Park, Sangwon;Do, Jongnam;Jung, Jongju;Chun, Byungsik
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.9
no.1
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pp.11-16
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2008
In this paper, vertical earth pressure by CANDE program is compared with that by some equations such as the equation by Janssen, Marston, Spangler, and Handy to calculate vertical earth pressure with respect to several factors acting on a rigid buried-pipe filled cohesionless soil. As a result of comparative analysis of vertical earth pressure with each equation, primary factors are affected by backfill width, backfill depth and wall friction. Moreover, vertical earth pressure is linearly increased with backfill depth and width from results of the finite element method. Handy's Equation is reasonable for finite element method while Marston equation is overestimated in case of the design of buried-pipe and box.
In this study, the calculation method of the active earth pressure acting on the imaginary vertical plane at the end of the heel of the wall is proposed. For cantilever retaining wall, a change of shear zone behind the wall affects the earth pressure in the vertical plane at the end of heel of the wall depending on wall friction and angle of ground slope. It is very complicated to calculate the earth pressure by a limit equilibrium method (LEM) which considers angles of failure planes varying according to the heel length of the wall. So, the limit analysis method (LAM) is used for calculation of earth pressure in this study. Using the LAM, the earth pressures considering the actual slope angles of failure plane are calculated accurately, and then horizontal and vertical earth pressures are obtained from them respectively. This study results show that by decreasing the relative length of the heel, the slope angle of inward failure plane becomes larger than theoretical slope angle but the slope angle of outward failure plane does not change. And also the friction angle on the vertical plane at the end of the heel of the wall is between the ground slope angle and the wall friction angle, thereafter the active earth pressure decreases. Finally, the Coulomb earth pressure can be easily calculated from the relationship between friction angle (the ratio of vertical earth pressure to horizontal earth pressure) and relative length of the heel (the ratio of heel length to wall height).
Earth pressure due to gravity generally increases linearly with the depth, but the distribution of earth pressure due to surface load depends on the loading condition, the ground condition, and the boundary condition. In this study, the earth pressure on a rigid wall due to the vertical surface load was measured in experiments. Rigid wall was built in the model test box, and it was filled with homogeneous sandy ground (width 30 cm, height 88 cm, length 110 cm). Rigid wall was composed of 8 segments, which were tested on the two load cells. In the tests, we observed the distribution of the earth pressure on the rigid wall depending on the vertical surface load and it's location. According to the test results, the lateral earth pressure due to the vertical surface load showed its maximum value at a constant depth and decreased with the depth, to the negligible value at the critical depth. The critical depth and the depth at which lateral earth pressure reaches its maximum were not decided by the magnitude of the vertical surface load. They were dependant on the distance from the rigid wall.
The earth pressure acting on underground structure was measured by application of the instrumentation system in the subway construction site constructed by the method of cut-and-cover tunnel. The measured earth pressure was compared with the earth pressure obtained from the existed theoretical equation, and the actual earth pressure diagram acting on the underground structure was investigated. As a result of investigation, the vertical earth pressure is mainly affected by the embankment height, and the lateral earth pressure is significantly affected by whether the existence of earth retaining structures or not. The measured vertical earth pressure is very similar to the theoretical earth pressure proposed by Bierbaumer. The measured lateral earth pressure is closed to the active earth pressure proposed by Rankine rather than the earth pressure at rest. The coefficient of earth pressure in soil deposit layer is about 0.35, and the coefficient in soft rock deposit layer is about 0.21. For design and construction the underground structures, therefore, it is reasonable estimation that the lateral earth pressure acting on structures installed in soil deposit layers is an average value between active earth pressure and earth pressure at rest. In rock deposit layers, the lateral earth pressure acting on structure is an active earth pressure only.
