。该解决方案还可作为验证涉及临界状态可塑性模型的各种数值方法的有价值的基准。通常，直径比超过20应该足以消除可能的边界效应。将新解决方案预测的膨胀和收缩曲线与文献中TWC测试的已发布数据进行比较，并且在每个加载/卸载程序中均显示出良好的一致性。这表明，边界效应已被本发明的解决方案成功地捕获，该边界效应极大地限制了常规腔体膨胀/收缩解决方案在TWC问题中的应用。该解决方案还可作为验证涉及临界状态可塑性模型的各种数值方法的有价值的基准。每个加载/卸载程序中都显示出良好的一致性。这表明，边界效应已被本发明的解决方案成功地捕获，该边界效应极大地限制了常规腔体膨胀/收缩解决方案在TWC问题中的应用。该解决方案还可作为验证涉及临界状态可塑性模型的各种数值方法的有价值的基准。并且在每个加载/卸载程序中都显示出良好的一致性。这表明，边界效应已被本发明的解决方案成功地捕获，该边界效应极大地限制了常规腔体膨胀/收缩解决方案在TWC问题中的应用。该解决方案还可作为验证涉及临界状态可塑性模型的各种数值方法的有价值的基准。