This paper is the result of the experimental and numerical research on the distribution of vertical earth pressure due to surcharge loads acting on cantilever retaining wall close to a rigid slope with a stiff angle. Centrifuge model experiments were performed with changing the roughness of adjacent slope to the wall, distance between the wall and the slope and gravitational levels. Vertical earth pressures were measured by earth cells embedded in the backfill of the wall. Test results of vertical earth pressures due to surcharge loads were compared with theoretical estimations by using two different methods of limit equilibrium and the numerical analysis. For limit equilibrium methods, the modified silo and the wedge theories, proposed by Chung(1993, 1997), were used to analyze test results. Based on those modified theories, the particular solution with the boundary condition of surcharge loads on the surface of backfill was obtained to find the vertical stress distributions acting on the backfill. FLAC with the hyperbolic constitutive model was also used for the numerical estimation. As a result of comparison of test results with theoretical and numerical estimations, distribution of vertical earth pressures obtained from centrifuge model tests is generally in good agreement with numerical estmated values by using FLAC whereas the wedge theory shows values close to test results in case the distance between the wall and the slope is narrow.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.15
no.5
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pp.455-468
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2013
In recent, various types of steel pipe-roof methods, which is reinforced by mortar after propulsion of steel pipe into the ground, have been used for the construction of trenchless underpass. Integrated steel pipe-roof has flexural stiffness and can resist against overburden load and reduce the stress acting on the concrete underpass structures. Due to arching effect, vertical and horizontal stress distribution around the steel pipe-roof is changing. In this study, therefore, the characteristic of stress distribution around the underpass induced by the construction of integrated steel pipe-roof is investigated by using numerical method. To examine the soil-structure interaction, interface element is introduced. Results show that vertical stress acting on the concrete structure placing inside the steel pipe-roof is significantly reduced due to arching effect and flexural stiffness of integrated steel pipe-roof. Design load can be reduced and effective design of underpass will be available if the earth pressure reduction due to arching effect is considered in the design stage.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.29
no.2
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pp.67-76
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2017
In this study, the effect of caisson heel on the active earth pressure is investigated. Using limit analysis method, inclinations of slip surface developed above the heel with different lengths are analyzed. The shorter the heel length, the larger those of inside slip surface, however those of outside slip surface are not changed. According to the relative heel length, relationships of internal friction angle of backfill material - wall friction angle between caisson structure and backfill - friction angle acting on virtual section at the end of heel are presented. Earth pressures acting against caisson structure with relatively short heel are smaller than Rankine earth pressure but always greater than Coulomb earth pressure which does not consider the heel length.
좁은 되메움 공간의 벽체가 연직 또는 한쪽 벽체만이 경사진 경우 수평토압에 관한 연구는 국내외에서 상당히 진전되어 왔으나, 대칭으로 경사진 경우의 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구는 되메움 공간의 벽체가 대칭으로 경사지고 벽체간 하부폭이 다를 때 발생되는 수평토압에 관한 거동을 구명하기 위하여 시도되었다. 이를 위하여 모형토조를 사용하여 되메움 공간의 벽체가 대칭으로 경사진 경우 벽체의 경사각, 하부폭, 벽마찰각, 상대밀도를 변화시켜 총 24종류의 모형실험을 수행하였고, 이 결과를 Kellogg(1993)제안식, 벽면경사를 고려한 수정 제안식 및 벽면마찰반력으로부터 구한 수평토압과 비교, 분석하였다. 연구 결과 벽면마찰반력을 고려한 경우 평균연직토압을 적용하였음에도 Arching 효과가 발휘된 실험결과와 가장 근소한 차이를 나타내었다.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.6
no.2
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pp.113-128
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2004
To investigate major influencing factors on earth pressure acting on an arch-shaped cut and cover tunnel, Monte Carlo simulation based quantitative sensitivity analysis was carried out for mechanical properties of ground as well as excavation configuration-related design factors. From the sensitivity analysis, it was intended that effects of earth pressures from different influencing factors on a cut and cover tunnel should be numerically identified. Output factors used in the sensitivity analysis such as vertical and horizontal earth pressures at different tunnel positions were obtained from the finite element analysis. In this study, it was revealed that depending upon positions where horizontal as well as vertical earth pressures were acting, they were differently influenced by the same input factors. In addition, earth pressures acting an cut and cover tunnel depended mainly on the embankment at crown and the inclination of cut slope.
Since previous studies on the 3-dimensional earth pressure have been conducted focusing on the stability of wall, it is very difficult to find a study on the load transfer to the adjacent ground induced by the 3-dimensional active displacement. Therefore, in this study, we tried to find out the load transfer to the adjacent ground induced by the 3-dimensional active displacement depending on the size of rectangular wall which was defined by the aspect ratio, that is, the ratio of the height to the width of the wall. 3-dimensional model tests were performed in order to measure the distribution and the magnitude of load transfer to surrounding grounds. The transferred load was 17.9~30.6% less than the difference between the 3-dimensional active earth pressure and earth pressure at rest. The transferred load of both vertical and horizontal was maximum at the boundary of the active wall. The load transfer range depended on the normalized height of the active wall, and it was 0.67~1.29w in horizontal direction and 1.0~3.0h in vertical direction. The transferred load in horizontal was maximum at the height of the wall. As the aspect ratio increases the location of the maximum transferred load points becomes higher. The ratio of the transferred load area of 56~79% at 0.25w in horizontal direction and 50~58% at 1.0~1.5 in vertical direction. Diagrams showing the distribution and the magnitude of the transferred load depending on the aspect ratio were suggested.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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